ГБОУ ВПО СибГМУ Минздравсоцразвития России

Биосинтез нуклеиновых кислот и белков

Выполнил студент 2 курса лечебного факультета группа 1001 Канев Александр

Томск-2011

Репликация

Репликация – процесс удвоения хромосом в S-периоде клеточного цикла. При репликации каждая цепь родительской двухцепочечной ДНК служит матрицей для новой комплементарной цепи. Вновь образованная двойная спираль имеет одну исходную и одну дочернюю цепь. Такой механизм удвоения получил название «полуконсервативная репликация». В основе образования дочерней цепи лежит принцип комплементарности.

Репликацию можно разделить на 4 этапа:

1. Инициация (образование репликативной вилки);

2. Элонгация (синтез новых цепей);

3. Исключение праймеров;

4. Терминация (завершение синтеза).

Репликацию осуществляет особый мультиферментный комплекс.

1. Инициация

Инициацию регулируют специфические сигнальные белковые молекулы – факторы роста. Они связываются рецепторами мембран и побуждают клетку к началу репликации. В определенном сайте начала репликации (оридижне) происходит локальная денатурация ДНК, цепи расходятся и формируются 2 репликативные вилки, движущиеся в противоположных направлениях.

Ферменты и белки, участвующие в репликации:

• ДНК-топоизомеразы регулируют суперспирализацию ДНК;

• ДНК-хеликаза разрывает водородные связи и расплетает двойную спираль ДНК;

• SSB-белки связываются с одноцепочечными нитями и предотвращают комплементарное скручивание.

2. Элонгация

Репликация ДНК осуществляется ДНК-зависимыми ДНК-полимеразами. Субстратами и источниками энергии для синтеза служат дезоксирибонуклеотидтрифосфаты. Эти соединения активируются ионами магния. Нейтрализуя отрицательный заряд нуклеотидов, они повышают их реакционную способность. Ферменты проявляют каталитическую активность в присутствии раскрученной цепи ДНК. Синтез цепей ДНК происходит только в направлении 5’-3’ растущей цепи. В каждой репликативной вилке идет синтез 2 дочерних цепей: лидирующей – направление синтеза совпадает с направлением движения репликативной вилки, и отстающей – направление синтеза противоположно направлению движения репликативной вилки. Отстающая цепь синтезируется короткими фрагментами Оказаки из 100 нуклеотидов. Фрагменты Оказаки затем сшиваются ДНК-лигазой

Разновидности ДНК-полимераз:

• ДНК-полимераза α присоединяется к определенному сайту, синтезирует праймер – фрагмент из ~ 10 рибонуклеотидов и достраивает к нему фрагмент из 50 дезоксирибонуклеотидов;

• ДНК-полимераза δ синтезирует новую цепь на основе олигонуклеотида, синтезированного ДНК-полимеразой α. Включение дезоксирибонуклеотидов в цепь сопровождается гидролизом макроэргических связей соответствующих нуклеозидтрифосфатов. Энергия расходуется на образование фосфодиэфирной связи между последним нуклеотидом цепи и присоединяемым нуклеотидом;

• ДНК-полимераза ε осуществляет синтез цепи ДНК отстающей дочерней цепи;

• ДНК-полимераза β удаляет праймеры, отщепляя с 5’-конца по одному рибонуклеотиду, а к 3’-концу присоединяет дезоксирибонуклеотиды;

• ДНК-полимераза γ участвует в репликации митохондриальной ДНК.

3. Терминация

Завершение репликации происходит после встречи двух репликативных вилок.

4. Метилирование днк

После завершения репликации происходит метилирование новых цепей ДНК. Метильные группы присоединяются ко всем остаткам аденина в последовательности -GATC-, также возможно метилирование цитозина в последовательности -GC- . Источником метильных групп при этом является S-аденозилметионин. Наличие метильных групп необходимо для формирования структуры хромосом и регуляции транскрипции генов. В течение непродолжительного времени после репликации метилированной является только материнская цепь. Это различие используется при репарации.

5. Теломерная днк

Теломерная ДНК – концевая часть хромосомы, представленная многократно повторяющимся олигонуклеотидом -GGGTTA-. Наличие последовательности необходимо для завершения репликации. После завершения репликации 5’-конец ДНК недостроен, т. к. ДНК-полимеразы не могут вести синтез в направлении 3’-5’. В ходе каждого цикла репликации цепи ДНК укорачиваются. Это обеспечивает старение.

В эмбриональных и быстро делящихся клетках присутствует фермент теломераза, обеспечивающий восстановление недореплицированных концов. Это возможно за счет РНК, содержащейся в активном центре фермента. Синтез идет в направлении 3’-5’.