- •Федеральное «агенство по здравоохранению и социальному развитию»
- •Введение
- •Роль нуклеиновых кислот как носителей генетической информации
- •Структура нуклеиновых кислот
- •Репликация днк Полуконсервативный механизм репликации
- •Ферменты репликации
- •Этапы репликации
- •Молекулярная структура генетического материала эукариот Количественные особенности генома эукариот
- •Нуклеотидные последовательности в геноме эукариот
- •Гетерогенность днк эукариот по нуклеотидному составу
- •Число молекул днк в хромосомах эукариот
- •Хроматин и компактизация хромосом
- •Особенности репликации эукариотических хромосом
- •Транскрипция днк
- •Этапы транскрипции
- •Сплайсинг про – иРнк у эукариот
- •Генетический код
- •Трансляция иРнк
- •Особенности и различия про- и эукариотических иРнк
- •Регуляция действия генов
- •Индукция и репрессия генов
- •Модель оперона
- •Лактозный оперон e.Coli
- •Гистидиновый оперон s. Tuphimurium
- •Триптофановый оперон e .Coli
- •Переключение генетической активности во время фаговой инфекции
- •Особенности генетической регуляции у высших эукариот
- •Виды изменчивости
- •Модификационная изменчивость
- •Мутационный процесс
- •Типы мутаций
- •Геномные мутации
- •Структурные мутации хромосом
- •Генные мутации
- •Молекулярный механизм генных мутаций
- •Мутации со сдвигом рамки
- •Обратные мутации и супрессоры
- •Индуцированный мутагенез
- •Мутагенное действие ионизирующих излучений
- •Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей
- •Мутагенное действие химических соединений
- •Мутагены, действующие на покоящуюся и реплицирующуюся днк
- •Мутагены, действующие на реплицирующуюся днк
- •Специфичность и направленность индуцированного мутагенеза
- •Мутагенез и репарация днк
- •Дорепликативная репарация
- •Фотореактивация
- •Темновая эксцизионная репарация
- •Пострепликативная репарация (прр)
- •Индуцируемая репарация
- •Спонтанный мутагенез
- •Связь спонтанного мутагенеза с репликацией, репарацией и рекомбинацией днк
- •Гены мутаторы и антимутаторы
- •Мигрирующие генетические элементы (мгэ) и их роль в возникновении спонтанных мутаций. Мутабильные гены.
- •Роль других факторов эндогенного происхождения в спонтанном мутагенезе
- •Проблема специфичности и направленности применительно к спонтанному мутагенезу. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
- •Прикладное значение мутаций
- •Вопросы для контроля знаний
Этапы репликации
Рассмотрим механизм осуществления основных этапов репликации ДНК - инициации и элонгации. Инициация репликации происходит в локусе ori и начинается с появления Y-образной структуры - репликативной вилки, образование которой связано с раскручиванием дуплекса ДНК и локальным разделением ее цепей. Продвижению репликативной вилки вдоль каждой из цепей ДНК предшествуют стабилизация ее расплетенной сверхскрученной структуры ферментом SSB (от англ. single strand binding), специфично связывающимся с однонитевой ДНК, и появление затравочного полинуклеотида, к 3ОН-концу которого начинают присоединяться последующие нуклеотиды. Для ДНК полимеразы I в системе in vitro такой затравкой служит предшествующая цепь ДНК. Однако in vivo во всех исследованных случаях подобной затравкой служит не ДНК, а сравнительно короткая РНК, синтез которой осуществляется РНК-полимеразой, либо особым ферментом “праймазой”. Образующиеся на коротком участке между ДНК матрицей и РНК затравкой гибриды обеспечивают, как показано у E.coli, возможность следующего за инициацией этапа синтеза ДНК - элонгации ее цепей в направлении 5-3, осуществляемой от 3ОН-конца РНК затравки ДНК-полимеразой III. Немного позднее ставшая ненужной РНК-затравка удаляется, и в освободившийся участок встраиваются нуклеотиды, комплементарные ДНК-матрице. Ковалентное сшивание этой ДНК, синтезированное вместо РНК-затравки, с основной, вновь образованной цепью ДНК, осуществляет ДНК-лигаза, катализирующая образование фосфодиэфирных связей между соседними 3ОН и 5-Ф-концами.
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 3ОН-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 E.coli) 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.
Помимо рассмотренного известен еще один тип репликации ДНК - по способу “катящегося кольца”; так реплицируются кольцевые ДНК некоторых фагов, вирусов, митохондрий, плазмид. При этом способе в одной из цепей исходной ДНК (“+”- цепь) происходит разрыв и освободившийся 5-конец присоединяется к клеточной мембране. На 3-конце “+”-цепи по комплементарной матрице не разорванной “-”-цепи начинается прерывистый синтез дочерней цепи. При этом происходит вращение кольцевой “-”-цепи родительской молекулы, обеспечивающее “сползание” с нее удлиняющейся дочерней цепи. Последняя нарезается на куски, соответствующие по длине исходной молекуле ДНК. Такой способ репликации обусловливает образование многих копий материнской ДНК. Осуществляется он и в случае переноса плазмидной или хромосомной ДНК от донора к реципиенту в процессе конъюгации у бактерий.
Репликация ДНК тесно связана с клеточным делением и играет для него роль биологических часов. У бактерий подавление репликации до ее окончания блокирует возможность их деления. Врастание клеточной мембраны обеспечивает сегрегацию (расхождение) вновь синтезированных молекул между дочерними клетками.
Необходимо иметь в виду, что в живой клетке репликация ДНК существенно зависит от особенностей ее вторичной структуры, связи с клеточной мембраной и различными белками, входящими вместе с ДНК в состав нуклеоидов (эквивалентов ядра) у прокариот и хромосом у эукариот.