Kun molekyyli replikoituu, muodostuu DNA:ta. Miten dna:n replikaatio toimii. Replikointinopeus ja -tarkkuus

DNA:n replikaatio on deoksiribonukleiinihapon biosynteesiprosessi. Materiaalina on adenosiini-, guanosiini-sytidiini- ja tymidiinitrifosforihappo tai ATP, GTP, CTP ja TTF.

DNA:n replikaatiomekanismi

Biosynteesi suoritetaan niin kutsutun "siemenen" - tietyn määrän yksijuosteista muunnettua deoksiribonukleiinihappoa ja katalyyttiä - läsnäollessa. DNA-polymeraasi toimii katalyyttinä. Tämä entsyymi osallistuu nukleotiditähteiden yhdistämiseen. Yli 1000 nukleotiditähdettä kytkeytyy yhdessä minuutissa. Demolekyylin nukleotiditähteet on liitetty 3', 5'-fosfodiesterisidoksilla. DNA-polymeraasi katalysoi mononukleotiditähteiden kiinnittymistä transformoidun deoksiribonukleiinihapon vapaaseen 3-hydroksyylipäähän. Ensin syntetisoidaan pienet palat DNA-molekyylistä. Ne ovat herkkiä DNA-ligaasin vaikutukselle ja muodostavat pidempiä deoksiribonukleiinihapon fragmentteja. Molemmat fragmentit sijoittuvat Transformoitua deoksiribonukleiinihappoa käytetään kasvupisteenä tulevalle DNA-molekyylille ja se on myös matriisi, johon muodostuu antirinnakkais deoksiribonukleiinihappoketju, joka on rakenteeltaan ja nukleotiditähteiden sekvenssiltään identtinen transformoidun DNA:n kanssa. DNA:n replikaatio tapahtuu mitoottisen interfaasin aikana.Deoksiribonukleiinihappo keskittyy kromosomeihin ja kromatiiniin. Yksijuosteisen deoksiribonukleiinihapon muodostumisen jälkeen muodostuvat sen sekundaariset ja tertiaariset rakenteet. Kaksi deoksiribonukleiinihapon juostetta on kytketty toisiinsa komplementaarisuussäännön mukaisesti. DNA:n replikaatio tapahtuu solujen ytimissä.

Erilaisten RNA-ryhmien ja -tyyppien biosynteesin materiaalina ovat korkeaenergiset yhdisteet: ATP, GTP, CTP ja TTF. voidaan syntetisoida niissä osallistumalla yksi kolmesta ilmoitetusta fragmentista: DNA-riippuvainen RNA-polymeraasi, polynukleotidinukleotidi-nukleotiditransferaasi ja RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi. Ensimmäinen niistä löytyy kaikkien solujen ytimistä, myös mitokondrioissa auki. RNA syntetisoidaan DNA-templaatilla ribonukleosiditrifosfaattien, mangaani- ja magnesiumionien läsnä ollessa. Muodostuu RNA-molekyyli, joka on komplementaarinen DNA-templaatin kanssa. Jotta DNA:n replikaatio tapahtuisi ytimissä, muodostuu r-RNA-, t-RNA-, i-RNA- ja RNA-alukkeita. Kolme ensimmäistä kuljetetaan sytoplasmaan, jossa ne osallistuvat proteiinien biosynteesiin.

DNA:n replikaatio tapahtuu samalla tavalla kuin deoksiribonukleiinihapon translaatio. Siirto ja perinnöllisen tiedon säilyttäminen tapahtuu kahdessa vaiheessa: transkriptio ja kääntäminen. Mikä on geeni? Geeni on materiaaliyksikkö, joka on osaiä (RNA joissakin viruksissa). Sisältyy soluytimien kromosomeihin. Geneettinen tieto siirtyy DNA:sta RNA:n kautta proteiineihin. Transkriptio suoritetaan i-RNA:n synteesissä ja koostuu siitä dekohdissa. On sanottava, että deoksiribonukleiinihapon nukleotidisekvenssi "kirjoitetaan uudelleen" m-RNA-molekyylin nukleotidisekvenssiin. RNA-polymeraasi kiinnittyy vastaavaan DNA-osaan, "kiertää" sen kaksoiskierrettä ja kopioi deoksiribonukleiinihapon rakenteen kiinnittäen nukleotidit komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti. Kun fragmentti liikkuu, syntetisoitu RNA-juoste siirtyy pois templaatista, ja entsyymin takana oleva DNA-kaksoiskierre palautuu välittömästi. Jos RNA-polymeraasi saavuttaa kopioidun alueen pään, RNA siirtyy pois matriisista karyoplasmaan, jonka jälkeen se siirtyy sytoplasmaan, jossa se osallistuu proteiinien biosynteesiin.

Translaation aikana nukleotidien sijoitussekvenssi i-RNA-molekyylissä transloituu aminohappotähteiden sekvenssiksi proteiinimolekyylissä. Tämä prosessi tapahtuu sytoplasmassa, i-RNA yhdistetään täällä ja muodostuu polysomi.

1. Milloin replikaatio tapahtuu?- Interfaasin synteettisessä vaiheessa, kauan ennen solujen jakautumista. Replikaation ja mitoosin profaasin välistä ajanjaksoa kutsutaan interfaasin synteettiseksi vaiheeksi, jossa solu jatkaa kasvuaan ja tarkistaa, onko kaksinkertaistuminen tapahtunut oikein.

2. Jos kromosomia oli 46 ennen kaksinkertaistamista, kuinka monta on kaksinkertaistamisen jälkeen?- Kromosomien määrä ei muutu DNA-kaksoistumisen myötä. Ennen kaksinkertaistamista ihmisellä on 46 yksittäistä kromosomia (jotka koostuvat yhdestä DNA:n kaksoisjuosteesta) ja kaksinkertaistumisen jälkeen 46 kaksoiskromosomia (koostuvat kahdesta identtisestä DNA-kaksoisjuosteesta, jotka on liitetty toisiinsa sentromeerissä).

3. Miksi replikointia tarvitaan?- Jotta mitoosin aikana jokainen tytärsolu voi saada oman DNA-kopionsa. Mitoosin aikana kukin 46 kaksoiskromosomista jakautuu kahdeksi yksittäiseksi kromosomiksi; saadaan kaksi 46 yksittäisen kromosomin sarjaa; nämä kaksi joukkoa eroavat kahdeksi tytärsoluksi.

DNA:n rakenteen kolme periaatetta

Puolikonservatiivinen- jokainen tytär-DNA sisältää yhden äidin DNA-juosteen ja yhden vasta syntetisoidun.

Täydentävyys- AT / CH. Toisen DNA-juosteen adeniinia vastapäätä on aina toisen DNA-juosteen tymiini, sytosiinia vastapäätä on aina guaniini.

Antiparallelismi- DNA-säikeet sijaitsevat vastakkain. Näitä päitä ei opeteta koulussa, joten vähän tarkemmin (ja edelleen erämaassa).

DNA:n monomeeri on nukleotidi, nukleotidin keskusosa on deoksiriboosi. Siinä on 5 hiiliatomia (lähimmässä kuvassa vasemman alakulman deoksiriboosin atomit on numeroitu). Katsomme: typpipitoinen emäs on kiinnittynyt ensimmäiseen hiiliatomiin, tietyn nukleotidin fosforihappo on kiinnittynyt viidenteen, kolmas atomi on valmis kiinnittämään seuraavan nukleotidin fosforihappoa. Näin ollen millä tahansa DNA-juosteella on kaksi päätä:

5"-pää, siinä on fosforihappo;
3" päässä on riboosi.

Parallelismin vastainen sääntö on, että DNA:n kaksoisjuosteen toisessa päässä (esimerkiksi lähimmän kuvan yläpäässä) yhdellä juosteella on 5 "pää ja toisessa 3" pää. Replikaatioprosessin kannalta on tärkeää, että DNA-polymeraasi voi pidentää vain 3 "päätä. DNA-ketju voi kasvaa vain sen 3" päässä.

Tässä kuvassa DNA-kaksoisprosessi etenee alhaalta ylös. Voidaan nähdä, että vasen ketju kasvaa samaan suuntaan ja oikea ketju vastakkaiseen suuntaan.

Seuraava kuva huippu uusi ketju("käyttöketju") pitenee samaan suuntaan kuin tuplaus. Pohja uusi ketju("jäänyt ketju") ei voi pidentyä samaan suuntaan, koska siinä on 5" pää, joka muistaakseni ei kasva. Siksi alempi ketju kasvaa lyhyen (100-200 nukleotidin) Okazakin avulla fragmentteja, joista jokainen kasvaa 3":n suuntaan. Jokainen Okazaki-fragmentti kasvaa alukkeen 3 "päästä ("RNA-alukkeet", alukkeet ovat punaisia kuvassa).

Replikaatioentsyymit

Replikoinnin yleinen suunta- DNA-kaksoistumisen suunta.
Vanhempien DNA- vanha (äidin) DNA.
Vihreä pilvi "Vanhempien DNA" vieressä- entsyymi helikaasi, joka katkaisee vetysidoksia vanhan (emä) DNA-ketjun typpipitoisten emästen välillä.
Harmaat soikeat DNA-säikeet vain revittyinä toisistaan- destabiloivat proteiinit, jotka estävät DNA-säikeiden liittymisen.
DNA pol III- DNA-polymeraasi, joka kiinnittää uusia nukleotideja ylemmän (johtavan, jatkuvasti syntetisoidun) DNA-juosteen 3" päähän (Johtava ketju).
Primase- primaasientsyymi, joka tekee alukkeen (punainen osa Legosta). Nyt lasketaan alukkeet vasemmalta oikealle:

ensimmäinen pohjamaali on vielä kesken, sitä tekee parhaillaan primaza;
toisesta alukkeesta DNA-polymeraasi rakentaa DNA:ta - vastakkaiseen suuntaan kuin DNA:n kaksinkertaistuminen, mutta 3" pään suuntaan;
kolmannesta alukkeesta DNA-ketju on jo rakennettu (Myöhässä oleva nauha), hän oli lähellä neljättä aluketta;
neljäs aluke on lyhin kaikista, koska DNA-polymeraasi (DNA pol I) poistaa sen (alias RNA, sillä ei ole mitään tekemistä DNA:ssa, tarvitsimme siitä vain oikean pään) ja korvaa sen DNA:lla;
viides pohjamaali ei ole enää kuvassa, se leikataan kokonaan pois ja sen tilalle jää rako. DNA-ligaasi (DNA-ligaasi) ompelee tämän raon niin, että alempi (jäljessä oleva) DNA-juoste on ehjä.

Superkuva ei osoita topoisomeraasientsyymiä, mutta pidemmälle kiveksiin se ilmestyy, joten sanotaanpa siitä muutama sana. Tässä on kolmesta suuresta säikeestä tehty köysi. Jos kolme toveria tarttuu näihin kolmeen säikeeseen ja alkaa vetää niitä kolmeen eri suuntaan, niin hyvin pian köysi lakkaa purkamasta ja käpristyy tiukoiksi silmukoiksi. DNA:lla, joka on kaksisäikeinen köysi, sama voisi tapahtua, ellei topoisomeraasille.

Topoisomereesi katkaisee toisen kahdesta DNA-säikeestä, minkä jälkeen (toinen kuva, punainen nuoli) DNA kääntyy toisen säikeensä ympäri, jolloin tiukkoja silmukoita ei muodostu (topologinen stressi vähenee).

Lopeta alitoisto

Replikaatioentsyymeillä olevasta superkuvasta on selvää, että alukkeen poistamisen jälkeen jäljelle jäävässä paikassa DNA-polymeraasi täydentää seuraavan Okazaki-fragmentin. (Todella ymmärrettävää? Superkuvassa olevat Okazaki-fragmentit on ilmaistu ympyröissä olevilla numeroilla.) Kun superkuvan replikaatio saavuttaa loogisen (vasemman) päänsä, niin viimeisellä (vasemmalla) Okazaki-fragmentilla ei ole "seuraavaa" , joten kukaan ei pysty viimeistelemään DNA:ta tyhjään tilaan, joka on saatu alukkeen poistamisen jälkeen.

Tässä toinen piirros. Musta DNA-juoste on vanha, äidillinen. DNA:n monistaminen, toisin kuin superkuva, tapahtuu vasemmalta oikealle. Koska uudella (vihreällä) DNA:lla on 5" pää oikealla, se on jäljessä ja sitä pidentävät erilliset fragmentit (Okazaki). Jokainen Okazaki-fragmentti kasvaa alukkeensa 3" päästä (sininen suorakulmio). Kuten muistamme, DNA-polymeraasi poistaa alukkeet, mikä täydentää seuraavan Okazaki-fragmentin tässä vaiheessa (tämä prosessi on merkitty punaisella ellipsillä). Kromosomin lopussa ei ole ketään paikkaamassa tätä osaa, koska seuraavaa Okazaki-fragmenttia ei ole, siellä on jo tyhjä tila (Auko)... Siten jokaisen replikaation jälkeen tytärkromosomien molemmat 5" päät lyhennetään. (pääte alireplikaatio).

Kantasolujen (ihossa, punaisessa luuytimessä, kiveksissä) täytyy jakautua paljon enemmän kuin 60 kertaa. Siksi niissä toimii telomeraasientsyymi, joka pidentää telomeerejä jokaisen replikaation jälkeen. Telomeraasi pidentää DNA:n ulkonevaa 3" päätä niin, että se kasvaa Okazaki-fragmentin kokoiseksi. Sen jälkeen primaasi syntetisoi siihen alukkeen ja DNA-polymeraasi pidentää DNA:n alireplikoitunutta 5" päätä.

Testiki

1. Replikointi on prosessi, jossa:
A) tapahtuu kuljetus-RNA:n synteesi;
B) DNA:n synteesi (kopioiminen) tapahtuu;
C) ribosomit tunnistavat antikodoneja;
D) muodostuu peptidisidoksia.

2. Yhdistä prokaryoottien replikaatioon osallistuvien entsyymien toiminnot niiden nimien kanssa.

3. Replikaation aikana eukaryoottisoluissa alukkeiden poistaminen
A) suoritetaan entsyymillä, jolla on vain DNaasi-aktiivisuutta
B) muodostaa Okazakin fragmentteja
C) esiintyy vain viivästyneissä piireissä
D) esiintyy vain ytimessä

4. Jos poistat bakteriofagin fX174 DNA:n, huomaat, että se sisältää 25 % A:ta, 33 % T:tä, 24 % G:tä ja 18 % C:tä. Miten selittäisitte nämä tulokset?
A) Kokeen tulokset ovat virheellisiä; jossain oli virhe.
B) Voidaan olettaa, että A:n prosenttiosuus on suunnilleen sama kuin T:n prosenttiosuus, mikä pätee myös C:lle ja G:lle. Siksi Chargaffin sääntöä ei rikota, DNA on kaksijuosteinen ja replikoituu puolikonservatiivisesti.
B) Koska A:n ja T:n ja vastaavasti C:n ja G:n prosenttiosuudet ovat erilaisia, DNA on yksi juoste; sitä replikoi erityinen entsyymi, joka seuraa erityistä replikaatiomekanismia yhden juosteen templaattina.
D) Koska A ei ole yhtä suuri kuin T eikä G ole yhtä suuri kuin C, niin DNA:n on oltava yksijuosteinen, se replikoidaan syntetisoimalla komplementaarinen juoste ja käyttämällä tätä kaksijuosteista muotoa templaattina.

5. Kaavio viittaa kaksijuosteiseen DNA:n replikaatioon. Valitse jokaiselle neliölle I, II, III yksi tällä alueella toimiva entsyymi.

A) Telomeraasi
B) DNA topoisomeraasi
C) DNA-polymeraasi
D) DNA-helikaasi
E) DNA-ligaasi

6. Bakteeriviljelmä väliaineesta, jossa oli kevyt typen isotooppi (N-14), siirrettiin alustaan, joka sisälsi raskaan isotoopin (N-15) yhtä jakautumista vastaavaksi ajaksi ja palautettiin sitten alustaan, jossa oli typen kevyt isotooppi. Bakteeri-DNA:n koostumuksen analyysi kahta replikaatiota vastaavan ajanjakson jälkeen osoitti:

Vaihtoehdot vastaus	DNA
Vaihtoehdot vastaus	helppo	keskiverto	raskas
A	3/4	1/4	-
B	1/4	3/4	-
V	-	1/2	1/2
G	1/2	1/2	-

7. Yhdelle harvinaiselle geneettiselle häiriölle on ominaista immuunivajaus, henkinen ja fyysinen jälkeenjääneisyys sekä mikrokefalia. Oletetaan, että löydät lähes yhtä suuret määrät pitkiä ja hyvin lyhyitä DNA-jaksoja tämän oireyhtymän potilaan DNA-uutteesta. Mikä entsyymi todennäköisimmin puuttuu / viallinen tässä potilaassa?
A) DNA-ligaasi
B) Topoisomeraasi
C) DNA-polymeraasi
D) Helicase

8. DNA-molekyyli on kaksoiskierre, joka sisältää neljä erityyppistä typpipitoista emästä. Mikä seuraavista sekä replikaatiota että DNA-kemiaa koskevista väittämistä pitää paikkansa?
A) Kahden ketjun emästen sekvenssit ovat samat.
B) DNA:n kaksoisjuosteessa puriinipitoisuus on yhtä suuri kuin pyrimidiinipitoisuus.
C) Molempia ketjuja syntetisoidaan jatkuvasti 5 '→ 3' suunnassa.
D) DNA-polymeraasi katalysoi vasta syntetisoidun nukleiinihapon ensimmäisen emäksen kiinnittymistä.
E) DNA-polymeraasin virheenkorjausaktiivisuus suoritetaan 5'→3'-suunnassa.

9. Useimmilla DNA-polymeraaseilla on myös aktiivisuutta:
A) ligaatio;
B) endonukleaasi;
C) 5"-eksonukleaasi;
D) 3"-eksonukleaasi.

10. DNA-helikaasi on DNA:n replikaation avainentsyymi, joka purkaa kaksijuosteisen DNA:n yksijuosteiseksi DNA:ksi. Alla kuvataan koe, jonka tarkoituksena on selvittää tämän entsyymin ominaisuuksia.

Mikä seuraavista tätä kokeilua koskevista väittämistä pitää paikkansa?
A) Geelin yläosassa näkyvä vyöhyke on vain ssDNA, 6,3 kb.
B) Geelin pohjalle ilmestyvä vyöhyke on leimattu 300 bp DNA:ksi.
C) Jos hybridisoitunutta DNA:ta käsitellään vain DNA-helikaasilla ja reaktio on valmis, vyöhykkeiden järjestys näyttää kuvan b kaistalla 3 esitetyltä.
D) Jos hybridisoitunutta DNA:ta käsitellään vain keittämällä ilman helikaasikäsittelyä, vyöhykkeiden järjestely näyttää kuvan b kaistalla 2 esitetyltä.
E) Jos hybridisoitunutta DNA:ta käsitellään vain keitetyllä helikaasilla, vyöhykkeiden järjestely näyttää kuvan b kaistalla 1 esitetyltä.

Piirin olympialaiset 2001
- Koko Venäjän olympialaiset 2001
- Kansainvälinen olympialainen 2001
- Kansainvälinen olympialainen 1991
- Kansainvälinen olympialainen 2008
- Piiriolympialaiset 2008
- Kansainvälinen olympialainen 2010
Näiden olympialaisten täydelliset tekstit löytyvät.

Jos se on perinnöllinen molekyyli, niin tämän ominaisuuden toteuttamiseksi sen on kopioitava itseään tarkasti ja säilytettävä siten kaikki alkuperäisessä DNA-molekyylissä saatavilla oleva tieto tietyn nukleotidisekvenssin muodossa. Tämä saavutetaan erityisellä prosessilla, joka edeltää minkä tahansa kehon solun jakautumista, jota kutsutaan DNA-replikaatioksi.

DNA:n replikaation ydin on, että erityinen entsyymi katkaisee heikot vetysidokset, jotka yhdistävät kahden ketjun nukleotidit. Tämän seurauksena DNA-säikeet katkeavat ja vapaat typpipitoiset emäkset "puntuvat ulos" jokaisesta juosteesta (ns. replikaatiohaarukan ulkonäkö). Erityinen DNA-polymeraasientsyymi alkaa liikkua vapaata DNA-juostetta pitkin 5-päästä 3-päähän (johtava juoste) auttaen kiinnittämään solussa jatkuvasti syntetisoituneita vapaita nukleotideja vasta syntetisoidun DNA:n 3"-päähän. Toisessa DNA-juosteessa (lagging Strand ) muodostuu uutta DNA:ta pienten segmenttien muodossa, jotka koostuvat 1000-2000 nukleotidista (Okazaki-fragmenteista).

Tämän juosteen DNA-fragmenttien replikaation aloittamiseksi tarvitaan lyhyiden RNA-fragmenttien synteesi (RNA:n ominaispiirteitä käsitellään jäljempänä) siemeninä, joita varten käytetään erityistä entsyymiä - RNA-polymeraasia (primaasi). Sen jälkeen RNA-alukkeet poistetaan, DNA insertoidaan muodostuneisiin aukkoihin DNA-polymeraasi I:n avulla. Siten kutakin DNA-juostetta käytetään templaattina tai templaattina komplementaarisen juosteen rakentamiseen, ja DNA:n replikaatio on puolikonservoitunutta (eli yksi juoste uusi DNA-molekyyli on "vanha", ja toinen on uusi).

Solu käyttää erilaisia entsyymejä replikoidakseen johtavat ja jäljessä olevat ketjut. Replikaation seurauksena muodostuu kaksi uutta täysin identtistä DNA-molekyyliä, jotka ovat myös identtisiä alkuperäisen DNA-molekyylin kanssa ennen sen reduplikaation alkamista (DNA:n replikaation prosessi on esitetty tarkemmin kuvassa 3.5). DNA-polymeraasi, kuten mikä tahansa muu entsyymi, nopeuttaa merkittävästi komplementaaristen nukleotidien kiinnittymisprosessia vapaaseen DNA-ketjuun, mutta adeniinin kemiallinen affiniteetti tymiiniin ja sytosiinin guaniiniin on niin suuri, että ne yhdistyvät keskenään jopa ilman DNA-polymeraasi yksinkertaisissa reaktioseoksissa.

Hieman yksinkertaistaen voidaan sanoa, että DNA-molekyylin tarkka kaksinkertaistuminen, joka perustuu tämän molekyylin emästen komplementaarisuuteen, muodostaa perinnöllisyyden molekyyliperustan. DNA:n replikaationopeus ihmisillä on suhteellisen hidas, ja minkä tahansa ihmisen kromosomin DNA:n replikoituminen kestäisi viikkoja, jos replikaatio alkaisi yhdestä pisteestä. Itse asiassa minkä tahansa kromosomin DNA-molekyylissä - jokainen ihmisen kromosomi sisältää vain yhden DNA-molekyylin, replikaation aloituskohtia (replikoneja) on monia. Jokaisesta replikonista replikointi etenee molempiin suuntiin, kunnes viereiset replikonit yhdistyvät. Siksi DNA:n replikaatio kussakin kromosomissa etenee suhteellisen nopeasti.

Replikaatio (latinasta replicatio - uusiutuminen) on prosessi, jossa synteesi tapahtuu tytär-DNA-molekyylin emo-DNA-molekyylin matriisissa. Emäsolun myöhemmän jakautumisen aikana jokainen tytärsolu saa yhden kopion DNA-molekyylistä, joka on identtinen alkuperäisen emosolun DNA:n kanssa. Tämä prosessi varmistaa geneettisen tiedon tarkan siirron sukupolvelta toiselle. DNA:n replikaation suorittaa monimutkainen entsyymikompleksi, joka koostuu 15-20 erilaisesta proteiinista, jota kutsutaan replikisomiksi.

DNA:n replikaatio on avaintapahtuma solunjakautumisen aikana. On olennaista, että DNA on jakautumishetkellä täysin replikoitunut ja vain kerran. Tämän tarjoavat tietyt DNA-replikaation säätelymekanismit.

Replikointi tapahtuu sisään kolme vaihetta:

1. Replikaation aloitus

2. Venymä

3. Replikoinnin lopettaminen.

Eukaryoottien genomit (samoin kuin niiden yksittäiset kromosomit) koostuvat suuresta määrästä itsenäisiä replikoneja, mikä vähentää merkittävästi yksittäisen kromosomin kokonaisreplikaatioaikaa. Molekyylimekanismeja, jotka säätelevät replikaation aloitustoimien määrää kussakin paikassa yhden solujakautumissyklin aikana, kutsutaan kopiomäärän säätelyksi. Kromosomaalisen DNA:n lisäksi bakteerisolut sisältävät usein plasmideja, jotka ovat yksittäisiä replikoneja. Plasmidilla on omat kopioinninhallintamekanisminsa: ne voivat tuottaa vain yhden kopion plasmidista solusykliä kohti tai tuhansia kopioita.

Replikaatio alkaa replikaation aloituskohdasta DNA:n kaksoiskierteen purkamisesta, jolloin muodostuu replikaatiohaarukka - DNA:n suoran replikaation paikka. Jokainen paikka voi muodostaa yhden tai kaksi replikointihaarukkaa sen mukaan, onko replikaatio yksi- vai kaksisuuntainen. Kaksisuuntainen replikointi on yleisempää. Jonkin ajan kuluttua replikaation alkamisesta elektronimikroskoopissa voidaan havaita replikaatiosilmä - kromosomin osa, jossa DNA on jo replikoitunut ja jota ympäröivät laajemmat replikoitumattomien DNA-osien osat.

Replikaatiohaarukassa DNA kopioi suuren proteiinikompleksin (replicisomin), jonka avainentsyymi on DNA-polymeraasi. Replikaatiohaarukka liikkuu noin 100 000 emäsparia minuutissa prokaryooteilla ja 500-5000 emäsparia minuutissa eukaryooteilla.

Molekyylireplikaatiomekanismi:

Entsyymit (helikaasi, topoisomeraasi) ja DNA:ta sitovat proteiinit purkavat DNA:ta, pitävät matriisin laimeana ja pyörittävät DNA-molekyyliä. Replikaation oikeellisuuden takaa komplementaaristen emäsparien täsmällinen yhteensopivuus ja DNA-polymeraasin aktiivisuus, joka pystyy tunnistamaan ja korjaamaan virheen. Replikaatio eukaryooteissa suoritetaan useiden erilaisten DNA-polymeraasien avulla (toisin kuin DNA-replikaatio prokaryooteissa).

DNA-polymeraasi I vaikuttaa jäljessä olevaan juosteeseen RNA-alukkeiden poistamiseksi ja puhdistettujen DNA-kohtien replikoimiseksi. DNA-polymeraasi III on tärkein DNA-replikaatioentsyymi, joka syntetisoi johtavan DNA-juosteen ja Okazaki-fragmentteja jäljessä olevan juosteen synteesin aikana (Okazaki-fragmentit ovat suhteellisen lyhyitä DNA-fragmentteja, jotka muodostuvat jäljessä olevaan juosteeseen DNA-replikaation aikana). Lisäksi syntetisoidut molekyylit kierretään superkiertymisen ja DNA:n lisätiivistymisen periaatteen mukaisesti. Synteesi on energiaa kuluttavaa.

DNA-molekyylin ketjut hajaantuvat, muodostavat replikaatiohaarukan, ja jokaisesta niistä tulee matriisi, jolle syntetisoidaan uusi komplementaarinen juoste. Tämän seurauksena muodostuu kaksi uutta kaksijuosteista DNA-molekyyliä, jotka ovat identtisiä alkuperäisen molekyylin kanssa.

1. Initiaatio.

Replikaatio alkaa tiukasti määritellyiltä DNA:n alueilla - replikaation alkupisteissä - ori (englanninkielisestä origosta - alku). Tässä ovat erityiset nukleotidisekvenssit - DNA-laatikot, jotka aloitusproteiini tunnistaa ja joihin muut replikaatioentsyymit myöhemmin sitoutuvat. Koska DNA-synteesi tapahtuu vain yksijuosteisessa matriisissa, on sitä edeltävä pakollinen kahden DNA-juosteen erottaminen, ts. matriisin valmistus, joka sisältää seuraavat prosessit:

· DNA-helikaasit irrottavat DNA:n kaksoiskierteen ATP:n energian avulla. Ketjujen hajaantumisen alkamiskohtaa kutsutaan replikatiiviseksi haarukoksi ominaisen Y-muodon vuoksi.

· DNA-topoisomeraasit lievittävät topologista stressiä (superkiertymistä) DNA:n purkautumisessa. Tätä varten entsyymi ensin katkaisee DNA-juosteen ja kiinnittyy sitten kovalenttisesti katkenneeseen päähän. Tällä sidoksella on merkittävää energiaa, joten reaktio on palautuva eikä vaadi ylimääräisiä energiakustannuksia. Kahden tyyppisiä topoisomeraaseja on löydetty: topoisomeraasi I (aiheuttaa yksijuosteisia katkoksia) ja topoisomeraasi II (aiheuttaa kaksijuosteisia katkoja DNA:han).

· SSB-proteiinit (englanninkielisistä yksijuosteisista DNA:ta sitovista proteiineista) sitoutuvat yksijuosteisille alueille ja stabiloivat kiertymättömän dupleksin estäen hiusneulan muodostumisen.

DNA-malli on valmis. Nyt on tarpeen rakentaa komplementaarinen ketju solussa saatavilla olevista deo(dNTP) jokaiseen emo-DNA-molekyylin ketjuun. Entsyymejä, jotka katalysoivat templaatti-DNA:n määräämääiota, kutsutaan DNA-polymeraaseiksi (DNAP).

Ensimmäisen DNA-polymeraasin löysi vuonna 1957 A. Kornberg, ja vuonna 1959 hänelle myönnettiin Nobel-palkinto DNA-biosynteesin mekanismin löytämisestä.

Prokaryoottien parhaiten tutkitut DNA:t ovat:

· DNAP I. Toiminnot:

5'-3'- eksonukleaasi (voi poistaa 5'-terminaalisen nukleotidin)

· DNAP II. Roolia ei täysin ymmärretä. Ei osallistu replikointiin.

· DNAP III. Replikaation pääentsyymi. Toiminnot:

Polymeraasi (liittää nukleotidit fosfodiesterisidoksilla),

3'-5'-eksonukleaasi (voi poistaa 3'-terminaalisen nukleotidin)

DNAP:llä on kaksi ominaisuutta:

Ensinnäkin DNA-polymeraasit eivät voi aloittaa DNA-synteesiä, vaan ne voivat vain lisätä uusia deoksiribonukleotidiyksiköitä olemassa olevan polynukleotidiketjun 3'-päähän. Siksi DNA on esikäsiteltävä. DNAP:n toimintaan tarvittava aluke (aluke) koostuu RNA:sta (noin 15-17 nukleotidia) ja sen syntetisoi primaasientsyymi. Primaasi sitoutuu helikaasiin ja DNA:han muodostaen rakenteen, jota kutsutaan primosomiksi. Sitten DNAP III kiinnittyy alukkeeseen ja pidentää juostetta.

Toiseksi uuden polymeraasijuosteen synteesi suoritetaan vain 5'-3'-suunnassa pitkin antirinnakkaissuuntaista templaattijuostetta, ts. 3'-5'. Ketjujen synteesi vastakkaiseen suuntaan ei tapahdu koskaan, joten replikatiivisessa haarukassa syntetisoitujen ketjujen täytyy kasvaa vastakkaisiin suuntiin. Yhden ketjun (johtava, johtava) synteesi tapahtuu jatkuvasti ja toisen (jäljellä) - fragmentteina. Johtava ketju kasvaa 5-päästä 3-päähän replikointihaarukan suuntaan ja tarvitsee vain yhden aloitustoimenpiteen. Jäljellä olevan ketjun kasvu etenee myös 5'-päästä 3'-päähän, mutta toisinpäin haarukan liikettä vastakkaiseen suuntaan. Jäljellä olevan ketjun synteesiä varten täytyy tapahtua useita aloitustapahtumia, joiden seurauksena muodostuu monia lyhyitä ketjuja (Okazaki-fragmentteja), joiden pituus prokaryooteissa on 1000-2000 nukleotidia.

Jokaisen Okazaki-fragmentin alussa on RNA-aluke, joka on poistettava. ribonukleotideja ei saa olla läsnä DNA:ssa. DNAP I poistaa 5'-3'-eksonukleaasiaktiivisuutensa ansiosta alukkeen ja korvaa sen deoksiribonukleotideillä. Kahden vierekkäisen Okazaki-fragmentin välinen rako ommellaan kiinni DNA-ligaasientsyymillä käyttämällä ATP:n energiaa.

2. Pidentyminen (ketjun pidentyminen).

Replikaatioentsyymien kompleksi, jota kutsutaan replikisomiksi, liikkuu templaatti-DNA-molekyyliä pitkin, puristaen sen ja rakentaen komplementaarisia DNA-säikeitä.

3. Lopettaminen (replikaation loppu).

DNA sisältää replikaation lopetuskohtia, jotka sisältävät spesifisiä sekvenssejä, joihin terminaattoriproteiinit sitoutuvat, estäen replikaatiohaarukan lisääntymisen. DNA-synteesi päättyy.

Huomasimme aiemmin, että DNAP:llä on polymeraasiaktiivisuuden lisäksi myös 3'-5'-eksonukleaasi. Se on tarpeen korjaamiseksi, ts. väärin lisätyn nukleotidin poistaminen. DNAP tarkistaa kahdesti kunkin nukleotidin vastaavuuden templaatin kanssa: kerran ennen sen sisällyttämistä kasvavaan juosteeseen, toisen kerran ennen seuraavan nukleotidin sisällyttämistä.

Replikaationopeus prokaryooteissa on 500 nukleotidia sekunnissa.

Replikointimenetelmät

· Θ-tyyppi. Replikatiivinen osellus laajenee vastakkaisiin suuntiin pitkin pyöreää DNA-molekyyliä. Tässä tapauksessa muodostuu välirakenne, joka muistuttaa kreikkalaista kirjainta θ. Se on ominaista prokaryooteille ja joillekin viruksille.

· Σ-tyyppinen (rullarengasmekanismi). Replikaatio alkaa fosfodiesterisidoksen katkeamisesta yhdessä kantarengasmolekyylin ketjuista. DNAP kiinnittyy vapaaseen 3'-päähän ja rakentaa uuden juosteen. Välirakenne on σ-kirjaimen muotoinen. Tämän tyyppinen replikaatio löytyy joistakin viruksista, erityisesti lambda-bakteriofagista.

· Lineaaristen molekyylien replikaatio, jossa muodostuu useita toisiaan kohti liikkuvia replikatiivisia haarukoita. Se on ominaista kaikille eukaryooteille ja viruksille, joilla on lineaariset DNA-molekyylit.

Replikaation ominaisuudet eukaryooteissa

1. Replikaatio tapahtuu solun mitoottisen syklin S-jaksossa.

2. Yhdessä DNA-molekyylissä on monia replikoneja; replikoinnin aloituspisteitä on useita.

3. DNP-polymeraasit:

· Α - DNA-polymeraasi. Replikaation pääentsyymi. Sillä on myös primasien aktiivisuutta. Syntetisoi Okazakin fragmentteja.

· Β - DNA-polymeraasi - korjaava entsyymi (poistaa DNA-vaurion).

Γ - DNA-polymeraasi tuottaa mitokondrioiden DNA:n synteesiä

· Δ - DNA-polymeraasi osallistuu johtavan ketjun synteesiin.

4. Okazaki-fragmenttien pituus on 100-200 nukleotidia.

5. Replikaationopeus 50 nukleotidia/s.

6. On olemassa telomeraasientsyymi, joka pidentää DNA:n 3'-päätä ennen replikaatiota, koska joka kerta replikaation jälkeen lineaarisen DNA-molekyylin 3'-pään pituus pienenee alukkeen koon verran. Telomeerien pidennyshäiriöt liittyvät karsinogeneesiin ja ikääntymiseen.

Siten edellä käsitellystä materiaalista voimme päätellä, että replikaation biologinen merkitys on geneettisen tiedon tarkassa toistossa, mikä on välttämätöntä, jotta tytärsolujen perinnöllinen materiaali olisi identtistä emosolun perinnöllisen materiaalin kanssa. Tämä on erittäin tärkeää sekä monisoluisten organismien kehitykselle ja normaalille toiminnalle että vegetatiivisen lisääntymisen toteuttamiselle.

DNA kopiointi

DNA kopiointi- deoksiribonukleiinihapon tytärmolekyylin synteesiprosessi emo-DNA-molekyylin matriisissa. Emäsolun myöhemmän jakautumisen aikana jokainen tytärsolu saa yhden kopion DNA-molekyylistä, joka on identtinen alkuperäisen emosolun DNA:n kanssa. Tämä prosessi varmistaa geneettisen tiedon tarkan siirron sukupolvelta toiselle. DNA-replikaation suorittaa monimutkainen entsyymikompleksi, joka koostuu 15-20 erilaisesta proteiinista, nimeltään eng. vastenmielinen) .

Opiskele historiaa

Jokainen DNA-molekyyli koostuu yhdestä alkuperäisen emomolekyylin juosteesta ja yhdestä vasta syntetisoidusta juosteesta. Tätä replikointimekanismia kutsutaan puolikonservatiiviseksi. Tällä hetkellä tämän mekanismin katsotaan olevan todistettu Matthew Meselsonin ja Franklin Stahlin (g.) kokeiden ansiosta. Aiemmin oli kaksi muuta mallia: "konservatiivinen" - replikaation seurauksena muodostuu yksi DNA-molekyyli, joka koostuu vain emoketjuista, ja yksi, joka koostuu vain tytärketjuista; "Dispergoiva" - kaikki replikaation tuloksena saadut DNA-molekyylit koostuvat ketjuista, joiden osat syntetisoidaan vasta, kun taas toiset on otettu emo-DNA-molekyylistä.

Yleisiä näkemyksiä

replikaation aloitus
venymä
replikaation lopettaminen.

Replikoinnin säätely suoritetaan pääasiassa aloitusvaiheessa. Tämä on melko helppo toteuttaa, koska replikaatio ei voi alkaa mistä tahansa DNA:n palasta, vaan tiukasti määritellystä, jota kutsutaan replikaation aloituspaikaksi. Genomissa voi olla vain yksi tai useita tällaisia paikkoja. Replikaation aloituskohdan käsitteeseen liittyy läheisesti käsite replikoni ... Replikoni on DNA-jakso, joka sisältää replikaation aloituskohdan ja replikoituu, kun DNA-synteesi alkaa tästä kohdasta. Bakteerigenomit edustavat pääsääntöisesti yhtä replikonia, mikä tarkoittaa, että koko genomin replikaatio on tulosta vain yhdestä replikaation aloitustoimesta. Eukaryoottien genomit (samoin kuin niiden yksittäiset kromosomit) koostuvat suuresta määrästä itsenäisiä replikoneja, mikä vähentää merkittävästi yksittäisen kromosomin kokonaisreplikaatioaikaa. Molekyylimekanismeja, jotka säätelevät replikaation aloitustoimien määrää kussakin paikassa yhden solujakautumissyklin aikana, kutsutaan kopiomäärän säätelyksi. Kromosomaalisen DNA:n lisäksi bakteerisolut sisältävät usein plasmideja, jotka ovat yksittäisiä replikoneja. Plasmidilla on omat kopioinninhallintamekanisminsa: ne voivat tuottaa vain yhden kopion plasmidista solusykliä kohti tai tuhansia kopioita.

Replikaatio alkaa replikaation aloituspaikasta DNA:n kaksoiskierteen purkautumalla, jolloin muodostuu replikointihaarukka - DNA:n suoran replikaation paikka. Jokainen paikka voi muodostaa yhden tai kaksi replikointihaarukkaa sen mukaan, onko replikaatio yksi- vai kaksisuuntainen. Kaksisuuntainen replikointi on yleisempää. Jonkin ajan kuluttua replikaation alkamisesta elektronimikroskoopissa voit tarkkailla replikointireikä - kromosomin alue, jossa DNA on jo replikoitunut ja jota ympäröivät laajemmat replikoitumattomien DNA-alueiden alueet.

Molekyylien replikaatiomekanismi

Entsyymit (helikaasi, topoisomeraasi) ja DNA:ta sitovat proteiinit purkavat DNA:ta, pitävät matriisin laimennetussa tilassa ja pyörittävät DNA-molekyyliä. Replikaation oikeellisuuden takaa komplementaaristen emäsparien täsmällinen yhteensopivuus ja DNA-polymeraasin aktiivisuus, joka pystyy tunnistamaan ja korjaamaan virheen. Replikaatio eukaryooteissa suoritetaan useiden erilaisten DNA-polymeraasien avulla. Lisäksi syntetisoidut molekyylit kierretään superkiertymisen ja DNA:n lisätiivistymisen periaatteen mukaisesti. Synteesi on energiaa kuluttavaa.

Replikointiprosessin ominaisuudet

Huomautuksia (muokkaa)

Kirjallisuus

DNA:n säilyttäminen sukupolvien sarjassa: DNA:n replikaatio (Favorova O.O., SOZH, 1996)PDF (151 kt)
DNA:n replikaatio (animaatio)

Wikimedia Foundation. 2010.

Katso, mitä "DNA-replikaatio" on muissa sanakirjoissa:

DNA kopiointi- - uuden DNA:n biosynteesi äidin DNA:n matriisissa ... Lyhyt biokemiallisten termien sanakirja

DNA kopiointi- DNR-biosintezės statusas T-alue kemian definis Fermentų katalizuojama polinukleotidinė DNR-sintezė ja DNR-matriikat. atitikmenys: angl. DNA:n replikaatio rus. DNA:n replikaatio ryšiai: sinonimas - DNR replikacija ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

- (myöhästä lat. replicatio toistosta), reduplikaatio, autoreplikaatio, nukleiinihappomakromolekyylien itsensä lisääntymisen prosessi t:ksi, mikä tarjoaa tarkan geneettisen kopioinnin. tieto ja sen siirtäminen sukupolvelta toiselle. R:n mekanismi ... ... Biologinen tietosanakirja

- (myöhästä lat. replicatio toistosta) (autoreproduction autosynteesi, reduplikaatio), DNA-molekyylien kaksinkertaistuminen (joissakin RNA-viruksissa) erityisten entsyymien osallistuessa. Replikaatiota kutsutaan myös kromosomien kaksinkertaistumiseksi, joka perustuu replikaatioon ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

- (deoksiribonukleiinihappo), NUKLEEINIHAPPO, joka on eukaryoottisolujen ja joidenkin VIRUSIEN KROMOSOMIN pääkomponentti. DNA:ta kutsutaan usein elämän "rakennuspalikoksi", koska se sisältää GENEETISEN KOODIN ... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

Replikointia ei hallita- * Replikaatio ei-reaktiivinen * plasmidien karkaava replikaatio moninkertainen DNA-replikaatio, joka ei liity solun jakautumiseen ja jota tämä jakautuminen ei hallitse ... Genetiikka. tietosanakirja

DNA:n kaksoiskierre Deoksiribonukleiinihappo (DNA) on yksi kahdesta nukleiinihapotyypistä, jotka tarjoavat varastoinnin, siirtymisen sukupolvelta toiselle ja geneettisen ohjelman toteuttamisen elävien organismien kehitykselle ja toiminnalle. Pääasiallinen ... ... Wikipedia

Kaavioesitys replikaatioprosessista, numerot merkitty: (1) jäljessä oleva juoste, (2) johtava juoste, (3) DNA-polymeraasi (Polα), (4) DNA-ligaasi, (5) RNA-aluke, (6) DNA-primaasi, ( 7) Okazakin fragmentti, (8) DNA-polymeraasi (Polδ), (9) ... ... Wikipedia