2. Молекулярные основы наследственности.

2.1 Строение днк и её синтез в клетках.

Строение

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и фосфатной группы.

Основания бывают двух видов: пуриновые (аденин (A), гуанин (G)) и пиримидиновые (цитозин (C), тимин(T)). Моносахарид представлен 2’-дезоксирибозой, содержащей только одну гидроксильную группу (ОН). Нуклеотиды соединены фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5’-углеродного атома связана с 3’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида. На одном конце цепи находится 3’-ОН-группа (3’-конец), а на другом 5’-фосфатная группа (5’-конец).

В 1953 г. Джеймс Уотсон и Френсис Крик пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль. Навитые она на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (A-T, G-C). Пара оснований A-T удерживается двумя водородными связями, а пара G-C – тремя.

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна цепь имеет направление 3’ → 5’, другая 5’ → 3’.

Синтез (репликация).

Согласно модели Уотсона-Крика, каждая цепь ДНК служит матрицей при синтезе новой комплементарной цепи, а последовательность оснований в синтезируемой (растущей) цепи задается последовательностью комплементарных оснований цепи-матрицы.

Репликация ДНК у эукариот начинается в одном из нескольких мест (сайтов), и репликация может начаться в каждом из них.

Синтез ДНК – процесс полунепрервыный, т.е. синтез идет на двух цепях, но только на одной непрерывно, а на другой с идет с помощью фрагментов Оказаки.

Стадии репликации:

1. Инициация – репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетания двойной спирали ДНК при помощи фермента – хеликазы, при этом формируется репликационная вилка. В каждом сайте может формироваться одна или две репликационные вилки в зависимости от того, является ли репликация одно- или двунаправленной. Чтобы не допустить суперспирализацию раскрученных участков и снять напряжение перед репликационной вилкой идет специальный фермент – топоизомераза, которая также осуществляет разрывы в цепи ДНК. В удерживании ДНК в расплетенном состоянии помогают специальные SSB-белки. На этом этапе к молекуле ДНК присоединяется множество молекул ДНК-полимеразы, которая далее будет осуществлять синтез ДНК.

2. Элонгация – на этом этапе идет достройка новых цепей ДНК с помощью ДНК-полимеразы, которая синтезирует небольшой фрагмент РНК-праймер. Она осуществляет синтез в направлении 5’ → 3’, поэтому цепь ДНК 3’ → 5’ будет называтся лидирующей (синтез идет непрерывно), а цепь 5’ → 3’ – отстающей. На отстающей цепи фермент праймаза синтезирует РНК-затравки (11-13 пар нуклеотидов), которые имеют свободный 3’-конец. Отстающая цепь проходит через ДНК-полимеразу, которая достраивает цепь ДНК от одной РНК-затравки до следующей, но не соединяя их, образуя фрагменты Оказаки. Затем затравки убираются специальным ферментом, а фрагменты соединяются ДНК-лигазой.

3. Терминация – завершение репликации происходит тогда, когда пробелы между фрагментами Оказаки заполнятся нуклеотидами (при участии ДНК-лигазы) с образованием двух непрерывных двойных цепей ДНК и когда встретятся две репликативные вилки. Затем происходит закручивание синтезированных ДНК с образованием суперспиралей.

(1) запаздывающая нить, (2) лидирующая нить, (3) ДНК-полимераза (Polα), (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) праймаза, (7) фрагмент Оказаки, (8) ДНК-полимераза (Polδ), (9) хеликаза, (10) белки, связывающие одноцепочечную ДНК, (11) топоизомераза.