7. Инициация репликации. Факторы инициации. Ферменты репликации

Процесс репликации начинается в определенных участках, которое получило название точка ori. Репликация осуществляется либо в одном либо в двух направлениях. Сначала формируется репликационный участок( глазок) в котором происходит локальное разделение ДНК. Эти участки богаты А,Т парами. В дальнейшем репликационный глазок увеличивается и образуется репликационная вилка. Она образуется в результате раскручивания цепи ДНК,в результате образуется одноцепочные нити, которые служат матрицей для дочерних молекул. Для того чтобы эти участки оставались одноцепочными и выпремленными в клетке существуют специальные белки SSB, которые специф. Связываются с 1 цепью белка растягивая ее и делая доступными основаниям.

Как уже отмечалось, принцип комплементарности, заложенный в структуре двойной спирали ДНК, определяет возможность самокопирования генетического материала. Как и большинство других биологических процессов, репликация ДНК обеспечивается координированной работой ряда ферментов. Важнейшие из них: ДНК-топоизомеразы, обеспечивающие локальное расплетание ДНК, необходимое для инициации ее репликации и образование одиночных цепей, служащих матрицами для вновь синтезируемых дочерних молекул. Расплетенная замкнутая кольцевая молекула под действием фермента ДНК-гиразы образует сверхскрученную форму с большим запасом свободной энергии, расходуемой затем в ходе репликации; ДНК-полимеразы, катализирующие добавление нуклеотидов к З'ОН концу цепи ДНК; ДНК-лигазы, сшивающие сахарофосфатный конец молекулы. Изучение ферментологии репликации ДНК было начато А. Корнбергом (1957), выделившим из Е.Coli ДНК-полимеразу .

8. Элонгация репликации. Днк - топоизомераза, днк - затравка, днк - полимераза.

Разрыв водородных связей происходит с помощью специальных ферментов геликаза для того чтобы репликация могла происходит быстро и репликационная вилка могла продвигаться вперед, хромосома не должна быстро раскручиваться. Для длинных хромосом это потребовало большего затрата энергии. Для решения этой проблемы в клетке существуют специальные ферменты, способные вводить временный разрыв одной цепи ДНК. Если разрывается одна цепь – топоизомераза 1,если две цепи – топоизомераза 2. Топоизомер 1 способен ввести временный разрыв, снимается супернапряжение. Этот же фермент способен заменить разорванные концы. Толоизомер 2 работает быстрее поскольку способен разорвать 2 цепи. Основной фермент разрыва цепей является ДНК-полимераза. у эукариот 3,у прокариот 5. ДНК –полимераза не способна присоединят нуклеотиды ДНК заново. Для того чтобы ДНК полимераза могла заново присоединять ей требуется спаренный 3 шрихгидроксильный конец (спаренного основания). Для того чтобы получить 3 штрихгидроксильный конец в клетке имеется фермент- проймаза. Проймаза строит небольшой примерно 10 нуклеотидов участок 2ой цепи,который называется затравкой или праймер. Когда в молекуле ДНК появляется затравка ,ДНк полимераза начинает наращивать дочернюю цепь в направлаении 5штих 3штрих. Эта цепь растет непрерывно и называется лидирующей . В связи с антипаралллельной репликации цепи возникает проблема репликаций второй цепи. Должно 3штрих-5штрих! Но ДНК полимераза которая способна присоединить молекулу с 5штрих конца не существует. Предполагают что надо отщеплять фосфат. В 1960 году Оказаки обнаружил что в области репликативной вилки какое – то время образуется и существует небольшие ферменты ДНК. Синтез 2ой цепи осуществляется за счет этих ферментов ( ф оказаки). Синтез осуществляется ДНК полимераза и для ее работы необходима затравка. Эти затравки будут синтезироваться на матрице для ее второй цепи.

9. Элонгация репликации. Лидирующая и отстающая цепи. Фрагменты Оказаки. РНК - затравка.

Поскольку две цепи дуплекса ДНК антипараллельны, синтез комплементарных им нитей должен в одном случае идти в направлении 5'-3', а в другом - в направлении 3'-5. Первая нить называется лидирующей, вторая- запаздывающей. Как отмечалось, все известные ДНК-полимеразы нуждаются для своей активности в свободном З'ОН-конце, к которому они присоединяют нуклеотиды. В результате происходит рост цепи ДНК в направлении 5'-3'. Как же в таком случае осуществляется синтез цепи ДНК в направлении 3'-5'? Предполагалось, что для этого необходима какая-то особая ДНК-полимераза. Оказалось, однако, что синтез 3'-5'-цепей носит прерывистый характер. Он осуществляется комплексом ферментов, называемым праймосомой, в состав которого входит обычная ДНК-полимераза, синтезирующая сравнительно короткие (длиной 100-200 нуклеотидов у эукариот и 1000-2000 нуклеотидов у Е.ColiН) фрагменты ДНК в направлении 5'-3. Синтез каждого такого фрагмента инициируется РНК-затравкой длиной около 10 нуклеотидов. После удаления РНК- затравки и завершения синтеза ДНК на освободившихся участках, эти фрагменты, названные по имени открывшего их японского ученого Оказаки, объединяется между собой ДНК-лигазой. Такой, казалось бы, вынужденный способ синтеза ДНК у некоторых организмов осуществляется на обеих цепях, т.е и тогда, когда в принципе в нем нет необходимости.

10. Транскрипция ДНК у прокариот. Кодирующая и антикодирующая цепи ДНК.

Воспроизводство генетического материала обеспечивается репликацией ДНК, приводящей к ее самокопированию в виде двух идентичных дочерних молекул. Однако проблема химических основ наследственности включает и вопрос о том, каким образом осуществляется экспрессия генов. Сформулированная Криком так называемая центральная догма молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации

осуществляется:

1 от ДНК к ДНК (путем репликации);

2 от ДНК через информационную , или матричную РНК (иРНК) к белку.

Несмотря на то, что в последнее десятилетие на примере РНК-содержащих вирусов была доказана возможность переноса генетической информации в направлении от РНК к ДНК с помощью процесса обратной транскрипции,

основным путем экспрессии генов является их транскрипция, т.е. синтез одной цепи иРНК по матрице ДНК, И последующая трансляция этой иРНК на рибосомах, т.е. сборка аминокислот в полипептидную цепь на матрице иРНК. У прокариот с их плавающей в цитоплазме хромосомой (нуклеоидом) указанные процессы не разобщены И трансляция генных транскриптов, т.е. молекул иРНК, начинается до полного завершения их синтеза одновременно на многих рибосомах. Сопряженность транскрипции и трансляции у бактерий приводит к тому, что при 37° С за 1 секунду синтезируется «15 кодонов (т.е. триплетов нуклеотидов в иРНК, кодирующих определенную аминокислоту), а за одну минуту- 2500 нуклеотидов. Как правило, лишь одна цепь ДНК, называемая антикодирующей, служит матрицей для синтеза комплементарной молекулы иРНК, осуществляемого ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Противоположная ей цепь, последовательности нуклеотидов в которой совпадает с последовательностями иРНК, называется кодирующей. Существование иРНК было теоретически доказано Уотсоном и Криком при рассмотрении вопроса о том, каким образом заложенная в двуспиральной ДНК генетическая информация реализуется при синтезе белка. Экспериментально же это впервые доказано в работе Э. Волкина и Л. Астрахана (1962), исследовавших процесс синтеза белка в клетках Е.сoli, инфицированных фагом Т2. Они обнаружили, что при фаговой инфекции в бактериальных клетках резко усиливается синтез молекулы РНК, комплементарной по своему составу одной из цепей ДНК фага Т2, но не ДНК Е.соli.