ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА РНК.
Отдельные антипараллельные участки цепи ДНК образуют спирализованные петли («шпильки») за счет водородных связей между азотистыми основаниями – пуринами и пиримидинами: А-U и G-C.
В цитоплазме клеток присутствуют три типа рибонуклеиновых кислот – тРНК – транспортная РНК мРНК – матричная РНК рРНК – рибосомальная РНК Они различаются по:
●первичной структуре;
●молекулярной массе;
●конформации;
●продолжительности жизни;
●функциональной активности.
6
РЕПЛИКАЦИЯ
Процесс удвоения хромосом называется репликацией. Этот процесс предшествует делению ядра. Репликация происходит:
●в ядре;
●в S-фазу клеточного цикла.
Матрицей являются обе цепи (родительской) ДНК.
Субстраты и источники энергии – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты: дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ), для активации которых необходимы ионы Мg2+;
Синтез новых (дочерних) цепей идет от 5′ к 3′-концу антипараллельно матрице. ЭТАПЫ РЕПЛИКАЦИИ
Инициация – образование репликативной вилки. На этом этапе участвуют:
●регуляторные белки – факторы роста;
●ферменты – ДНК-топоизомераза I и ДНК-хеликаза;
●SSBбелки.
Источник энергии – молекулы АТФ
7
●Фермент ДНК-топоизомераза I расщепляет 5′,3′-фосфодиэфирную связь в одной из цепей ДНК и присоединяется ковалентно к фосфорному остатку на 5′-конце в точке разрыва.
●Происходит локальное раскручивание двойной спирали ДНК при участии ДНК-хеликазы, которая используя в качестве источника энергии АТФ разрывает водородные связи между цепями ДНК.
●По окончании формирования репликативной вилки ДНК-топоизомераза I восстанавливает целостность цепи (фосфоэфирную связь) и отделяется от ДНК.
SSВ-белки присоединяются к одноцепочечной ДНК, таким образом предотвращают их комплементарное скручивание и образование двухспиральной структуры.
ЭЛОНГАЦИЯ.
Репликацию (удвоение) ДНК катализируют ДНК-полимеразы α (альфа), β (бета), δ (дельта), ε (эпсилон), которые имеют в активном центре ион Zn2+. Недостаток этого микроэлемента в организме приводит снижению скорости ранозаживления, к задержке роста и развития у ребенка.
ДНК-полимеразы β, δ и ε не имеют сродства к одноцепочечной ДНК, поэтому не могут инициировать процесс. Начинает элонгацию репликации ДНК-полимераза α.
8
9
1. ДНК-полимераза α присоединяется к определенному сайту (участку) одноцепочечных ДНК и синтезирует по принципу комплементарности фрагменты РНК – праймеры, состоящие из 8-10 рибонуклеозидов. Удлинение праймеров на ~ 150 дезоксирибонуклеотидов катализирует тоже ДНК-полимераза α.
2.Наличие 2-х цепочечных участков на каждой цепи позволяет ферментам ДНКполимеразам δ и ε одновременно продолжить синтез новых (дочерних) цепей в направлении от 5′ к 3′-концу, антипараллельно матрице (3′,5′). Одна цепь растет по ходу раскручивания репликативной вилки, ее называют лидирующей цепью.
3.Вторая дочерняя цепь синтезируется (растет) против движения репликативной вилки. По мере раскручивания и доступности определенного сайта ДНК-полимераза α на второй матричной цепи синтезирует новый праймер, к которому присоединяется ДНК-полимераза ε или δ. Образованные ДНК-полимеразой α короткие фрагменты получили название – фрагменты Оказаки по имени ученого, впервые обнаружившего их образование.
Цепь состоящая из фрагментов Оказаки (~ из 200 нуклеотидов) называется запаздывающей или отстающей.
4.Эндонуклеаза и РНК-гидролаза (РНКаза) удаляют праймеры, поэтому на лидирующей цепи образуется одна брешь, а на запаздывающей – несколько.
5.ДНК-полимераза β заполняет брешь, используя в качестве субстратов и источников энергии – дНТФ (дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ).
6.ДНК-лигаза, с затратой энергии АТФ соединяет фрагменты Оказаки, состоящие после удаления РНК только из дНМФ, связанных 3′,5-фосфодиэфирной связью.
Дочерние цепи комплементарны матричным и антипараллельны. Продукт (2 новые цепи) идентичен матричной ДНК. Образованные молекулы ДНК содержит одну матричную и одну дочернюю цепь.
Такой механизм удвоения получил название – полуконсервативная репликация.
10
СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ РЕПЛИКАЦИИ:
РЕПАРАЦИЯ – это процесс исправления повреждений в ДНК. Процесс обеспечивает сохранение генетического материала на протяжении всей жизни организма. Репарация возможна только для 2-х цепочечных нуклеиновых кислот, при условии, если повреждение произошло в одной цепи (это правило для половых клеток). В клетках с диплоидным набором хромосом, даже при повреждении комплементарной пары нуклеотидов репарация возможна. Снижение скорости процесса приводит к накоплению повреждений в ДНК.
Типы повреждений: ― спонтанные
●дезаминирование оснований (из цитозина образуется урацил);
●депуринизация – отщепление пуриновых оснований А и G
●ошибки репликации (замены, вставки или выпадения нуклеотидов)
―индуцируемые
●образование пиримидиновых димеров, например, тимидиловых, под действием УФО
●повреждение оснований (A, G, C или T) ДНК химическими мутагенами.
Репарация:
●происходит в ядре;
●не связана с фазами клеточного цикла.
11
Матрица – одна цепь (неповрежденная) ДНК Субстраты и источники энергии – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты: дАТФ, дГТФ,
дТТФ, дЦТФ), для активации которых необходимы ионы Мg2+;
Продукт процесса, исправленный участок цепи ДНК, комплементарен матрице
Универсальная схема репарации:
12
В зависимости от типа повреждения количество этапов и ферментов, участвующих в его устранении может быть разным.
Репарация с участием ДНК-N-гликозилазы:
13
Удаление неправильного азотистого основания и образование АП-сайта (участка лишенного азотистого основания) может проходить при участии ДНК-N-гликозилазы, которая расщепляет N-гликозидную связь между поврежденным (или неправильным) основанием и дезоксирибозой. В дальнейшем возможны 2 пути реализации репарации:
●без разрыва 3′,5-фосфодиэфирной связью, при участии фермента ДНК-инсертаза, который присоединяет к дезоксирибозе основание по принципу комплементарности.
●с разрывом 3′,5-фосфодиэфирной связью, при участии фермента АП-эндонуклеаза, а далее репарация идет по универсальному механизму.
Репарация – устранение димеров тимина
Фермент фотолиаза активируется на свету.
При недостаточности фотолиазы развивается заболевание пигментная ксеродерма
Если повреждения не исправляются ферментами репарации – они сохраняются в геноме.
ТРАНСКРИПЦИЯ– первый этап реализации генетической информации. В ходе транскрипции образуются молекулы РНК мРНК – матрица для синтеза белка тРНК – выполняющие адапторную функцию
14
рРНК – входят в состав рибосом, на которых идет синтез белка. Транскрипция:
●происходит в ядре,
●не связана с фазами клеточного цикла. Матрица – 3′-5 цепь ДНК
Субстраты и источники энергии – НТФ (рибонуклеозидтрифосфаты: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ), для активации которых нужны ионы Мg2+;
Продукт процесса – молекула РНК комплементарна матричной ДНК Синтез идет от 5′ к 3′-концу, антипараллельно матрице.
Основным ферментом процесса является Zn2+-зависимая РНК-полимераза, активность которой регулируется факторами инициации, элонгации и терминации.
В основе процесса лежит принцип комплементарного спаривания оснований:
СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ ТРАНСКРИПЦИИ:
15