Вопрос 4. Репликация днк, принципы и этапы репликации. Последствия нарушения нормального хода репликации днк.

Репликация ДНК — это процесс создания двух дочерних молекул ДНК на основе родительской молекулы. В результате получаются две идентичные молекулы, которые затем скручиваются в отдельные спирали

Основное функциональное значение репликации – обеспечение потомка стабильной̆ генетической информацией̆ развития, функционирования и поведения.

У прокариот репликация идет одним репликоном, так как ДНК кольцевая, с образованием двух репликационных вилок (тета) θ-репликация

У вирусов репликация идет по типу катящегося кольца (сигма) -репликация

Принципы репликации:

• Для прокариот и эукариот характерен полуконсервативный тип репликации - процессе репликации две нити ДНК разделяются, каждая из них является шаблоном (матрицей) для синтеза вдоль нее новой нити. Каждая дочерняя молекула состоит из одной старой (материнской) нити и одной новой нити. Поскольку только одна материнская нить сохранена в каждой дочерней молекуле, такой тип репликации называется полуконсервативным. Каждая из двух цепей материнской молекулы ДНК используется как матрица для синтеза новых комплементарных цепей.

• Репликация происходит в синтетическом периоде интерфазы.

• Репликация ДНК – симметричный процесс, так как роль матриц выполняют обе материнские цепи

• Нуклеотиды выстраиваются в дочернюю молекулу в соответствии с правилом комплементарности, что приводит к образованию двух биспиралей ДНК с идентичной информацией

• ДНК эукариот удваивается не одним блоком от начала и до конца биспирали, а участками – репликонами (у человека до 50 тысяч репликонов). Это нужно для ускорения репликации

• Для репликации необходим пул субстратов (предшественников) в высокоэнергезированном состоянии – дезоксирибонуклеозидтрифосфаты тимина, аденина, цитозина и гуанина

• Челночный синтез: фермент ДНК-полимераза двигается в направлении от 5’ к 3’ концу. Поэтому сначала непрерывно, вдоль движения фермента, синтезируется лидирующая цепь, а вторая (отстающая цепь) синтезируется фрагментами Оказаки (фермент «забегает вперёд» и затем, возвращаясь назад, синтезирует новую цепь отдельными фрагментами.)

Ферменты репликационной вилки:

1. Дестабилизирующие белки – осуществляют локальную денатурацию и удержание цепей в расправленном состоянии

2. ДНК-геликаза – разделяет цепи двуцепочечной ДНК на одинарные

3. ДНК-лигаза – образует фосфодиэфирную связь между двумя нуклеотидами

4. ДНК-полимераза – синтезирует новую цепь ДНК по принципу комплементарности

У эукариот:

• Полимераза α (альфа) осуществляет инициацию

• Полимераза δ (дельта) осуществляет элонгацию

• Полимераза β (бета) и ζ (зета) участвуют в репарации

• Полимераза γ (гамма) осуществляет синтез митохондриальной ДНК

• Полимераза ε (ипсилон), возможно, осуществляет синтез отстающей цепи ДНК

5. ДНК-топоизомераза – обеспечивает релаксацию, сбрасывание супервитков путем разрезания нити ДНК

6. РНК-праймаза – синтезирует РНК-праймеры для запуска синтеза ведущей цепи ДНК и запуска синтеза фрагментов Оказаки запаздывающей

Лидирующая цепь — та, на которой направление синтеза ДНК (от 3' к 5' по матрице) совпадает с направлением расплетания ДНК (движения вилки). На этой цепи синтез происходит непрерывно.

Отстающая цепь — та, на которой направление синтеза ДНК противоположно направлению расплетания, поэтому синтез происходит фрагментами, по мере расплетания всё новых и новых участков матрицы.

Этапы репликации:

1. Инициация (начало)

   • Инициация начинается с расплетания двойной спирали ДНК в определённом участке — точке инициации. Это происходит с помощью ферментов хеликаз, которые разрывают водородные связи между нуклеотидами. В результате образуется репликативная вилка — место непосредственной репликации.

   • Фермент праймаза синтезирует короткие фрагменты РНК (РНК-праймеры или «затравки»), которые запускают работу ДНК-полимеразы.

   • ДНК-полимераза присоединяет дезоксирибонуклеотиды, комплементарные матрице, к 3'-концу праймера

2. Элонгация (удлинение)

   • Элонгация — удлинение вновь синтезируемых цепей. Этот процесс осуществляется ДНК-полимеразой, входящей в состав реплисомы, во время её продвижения по матрице.

Элонгация включает:

• Непрерывный рост лидирующей цепи — она синтезируется в направлении движения репликативной вилки.

• Прерывистый синтез фрагментов Оказаки на отстающей цепи — она синтезируется в противоположном направлении, против движения репликативной вилки.

• Контроль ошибок спаривания оснований и их исправление с помощью экзонуклеазы из состава ДНК-полимеразы.