Kad se molekula replicira, nastaje DNK. Kako funkcionira replikacija dna. Brzina i točnost replikacije

Replikacija DNA je proces biosinteze deoksiribonukleinske kiseline. Materijal za je adenozin, gvanozin-citidin i timidin trifosforna kiselina ili ATP, GTP, CTP i TTF.

Mehanizam replikacije DNK

Biosinteza se provodi u prisutnosti takozvanog "sjemena"-određene količine jednolančane transformirane deoksiribonukleinske kiseline i katalizatora. DNA polimeraza djeluje kao katalizator. Ovaj enzim sudjeluje u povezivanju nukleotidnih ostataka. Više od 1000 nukleotidnih ostataka spojeno je u jednoj minuti. Ostaci nukleotida u molekuli fragmenta deoksiribonukleinske kiseline povezani su 3 ', 5'-fosfodiesterskim vezama. DNA polimeraza katalizira vezivanje mononukleotidnih ostataka na slobodni 3-hidroksilni kraj transformirane deoksiribonukleinske kiseline. Najprije se sintetiziraju mali dijelovi molekule DNA. Osjetljivi su na djelovanje DNA ligaze i tvore duže fragmente deoksiribonukleinske kiseline. Oba su fragmenta lokalizirana u Transformiranoj deoksiribonukleinskoj kiselini koja se koristi kao točka rasta buduće molekule DNA, a također je i matrica na kojoj se stvara antiparalelni lanac deoksiribonukleinske kiseline, koji je po strukturi i slijedu nukleotidnih ostataka identičan transformiranoj DNA. Replikacija DNA događa se tijekom mitotičke interfaze.Deoksiribonukleinska kiselina koncentrirana je u kromosomima i kromatinu. Nakon stvaranja jednolančane deoksiribonukleinske kiseline nastaju njene sekundarne i tercijarne strukture. Dvije niti deoksiribonukleinske kiseline međusobno su povezane prema pravilu komplementarnosti. Replikacija DNA odvija se u jezgri stanica.

Materijal za biosintezu različitih skupina i vrsta RNA su visokoenergetski spojevi: ATP, GTP, CTP i TTF. mogu se sintetizirati u njima uz sudjelovanje jednog od tri naznačena fragmenta: DNA-ovisne RNA polimeraze, polinukleotidne nukleotidiltransferaze i RNA-ovisne RNA polimeraze. Prvi od njih nalazi se u jezgrama svih stanica, također otvorenih u mitohondrijima. RNA se sintetizira na DNK šabloni u prisutnosti ribonukleozid trifosfata, iona mangane i magnezija. Formira se molekula RNA koja je komplementarna s DNK šablonom. Kako bi se replikacija DNA dogodila u jezgrama, nastaju r-RNA-, t-RNA-, i-RNA- i RNA-početnice. Prva tri se transportiraju u citoplazmu, gdje sudjeluju u biosintezi proteina.

Replikacija DNA odvija se na gotovo isti način kao i translacija deoksiribonukleinske kiseline. Prijenos, kao i očuvanje nasljednih informacija, provode se u dvije faze: transkripcija i prijevod. Što je gen? Gen je materijalna jedinica koja je dio molekule dezoksiribonukleinske kiseline (RNA u nekim virusima). Sadržano u kromosomima stanične jezgre. Genetske informacije prenose se s DNA putem RNA na protein. Transkripcija se provodi u i sastoji se u sintezi i-RNA na mjestima molekule dezoksiribonukleinske kiseline. Treba reći da se nukleotidna sekvenca deoksiribonukleinske kiseline "prepisuje" u nukleotidnu sekvencu molekule m-RNA. RNA polimeraza veže se na odgovarajući odsjek DNA, "odmotava" njezinu dvostruku spiralu i kopira strukturu deoksiribonukleinske kiseline, vežući nukleotide prema načelu komplementarnosti. Kako se fragment pomiče, sintetizirani lanac RNA odmiče se od predloška, a dvostruka spirala DNA iza enzima odmah se obnavlja. Ako RNA polimeraza dođe do kraja kopirane regije, RNA se odmiče od matriksa u karioplazmu, nakon čega se premješta u citoplazmu, gdje sudjeluje u biosintezi proteina.

Tijekom translacije slijed postavljanja nukleotida u molekulu i-RNA prevodi se u slijed aminokiselinskih ostataka u molekuli proteina. Taj se proces odvija u citoplazmi, ovdje se kombinira i-RNA i nastaje polisom.

1. Kada dolazi do replikacije?- U sintetskoj fazi međufaze, mnogo prije diobe stanica. Razdoblje između replikacije i profaze mitoze naziva se postsintetska faza međufaze, u kojoj stanica nastavlja rasti i provjerava je li se udvostručenje dogodilo ispravno.

2. Ako je prije udvostručavanja bilo 46 kromosoma, koliko će ih biti nakon udvostručenja?- Broj kromosoma se ne mijenja s duplikacijom DNA. Prije udvostručavanja, osoba ima 46 pojedinačnih kromosoma (koji se sastoje od jedne dvostruke niti DNK), a nakon udvostručenja 46 dvostrukih kromosoma (koji se sastoje od dva identična dvostruka lanca DNA međusobno povezana u centromeri).

3. Zašto je potrebna replikacija?- Tako da tijekom mitoze svaka stanica kćer može primiti svoju kopiju DNK. Tijekom mitoze, svaki od 46 dvostrukih kromosoma dijeli se na dva pojedinačna kromosoma; dobivaju se dva skupa od 46 pojedinačnih kromosoma; ova dva seta razilaze se u dvije ćelije kćeri.

Tri principa strukture DNK

Polukonzervativno- svaka kćer DNK sadrži jedan lanac majčine DNK i jedan novo sintetizirani.

Komplementarnost- AT / CH. Nasuprot adeninu jednog lanca DNK, uvijek postoji timin drugog lanca DNA, nasuprot citozinu uvijek je gvanin.

Antiparalelizam- DNK lanci leže jedan nasuprot drugom. Ti se krajevi ne proučavaju u školi, pa malo više detalja (i dalje u divljini).

Monomer DNA je nukleotid, središnji dio nukleotida je deoksiriboza. Ima 5 atoma ugljika (na najbližoj slici atomi u donjoj lijevoj deoksiribozi su numerirani). Gledamo: dušikova baza vezana je za prvi atom ugljika, fosforna kiselina danog nukleotida vezana je za peti, treći atom je spreman za vezanje fosforne kiseline sljedećeg nukleotida. Dakle, svaki lanac DNK ima dva kraja:

5 "-kraj, na njemu je fosforna kiselina;
Na 3 "kraju nalazi se riboza.

Pravilo protiv paralelizma je da na jednom kraju dvostrukog lanca DNA (na primjer, na gornjem kraju najbliže slike), jedan niz ima kraj od 5 ", a drugi ima 3" kraj. Za proces replikacije važno je da DNA polimeraza može produžiti samo 3 "kraj. Lanac DNA može rasti samo na svom 3" kraju.

Na ovoj slici proces umnožavanja DNK ide odozdo prema gore. Može se vidjeti da lijevi lanac raste u istom smjeru, a desni lanac u suprotnom smjeru.

Sljedeća slika vrhunski novi lanac("pogonski lanac") produljuje se u istom smjeru u kojem dolazi do udvostručenja. Donji novi lanac("zaostali lanac") ne može se produžiti u istom smjeru, jer tamo ima kraj od 5 ", koji, kako se sjećamo, ne raste. Stoga donji lanac raste uz pomoć kratkih (100-200 nukleotida) Okazakija fragmenti, od kojih svaki raste u smjeru 3 ". Svaki Okazaki fragment raste s 3 "kraja primera (" RNA primeri ", početnici su na slici crveni).

Enzimi replikacije

Cjelokupni smjer replikacije- smjer u kojem dolazi do duplikacije DNA.
Roditeljska DNK- stara (majčinska) DNK.
Zeleni oblak pored "Roditeljske DNK"- enzim helikaza, koji prekida vodikove veze između dušikovih baza starog (matičnog) lanca DNA.
Sivi ovali na lancima DNK samo su otrgnuti jedan od drugog- destabilizirajući proteini koji sprječavaju spajanje niti DNK.
DNA pol III- DNA polimeraza, koja veže nove nukleotide na 3 "kraj gornjeg (vodećeg, kontinuirano sintetiziranog) lanca DNA (Vodeći pramen).
Primase- enzim primaze koji čini temeljni premaz (crveni dio iz Lega). Sada brojimo početnice s lijeva na desno:

prvi primer još uvijek nije dovršen, upravo ga pravi primaza;
iz drugog primera, DNA polimeraza gradi DNK - u smjeru suprotnom od smjera umnožavanja DNA, ali u smjeru 3 "kraja;
od trećeg primera, lanac DNA je već izgrađen (Pramen koji zaostaje), došla je blizu četvrtog početnika;
četvrti primer je najkraći od svih, jer DNK polimeraza (DNK pol I) uklanja ga (zvani RNA, nema veze s DNK, trebao nam je samo ispravan kraj) i zamjenjuje ga s DNK;
peti temeljni premaz više nije na slici, potpuno je izrezan i na njegovom mjestu ostaje praznina. DNA ligaza (DNA ligaza) spaja ovaj jaz tako da je donji (zaostali) lanac DNA netaknut.

Super slika ne označava enzim topoizomerazu, ali dalje će se pojaviti u testisima, pa recimo nekoliko riječi o tome. Ovdje je uže napravljeno od tri velike niti. Ako tri druga uhvate ova tri niti i počnu ih vući u tri različita smjera, vrlo brzo će se uže prestati rasplitati i sklupčati u uske petlje. S DNA, koja je dvolančano uže, ista bi se stvar mogla dogoditi da nema topoizomeraze.

Topoizomereza siječe jedan od dva lanca DNK, nakon čega se (druga slika, crvena strelica) DNK okreće oko jednog od svojih lanaca, tako da se ne stvaraju uske petlje (topološki stres se smanjuje).

Prekinite podmnožavanje

Iz super slike sa enzimima za replikaciju jasno je da na mjestu preostalom nakon uklanjanja primera, DNA polimeraza dovršava sljedeći Okazakijev fragment. (Stvarno razumljivo? Ako je išta, Okazakijevi fragmenti na superslikama označeni su brojevima u krugovima.) Kad replikacija na supersliku dosegne svoj logički (lijevi) kraj, tada posljednji (krajnji lijevi) Okazaki fragment neće imati "sljedeći" , tako da neće biti nikoga koji će dovršiti DNK na praznom prostoru dobivenom nakon uklanjanja primera.

Evo još jednog crteža. Crni lanac DNK je star, majčinski. Do duplikacije DNK, za razliku od super slike, dolazi slijeva nadesno. Budući da nova (zelena) DNK ima 5 "kraj s desne strane, zaostaje i produžuje se zasebnim fragmentima (Okazaki). Svaki Okazakijev fragment raste s 3" kraja svog primera (plavi pravokutnik). Premazi se, kako se sjećamo, uklanjaju DNA polimerazom, koja u ovom trenutku dovršava sljedeći Okazakijev fragment (ovaj proces je označen crvenom elipsom). Na kraju kromosoma nema nikoga da zakrpi ovaj odjeljak, budući da nema sljedećeg Okazakijevog fragmenta, već postoji prazan prostor (Praznina)... Tako se nakon svake replikacije skraćuju oba 5 "kraja kćeri kromosoma. (podreplikacija terminala).

Matične stanice (u koži, crvenoj koštanoj srži, testisima) moraju se podijeliti mnogo više od 60 puta. Stoga u njima funkcionira enzim telomeraza, koji produljuje telomere nakon svake replikacije. Telomeraza produljuje izbočeni 3 "kraj DNK, tako da naraste do veličine Okazakijevog fragmenta. Nakon toga primaza na njemu sintetizira temeljni premaz, a DNA polimeraza produljuje nedovoljno replicirani 5" kraj DNK.

Testiki

1. Replikacija je proces u kojem:
A) postoji sinteza transportne RNK;
B) postoji sinteza (kopiranje) DNA;
C) ribosomi prepoznaju antikodone;
D) nastaju peptidne veze.

2. Povežite funkcije enzima uključenih u replikaciju prokariota s njihovim imenima.

3. Tijekom replikacije u eukariotskim stanicama, uklanjanje početnica
A) provodi enzim samo s aktivnošću DNaze
B) tvori fragmente Okazakija
C) javlja se samo u zaostalim krugovima
D) javlja se samo u jezgri

4. Ako izvadite DNA bakteriofaga fX174, ustanovit ćete da ona sadrži 25% A, 33% T, 24% G i 18% C. Kako biste objasnili ove rezultate?
A) Rezultati pokusa su netočni; negdje je bila greška.
B) Moglo bi se pretpostaviti da je postotak A približno jednak postotku T, što vrijedi i za C i G. Stoga se ne krši Chargaffovo pravilo, DNK je dvolančana i replicira se polukonzervativno.
B) Budući da su postotci A i T, odnosno C i G različiti, DNK je jedan lanac; replicira ga poseban enzim koji slijedi poseban mehanizam replikacije s jednim lancem kao šablonom.
D) Budući da niti A nije jednak T, niti G nije jednak C, tada DNK mora biti jednolančana, replicira se sintetiziranjem komplementarne niti i korištenjem ove dvolančane forme kao predloška.

5. Dijagram se odnosi na dvostruku replikaciju DNA. Za svaki od kvadrata I, II, III odaberite jedan enzim koji funkcionira u ovom području.

A) Telomeraza
B) DNA topoizomeraza
C) DNA polimeraza
D) DNA helikaza
E) DNA ligaza

6. Kultura bakterija iz medija s laganim izotopom dušika (N-14) prenesena je u medij koji sadrži teški izotop (N-15) neko vrijeme koje odgovara jednoj podjeli, a zatim vraćena u medij s lagani izotop dušika. Analiza sastava bakterijske DNA nakon razdoblja koje odgovara dvije replikacije pokazala je:

Varijante odgovor	DNK
Varijante odgovor	lako	prosjek	teška
A	3/4	1/4	-
B	1/4	3/4	-
V.	-	1/2	1/2
G	1/2	1/2	-

7. Jedan rijetki genetski poremećaj karakteriziran je imunodeficijencijom, mentalnom i tjelesnom retardacijom i mikrocefalijom. Pretpostavimo da ste pronašli gotovo jednake količine dugih i vrlo kratkih proteza DNK u ekstraktu DNK pacijenta s ovim sindromom. Koji enzim najvjerojatnije nedostaje / je neispravan kod ovog pacijenta?
A) DNA ligaza
B) Topoizomeraza
C) DNA polimeraza
D) Helikaza

8. Molekula DNA je dvostruka spirala koja sadrži četiri različite vrste dušikovih baza. Koja je od sljedećih tvrdnji o replikaciji i kemiji DNA točna?
A) Slijed baza dvaju lanaca je isti.
B) U dvostrukom lancu DNK, sadržaj purina jednak je sadržaju pirimidina.
C) Oba lanca se kontinuirano sintetiziraju u smjeru 5 '→ 3'.
D) Vezivanje prve baze novosintetizirane nukleinske kiseline katalizira DNA polimeraza.
E) Aktivnost ispravljanja pogrešaka DNA polimeraze provodi se u smjeru 5 '→ 3'.

9. Većina DNA polimeraza također ima aktivnost:
A) ligacija;
B) endonukleaza;
C) 5 "-exonuclease;
D) 3 "-exonuclease.

10. DNA helikaza je ključni enzim replikacije DNK koji odmotava dvolančanu DNA do jednolančane DNA. U nastavku je opisan pokus čiji je cilj razjašnjenje svojstava ovog enzima.

Koja je od sljedećih tvrdnji o ovom pokusu točna?
A) Traka koja se pojavljuje na vrhu gela je samo ssDNA, 6,3 kb.
B) Traka koja se pojavljuje na dnu gela označena je s 300 bp DNA.
C) Ako se hibridizirana DNA tretira samo s DNA helikazom i reakcija je završena, raspored traka izgleda kao što je prikazano na traci 3 na slici b.
D) Ako se hibridizirana DNA tretira samo kuhanjem bez tretmana helikazom, raspored traka izgleda kao što je prikazano u traci 2 na slici b.
E) Ako se hibridizirana DNA tretira samo kuhanom helikazom, raspored traka izgleda kao što je prikazano u traci 1 na slici b.

Okružna olimpijada 2001
- Sveruska olimpijada 2001
- Međunarodna olimpijada 2001
- Međunarodna olimpijada 1991
- Međunarodna olimpijada 2008
- Okružna olimpijada 2008
- Međunarodna olimpijada 2010
Cijeli tekstovi ovih olimpijada mogu se pronaći.

Je li molekula nasljedstva, tada se da bi ostvarila tu kvalitetu mora točno kopirati i tako sačuvati sve informacije dostupne u izvornoj molekuli DNA u obliku specifičnog slijeda nukleotida. To se postiže posebnim procesom koji prethodi diobi bilo koje stanice u tijelu, koji se naziva replikacija DNA.

Bit replikacije DNK je da poseban enzim razbija slabe vodikove veze koje povezuju nukleotide dvaju lanaca. Zbog toga se lanci DNA odvajaju, a slobodne dušične baze "strše" iz svakog lanca (pojava tzv. Replikacijske vilice). Posebna enzimska DNA polimeraza počinje se kretati duž slobodnog lanca DNA s 5- na 3-kraj (vodeći lanac), pomažući u vezivanju slobodnih nukleotida, koji se stalno sintetiziraju u stanici, na 3 "-kraj novosintetizirane DNA Na drugom lancu DNA (landing landing) stvara se nova DNA u obliku malih segmenata, koji se sastoje od 1000-2000 nukleotida (Okazaki fragmenti).

Za početak replikacije fragmenata DNA ovog lanca potrebna je sinteza kratkih fragmenata RNK (o karakterističnim značajkama RNK bit će riječi u nastavku) kao sjemenke, za što se koristi poseban enzim - RNA polimeraza (primaza). Nakon toga se uklanjaju početnici RNA, DNA se umetne u nastale praznine pomoću DNA polimeraze I. Tako se svaki lanac DNA koristi kao predložak ili šablon za konstrukciju komplementarne niti, a replikacija DNA je polukonzervirana (tj. nova molekula DNA je "stara", a druga je nova).

Stanica koristi različite enzime za repliciranje vodećih i zaostalih lanaca. Kao rezultat replikacije nastaju dvije nove apsolutno identične molekule DNK, koje su također identične izvornoj molekuli DNA prije početka njezine replikacije (proces replikacije DNA detaljnije je prikazan na slici 3.5). DNA polimeraza, kao i svaki drugi enzim, značajno ubrzava proces vezivanja komplementarnih nukleotida za slobodni lanac DNA, međutim, kemijski afinitet adenina za timin i citozina za gvanin je toliko velik da se međusobno kombiniraju čak i u odsutnosti DNA polimeraza u jednostavnim reakcijskim smjesama.

Može se reći, donekle pojednostavljujući, da fenomen točnog udvostručavanja molekule DNA, koji se temelji na komplementarnosti baza ove molekule, čini molekularnu osnovu nasljedstva. Brzina replikacije DNK u ljudi relativno je spora i trebali bi tjedni da se replicira DNK bilo kojeg ljudskog kromosoma ako bi replikacija započela s jedne točke. Zapravo, u molekuli DNA bilo kojeg kromosoma, svaki ljudski kromosom sadrži samo jednu molekulu DNA, postoji mnogo mjesta započinjanja replikacije (replikoni). Od svakog replikona replikacija se nastavlja u oba smjera sve dok se susjedni replici ne spoje. Stoga se replikacija DNA u svakom kromosomu odvija relativno brzo.

Replikacija (od latinskog replicatio - obnova) je proces sinteze molekule kćeri DNA na matrici matične molekule DNA. Tijekom kasnije diobe matične stanice, svaka stanica kćer prima jednu kopiju molekule DNA, koja je identična DNK izvorne matične stanice. Ovaj proces osigurava točan prijenos genetskih informacija s koljena na koljeno. Replikaciju DNA provodi složeni enzimski kompleks koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, koji se naziva replicizom.

Replikacija DNA ključni je događaj tijekom diobe stanica. Bitno je da se u vrijeme diobe DNK u potpunosti replicira i to samo jednom. To osiguravaju određeni mehanizmi regulacije replikacije DNA.

Replikacija se odvija u tri faze:

1. Pokretanje replikacije

2. Produženje

3. Prestanak replikacije.

Genomi eukariota (kao i njihovi pojedinačni kromosomi) sastoje se od velikog broja neovisnih replikona, što značajno smanjuje ukupno vrijeme replikacije pojedinog kromosoma. Molekularni mehanizmi koji kontroliraju broj inicijacija inicijacije replikacije na svakom mjestu tijekom jednog ciklusa diobe stanice nazivaju se kontrolom broja kopija. Osim kromosomske DNA, bakterijske stanice često sadrže plazmide, koji su pojedinačni replikoni. Plazmidi imaju vlastite mehanizme za kontrolu kopija: mogu osigurati sintezu samo jedne kopije plazmida po staničnom ciklusu ili tisuća kopija.

Replikacija započinje na mjestu početka replikacije odmotavanjem dvostruke spirale DNA, stvaranjem replikacijske vilice - mjesta izravne replikacije DNA. Svako mjesto može tvoriti jednu ili dvije replikacijske vilice, ovisno o tome je li replikacija jednosmjerna ili dvosmjerna. Dvosmjerna replikacija je češća. Neko vrijeme nakon početka replikacije, replikacijsko oko može se promatrati u elektronskom mikroskopu - presjeku kromosoma gdje je DNK već replicirana, okružen produženim dijelovima ne replicirane DNA.

U repliciranoj vilici, DNA kopira veliki proteinski kompleks (replicizom), čiji je ključni enzim DNA polimeraza. Vilica za replikaciju pomiče se brzinom od oko 100.000 parova baza u minuti u prokariota i 500-5000 u eukariota.

Mehanizam molekularne replikacije:

Enzimi (helikaza, topoizomeraza) i proteini koji vežu DNA odmotavaju DNK, drže matriks u razrijeđenom stanju i rotiraju molekulu DNA. Točnost replikacije osigurana je točnim podudaranjem komplementarnih parova baza i aktivnošću DNA polimeraze koja je u stanju prepoznati i ispraviti pogrešku. Replikaciju u eukariota provodi nekoliko različitih DNA polimeraza (za razliku od replikacije DNA u prokariota).

DNA polimeraza I djeluje na zaostali lanac uklanjajući početne slojeve RNA i replicira pročišćena mjesta DNA. DNA polimeraza III glavni je enzim replikacije DNK koji sintetizira vodeći lanac DNA i Okazaki fragmente tijekom sinteze zaostalog lanca (Okazaki fragmenti su relativno kratki fragmenti DNA koji nastaju na zaostalom lancu tijekom replikacije DNA). Zatim se sintetizirane molekule uvijaju prema principu supermotacije i daljnjeg zbijanja DNA. Sinteza troši energiju.

Lanci molekule DNA se razilaze, tvore replikacijsku vilicu i svaki od njih postaje matrica na kojoj se sintetizira novi komplementarni lanac. Kao rezultat toga, nastaju dvije nove dvolančane molekule DNA, identične matičnoj molekuli.

1. Inicijacija.

Replikacija započinje u strogo definiranim regijama DNA - ishodišta replikacije - ori (od engleskog origin - početak). Evo specifičnih nukleotidnih sekvenci - DNK kutija, koje prepoznaje protein inicijator, s kojima se kasnije vežu drugi enzimi replikacije. Budući da se sinteza DNA događa samo na jednolančanom matriksu, mora joj prethoditi obvezno odvajanje dvaju DNA lanaca, t.j. priprema matrice, koja uključuje sljedeće procese:

· DNA helikaze odmotavaju dvostruku spiralu DNK koristeći energiju ATP -a. Mjesto početka divergencije lanaca naziva se replikativna vilica zbog karakterističnog Y-oblika.

· DNK topoizomeraze ublažavaju topološki stres (super namotavanje) tijekom odmotavanja DNA. Da bi to učinio, enzim prvo razbija DNK lanac, zatim se kovalentno veže za slomljeni kraj. Ova veza ima značajnu energiju pa je reakcija reverzibilna i ne zahtijeva dodatne troškove energije. Pronađene su dvije vrste topoizomeraza: topoizomeraza I (uvodi jednolančane prekide) i topoizomeraza II (uvodi dvolančane prekide u DNA).

· SSB-proteini (od engleskih jednolančanih proteina koji vežu DNA) vežu se na jednolančana područja i stabiliziraju ispleteni dupleks, sprječavajući stvaranje ukosnica.

Predložak DNK je spreman. Sada je potrebno izgraditi komplementarni lanac od deoksiribonukleozid trifosfata (dNTP) dostupnih u stanici do svakog od lanaca roditeljske molekule DNA. Enzimi koji kataliziraju reakciju dodavanja deoksiribonukleotida određena šablonskom DNK nazivaju se DNA polimeraze (DNAP).

Prvu DNA polimerazu otkrio je 1957. A. Kornberg, a 1959. dodijeljena mu je Nobelova nagrada za otkriće mehanizma biosinteze DNA.

Najviše proučavane DNK u prokariota su:

· DNAP I. Funkcije:

5'-3 '-egzonukleaza (može ukloniti 5'-terminalni nukleotid)

· DNAP II. Uloga nije u potpunosti shvaćena. Ne sudjeluje u repliciranju.

· DNAP III. Glavni enzim replikacije. Funkcije:

Polimeraza (povezuje nukleotide s fosfodiesterskim vezama),

3'-5'-egzonukleaza (može ukloniti 3'-terminalni nukleotid)

DNAP ima dvije značajke:

Prvo, DNA polimeraze ne mogu započeti sintezu DNA, već samo mogu dodati nove deoksiribonukleotidne jedinice na 3'-kraj postojećeg polinukleotidnog lanca. Slijedom toga, DNA je potrebno pripremiti. Primer (primer) potreban za rad DNAP-a sastoji se od RNA (približno 15-17 nukleotida) i sintetizira ga enzimska primaza. Primaza se veže za helikazu i DNA i tvori strukturu zvanu primosom. Zatim se DNAP III pričvršćuje na temeljni premaz i produljuje pramen.

Drugo, sinteza novog lanca polimeraze provodi se samo u smjeru 5'-3 'duž antiparalno orijentirane šablone, tj. 3'-5 '. Sinteza lanaca u suprotnom smjeru nikada se ne događa, stoga sintetizirani lanci u replikacijskoj vilici moraju rasti u suprotnim smjerovima. Sinteza jednog lanca (vodeći, vodeći) odvija se kontinuirano, a drugi (zaostajući) - u fragmentima. Vodeći lanac raste od 5 'do 3' kraja u smjeru vilice za replikaciju i treba mu samo jedan čin pokretanja. Rast zaostajućeg lanca također ide od 5 ' - do 3' - kraja, ali u smjeru suprotnom od kretanja replikacijske vilice. Za sintezu zaostalog lanca mora se dogoditi nekoliko inicijacijskih događaja, uslijed čega nastaju mnogi kratki lanci (Okazakijevi fragmenti), čija je duljina u prokariotima 1000-2000 nukleotida.

Na početku svakog Okazaki fragmenta nalazi se temeljni premaz RNA, koji se mora ukloniti. ribonukleotidi ne smiju biti prisutni u DNK. DNAP I, zbog svoje aktivnosti 5'-3'-egzonukleaze, uklanja temeljni premaz i zamjenjuje ga deoksiribonukleotidima. Razmak između dva susjedna Okazaki fragmenta sašiven je enzimom DNA ligazom pomoću energije ATP -a.

2. Produženje (produljenje lanca).

Kompleks enzima replikacije, nazvan replicizom, kreće se po molekuli DNK šablona, odmotavajući je i izgrađujući komplementarne DNK niti.

3. Prestanak (kraj replikacije).

DNK sadrži mjesta završetka replikacije koja sadrže specifične sekvence na koje se vezuju proteini terminatora, sprječavajući daljnje širenje replikacijske vilice. Sinteza DNK završava.

Ranije smo primijetili da osim aktivnosti polimeraze, DNAP imaju i 3'-5 'egzonukleazu. Potrebno je za korekciju, tj. uklanjanje pogrešno umetnutog nukleotida. DNAP dvaput provjerava podudarnost svakog nukleotida sa šablonom: jednom prije nego što ga uključi u rastuću nit, drugi put prije uključivanja sljedećeg nukleotida.

Brzina replikacije u prokariota je 500 nukleotida / sec.

Metode replikacije

· Θ-tip. Replikativni ocelus širi se u suprotnim smjerovima duž kružne molekule DNA. Time se stvara srednja struktura koja nalikuje grčkom slovu θ. Karakteristično je za prokariote i neke viruse.

· Σ-tip (mehanizam kotrljajućeg prstena). Replikacija počinje prekidom veze fosfodiestera u jednom od lanaca matične kružne molekule. DNAP se pričvršćuje na slobodni 3 'kraj i gradi novu nit. Srednja struktura ima oblik slova σ. Ova vrsta replikacije nalazi se u nekim virusima, osobito u lambda bakteriofaga.

· Replikacija linearnih molekula s stvaranjem nekoliko replikativnih vilica koje se kreću jedna prema drugoj. Karakteristično je za sve eukariote i viruse s linearnim molekulama DNA.

Značajke replikacije u eukariota

1. Replikacija se događa u S-razdoblju mitotičkog ciklusa stanice.

2. U jednoj molekuli DNA postoji mnogo replika; postoji više polazišta replikacije.

3. DNP polimeraze:

· Α - DNA polimeraza. Glavni enzim replikacije. Također posjeduje aktivnost primata. Sintetizira fragmente Okazakija.

· Β - DNA polimeraza - enzim za popravak (uklanja oštećenja DNA).

Γ - DNA polimeraza osigurava sintezu mitohondrijske DNA

· Δ - DNA polimeraza sudjeluje u sintezi vodećeg lanca.

4. Duljina Okazakijevih fragmenata je 100-200 nukleotida.

5. Brzina replikacije 50 nukleotida / sek.

6. Postoji enzim telomeraza koji produljuje 3'-kraj DNA prije replikacije, jer svaki put nakon replikacije duljina 3 'kraja linearne molekule DNA smanjuje se za veličinu primera. Poremećaji produženja telomera povezani su s karcinogenezom i starenjem.

Dakle, iz gore razmatranog materijala možemo zaključiti da biološki smisao replikacije leži u točnoj reprodukciji genetskih informacija, koja je neophodna da bi nasljedni materijal stanica kćeri bio identičan nasljednom materijalu matične stanice. To je vrlo važno kako za razvoj i normalno funkcioniranje višestaničnih organizama, tako i za provedbu vegetativne reprodukcije.

Replikacija DNA

Replikacija DNA- proces sinteze kćeri molekule deoksiribonukleinske kiseline na matrici matične molekule DNA. Tijekom kasnije diobe matične stanice, svaka stanica kćer prima jednu kopiju molekule DNA, koja je identična DNK izvorne matične stanice. Ovaj proces osigurava točan prijenos genetskih informacija s koljena na koljeno. Replikaciju DNA provodi složeni enzimski kompleks koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, nazvanih eng. replisome) .

Studirati povijest

Svaka molekula DNA sastoji se od jednog lanca izvorne roditeljske molekule i jednog novo sintetiziranog lanca. Taj se mehanizam replikacije naziva polukonzervativnim. Trenutno se ovaj mehanizam smatra dokazanim zahvaljujući eksperimentima Matthewa Meselsona i Franklina Stahla (g.). Ranije su postojala još dva modela: "konzervativni" - kao rezultat replikacije nastaje jedna molekula DNA koja se sastoji samo od roditeljskih lanaca, a druga koja se sastoji samo od kćeri lanaca; "Disperzivni" - sve molekule DNA dobivene kao rezultat replikacije sastoje se od lanaca, od kojih su neki dijelovi tek sintetizirani, dok su drugi uzeti iz matične molekule DNA.

Opći pogledi

Replikacija DNA ključni je događaj tijekom diobe stanica. Bitno je da se u vrijeme diobe DNK u potpunosti replicira i to samo jednom. To osiguravaju određeni mehanizmi regulacije replikacije DNA. Replikacija se odvija u tri faze:

iniciranje replikacije
produljenje
prekid replikacije.

Regulacija replikacije provodi se uglavnom u početnoj fazi. To je prilično lako provesti, jer replikacija ne može započeti s bilo kojeg komada DNK, već sa strogo definiranog, zvanog mjesto početka replikacije. U genomu može postojati samo jedno ili više takvih mjesta. Usko je povezan s pojmom mjesta započinjanja replikacije pojam replikon ... Replikon je dio DNK koji sadrži mjesto početka replikacije i replicira se kad sinteza DNA započne s tog mjesta. Bakterijski genomi u pravilu predstavljaju jedan replikon, što znači da je replikacija cijelog genoma rezultat samo jednog čina započinjanja replikacije. Genomi eukariota (kao i njihovi pojedinačni kromosomi) sastoje se od velikog broja neovisnih replikona, što značajno smanjuje ukupno vrijeme replikacije pojedinog kromosoma. Molekularni mehanizmi koji kontroliraju broj inicijacija inicijacije replikacije na svakom mjestu tijekom jednog ciklusa diobe stanice nazivaju se kontrolom broja kopija. Osim kromosomske DNA, bakterijske stanice često sadrže plazmide, koji su pojedinačni replikoni. Plazmidi imaju vlastite mehanizme za kontrolu kopija: mogu osigurati sintezu samo jedne kopije plazmida po staničnom ciklusu ili tisuća kopija.

Replikacija započinje na mjestu početka replikacije odmotavanjem dvostruke spirale DNA, stvaranjem vilica za replikaciju - mjesto izravne replikacije DNK. Svako mjesto može tvoriti jednu ili dvije replikacijske vilice, ovisno o tome je li replikacija jednosmjerna ili dvosmjerna. Dvosmjerna replikacija je češća. Neko vrijeme nakon početka replikacije moguće je promatrati u elektronskom mikroskopu špijunka za replikaciju - područje kromosoma u kojem je DNA već replicirana, okruženo proširenim regijama ne replicirane DNA.

Mehanizam molekularne replikacije

Karakteristike procesa replikacije

Bilješke (uredi)

Književnost

Očuvanje DNK u nizu generacija: replikacija DNA (Favorova O.O., SOZH, 1996.)PDF (151 KB)
DNK replikacija (animacija)

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "replikacija DNA" u drugim rječnicima:

DNK replikacija- - biosinteza nove DNK na matrici majčine DNK ... Kratki rječnik biokemijskih pojmova

Replikacija DNA- DNS biosintezė statusas T sritis chemia apibrėžtis Fermentų katalizuojama polinukleotidinė DNR sintezė ant DNR matricos. atitikmenys: angl. DNA replikacija rus. DNK replikacija ryšiai: sinonimas - DNR replikacija ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

- (od kasnog lat. replicatio ponavljanje), reduplikacija, autoreplikacija, proces samoreprodukcije makromolekula nukleinske kiseline do t, osiguravajući točno kopiranje genetskih. informacije i njihov prijenos s koljena na koljeno. Mehanizam R. ...... Biološki enciklopedijski rječnik

- (od kasnih lat. replicatio ponavljanje) (autosinteza autoreprodukcije, reduplikacija), udvostručavanje molekula DNA (u nekim RNA virusima) uz sudjelovanje posebnih enzima. Replikacija se naziva i duplikacija kromosoma, koja se temelji na replikaciji ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (deoksiribonukleinska kiselina), NUKLEINSKA KISELINA, koja je glavna komponenta KROMOSOMA eukariotskih stanica i nekih VIRUSA. DNK se često naziva "građevni blok" života, jer sadrži GENETIČKI KOD, ... ... Znanstveno -tehnički enciklopedijski rječnik

Neupravljana replikacija- * Replikacija nereagirajuća * odbjegla replikacija višestruka DNA replikacija plazmida, koja nije povezana s diobom stanica i ovom podjelom nije kontrolirana ... Genetika. enciklopedijski rječnik

Dvostruka spirala DNK Deoksiribonukleinska kiselina (DNA) jedna je od dvije vrste nukleinskih kiselina koje osiguravaju skladištenje, prijenos s generacije na generaciju i provedbu genetskog programa za razvoj i funkcioniranje živih organizama. Glavna ... ... Wikipedia

Shematski prikaz procesa replikacije, označeni brojevi: (1) zaostajući lanac, (2) vodeći lanac, (3) DNA polimeraza (Polα), (4) DNA ligaza, (5) temeljni premaz RNA, (6) primaza DNA, ( 7) fragment Okazakija, (8) DNA polimeraza (Polδ), (9) ... ... Wikipedia