8. Полиморфизм вторичной структуры днк - а, в и z формы.

В настоящее время известно, что пространственная структура ДНК обладает полиморфизмом, то есть она способна принимать различные конформации. Рентгеноструктурные исследования кристаллов олигонуклеотидов выявили три основных типа структур - А-, В- и Z- формы. В-ДНК - это стандартная структура, описанная Уотсоном и Криком, в которой плоскости пар оснований перпендикулярны оси двойной спирали. Геометрия её такова, что соседние пары оснований находятся друг от друга на расстоянии 0,34 нм и повернуты на 36⁰ вокруг оси спирали. На один виток спирали приходится, следовательно, 10 пар оснований (360⁰/36⁰ = 10), и шаг спирали равен 3,4 нм (10 ^. 0,34 нм). Диаметр двойной спирали равен примерно 20 нм. В А-ДНК плоскости пар оснований повернуты примерно на 20⁰С от нормали к оси правой двойной спирали. На виток спирали здесь приходится 11 пар оснований. А-ДНК образуется при высушивании волокон В-ДНК. В Z-ДНК буква Z указывает на зигзагообразную форму сахарофосфатного остова ДНК в этой форме. Плоскости оснований примерно перпендикулярны оси спирали. В клетке ДНК обычно находится в В-форме, но отдельные её участки вследствие сверхспирализации могут быть в А-, Z- или даже в иной конформации.

Отличительные особенности форм ДНК: А ДНК - правозакрученная спираль, короткая и широкая; шаг - 2,3 А; 1 виток - 11 пар оснований. В ДНК - правозакрученная спираль, длиннее и тоньше, шаг - 3,32 А; 1 виток - 10 пар оснований. Z ДНК - левозакрученная спираль, самая длинная и самая тонкая; шаг - 3,8 А; 1 виток - 12 пар оснований

Ни А-, ни Z- формы не могут существовать в водном растворе без дополнительных воздействий (белки или суперспирализация)

9. Механизмы хранения и передачи наследственной информации - репарация, репликация (строение репликативной вилки), транскрипция, трансляция, характеристика основных ферментов и кофакторов.

Репликация («самоудвоение») - перенос генетической информации в пределах одного класса нуклеиновых кислот, т.е. от ДНК к ДНК (происходит полное копирование информации).

Транскрипция («переписывание») – перенос информации между разными классами нуклеиновых кислот: от ДНК к РНК (от РНК к ДНК – у вирусов), т.е. происходит копирование отдельных участков. В ходе транскрипции образуются все виды РНК (м-РНК, т-РНК, р-РНК)

Трансляция – перенос генетической информации от м-РНК к белку, т.е. в пределах разных классов молекул: перевод информации с «языка» нуклеиновых кислот на «язык» полипептидной цепи.

Репарация ДНК – ограниченная репликация, исправление поврежденных участков ДНК ДНКазами, затем ДНК-полимеразы заполняют пробел и концы «сшиваются» ДНК лигазами (см. рисунок).

Репликация ДНК (воспроизведение генотипа) происходит по полуконсервативному механизму, то есть дочерняя цепь ДНК синтезируется на материнской цепи, называемой обычно матрицей. Следовательно, вновь образованные двухспиральные молекулы состоят из одной «новой» и одной «старой» цепи.

1. Все ДНК-полимеразы нуждаются для начала своей работы в предварительно синтезированных олигонуклеотидах – затравках, 3’-ОН группа которых используется для удлинения цепи. (Эти короткие отрезки, обычно, рибонуклеотидов синтезируются специальными РНК-полимеразами. По названию затравки – праймер эти полимеразы получили название праймаз). Длина праймеров составляет 10-12 нуклеотидов. Праймеры синтезируются на обеих цепях.

2. Далее праймер достраивается ДНК-полимеразой – III. Т.к. все ДНК-полимеразы формируют дочерние цепи в одном направлении 5’  3’, то одна цепь синтезируется непрерывно (лидирующая, ведущая цепь), а другая - прерывисто (отстающая). ДНК-полимераза формирует димер, связанный с другими необходимыми в репликативной вилке белками (реплисома). Одна из цепей матричной ДНК (отстающая), временно образует петли вокруг реплисомы так, что димер ДНК-полимеразы получает возможность перемещаться по обеим цепям в одном 3'  5 ' направлении одновременно. Короткие (до 1000 пар нуклеотидов) отрезки ДНК, образующиеся на отстающей цепи, получили название фрагментов Оказаки по имени Ф. Оказаки, впервые (1968) указавшего на прерывистый характер синтеза ДНК. 3.Так как репликативная вилка довольно быстро (1000 нулеотидов в сек) продвигается по матрице, вновь синтезируемые дочерние цепи и родительские цепи матрицы сразу формируют двойные спирали ДНК. Предполагается, что только маленький отрезок матричной двойной спирали находится в одноцепочечном состоянии в данный отрезок времени.

3. Праймеры ведущей и отстающей цепей (10-12 пар нуклеотидов) удаляются ДНК полимеразой I, обладающей репарирующей функцией с одновременной заменой рибонуклеотидов дезоксирибонуклеотидами.

4. Промежутки, которые возникают между 3 '-ОН и 5 '- фосфатом, «сшиваются» лигазами ДНК, завершая тем самым процесс репликации.

Основные ферменты и белки, участвующие в процессе репликации
Белок	Функция
Топоизомераза I	Ослабляет суперспирализацию ДНК
Белок Rep Хеликаза	раскручивает ДНК в репликационной вилке
SSB	Связывается с одноцепочечной ДНК в репликативной вилке для предотвращения образования двойной спирали
Праймаза (РНК-полимераза)	Синтезирует РНК-затравку
ДНК-полимераза III	Полимераза, катализирующая репликацию
ДНК-полимеразаI	Удаляет РНК-затравку, заполняя пробел
ДНК лигаза	Катализирует образование 3 - 5 -фосфодиэфирной связи, соединяя фрагменты Оказаки
Топоизомераза II	Разделяет ДНК после репликации