Replikacijos metu susidaro DNR molekulė. Kaip vyksta DNR replikacija. Replikacijos greitis ir tikslumas

DNR replikacija yra dezoksiribonukleino rūgšties biosintezės procesas. Medžiaga yra adenozino, guanozino-citidino ir timidino trifosforo rūgštis arba ATP, GTP, CTP ir TTP.

DNR replikacijos mechanizmas

Biosintezė vykdoma dalyvaujant vadinamajai „sėklai“ – tam tikram kiekiui vienagrandės transformuotos dezoksiribonukleino rūgšties ir katalizatoriaus. DNR polimerazė veikia kaip katalizatorius. Šis fermentas dalyvauja jungiant nukleotidų liekanas. Per vieną minutę susijungia daugiau nei 1000 nukleotidų liekanų. Nukleotidų liekanos dezoksiribonukleino rūgšties fragmento molekulėje yra tarpusavyje sujungtos 3', 5'-fosfodiesterio ryšiais. DNR polimerazė katalizuoja mononukleotidų likučių pridėjimą prie transformuotos dezoksiribonukleino rūgšties laisvo 3-hidroksilo galo. Pirmiausia susintetinamos nedidelės DNR molekulės dalys. Jie yra jautrūs DNR ligazės veikimui ir sudaro ilgesnius dezoksiribonukleino rūgšties fragmentus. Abu fragmentai yra lokalizuoti Transformuota dezoksiribonukleorūgštis naudojama kaip būsimos DNR molekulės augimo taškas, taip pat yra šablonas, ant kurio susidaro antiparalelinė dezoksiribonukleino rūgšties grandinė, kuri savo struktūra ir nukleotidų seka yra identiška transformuotai DNR. DNR replikacija vyksta mitozinės tarpfazės metu.Deoksiribonukleino rūgštis koncentruojasi chromosomose ir chromatine. Susidarius vienagrandei dezoksiribonukleino rūgščiai, susidaro jos antrinės ir tretinės struktūros. Dvi dezoksiribonukleino rūgšties grandinės yra sujungtos viena su kita pagal komplementarumo taisyklę. DNR replikacija vyksta ląstelių branduoliuose.

Įvairių RNR grupių ir tipų biosintezės medžiaga yra makroerginiai junginiai: ATP, GTP, CTP ir TTP. juose galima susintetinti dalyvaujant vienam iš trijų nurodytų fragmentų: nuo DNR priklausomos RNR polimerazės, polinukleotido-nukleotidilo transferazės ir nuo RNR priklausomos RNR polimerazės. Pirmasis iš jų yra visų ląstelių branduoliuose, taip pat yra atviras mitochondrijose. RNR sintetinama ant DNR šablono, dalyvaujant ribonukleozidų trifosfatams, mangano ir magnio jonams. Susidaro RNR molekulė, kuri papildo DNR šabloną. Kad DNR replikacija vyktų branduoliuose, susidaro r-RNR-, t-RNR-, i-RNR- ir RNR pradmenys. Pirmieji trys yra transportuojami į citoplazmą, kur dalyvauja baltymų biosintezėje.

DNR replikacija vyksta beveik taip pat, kaip ir dezoksiribonukleino rūgšties vertimas. Perdavimas, taip pat paveldimos informacijos išsaugojimas, vyksta dviem etapais: transkripcija ir vertimas. Kas yra genas? Genas yra materialus vienetas, kuris yra dezoksiribonukleino rūgšties molekulės (kai kuriuose virusuose RNR) dalis. Randama ląstelių branduolių chromosomose. Genetinė informacija iš DNR per RNR perduodama baltymams. Transkripcija vykdoma ir susideda iš mRNR sintezės dezoksiribonukleino rūgšties molekulės regionuose. Reikia pasakyti, kad dezoksiribonukleino rūgšties nukleotidų seka „perrašoma“ į mRNR molekulės nukleotidų seką. RNR polimerazė prisitvirtina prie atitinkamos DNR dalies, „išvynioja“ jos dvigubą spiralę ir kopijuoja dezoksiribonukleino rūgšties struktūrą, papildydama nukleotidus pagal komplementarumo principą. Fragmentui judant, susintetinta RNR grandinė tolsta nuo šablono, o už fermento esanti DNR dviguba spiralė iškart atkuriama. Jei RNR polimerazė pasiekia nukopijuotos srities galą, RNR pasislenka iš matricos į karioplazmą, o po to pereina į citoplazmą, kur dalyvauja baltymų biosintezėje.

Transliacijos metu mRNR molekulėje esanti nukleotidų seka paverčiama aminorūgščių liekanų seka baltymo molekulėje. Šis procesas vyksta citoplazmoje, čia susijungia mRNR ir susidaro polisoma.

1. Kada vyksta replikacija?- Sintetinėje tarpfazės fazėje, gerokai prieš ląstelių dalijimąsi. Laikotarpis nuo replikacijos iki mitozės fazės vadinamas postsintetine tarpfazės faze, kai ląstelė toliau auga ir tikrina, ar padvigubėjimas įvyko teisingai.

2. Jei prieš padvigubėjimą buvo 46 chromosomos, kiek jų bus padvigubėjus?– DNR dubliuojantis chromosomų skaičius nekinta. Prieš padvigubėjimą žmogus turi 46 pavienes chromosomas (sudarytas iš vienos dvigubos DNR grandinės), o padvigubėjus – 46 dvigubas chromosomas (sudarytas iš dviejų identiškų dvigubų DNR grandžių, tarpusavyje sujungtų centromeroje).

3. Kodėl mums reikia replikacijos?- Kad mitozės metu kiekviena dukterinė ląstelė galėtų gauti savo DNR kopiją. Mitozės metu kiekviena iš 46 dvigubų chromosomų dalijasi į dvi pavienes; gaunami du 46 pavienių chromosomų rinkiniai; šie du rinkiniai išsiskiria į dvi dukterines ląsteles.

Trys DNR struktūros principai

pusiau konservatyvus- kiekvienoje dukterinėje DNR yra viena grandinė iš pirminės DNR ir viena naujai susintetinta.

papildomumo- AT/CH. Priešais vienos DNR grandinės adeninui visada yra kitos DNR grandinės timinas, o priešinga citozinui visada yra guaninas.

antiparalelizmas DNR grandinės yra priešingos viena kitai. Šių galų mokykloje nesimokoma, tad dar šiek tiek (ir toliau – į lauką).

DNR monomeras yra nukleotidas, centrinė nukleotido dalis yra dezoksiribozė. Jame yra 5 anglies atomai (artimiausiame paveikslėlyje apatiniai kairieji dezoksiribozės atomai yra sunumeruoti). Žiūrime: prie pirmojo anglies atomo prijungta azoto bazė, prie penktojo – tam tikro nukleotido fosforo rūgštis, trečias atomas pasiruošęs prijungti kito nukleotido fosforo rūgštį. Taigi bet kuri DNR grandinė turi du galus:

5" galas, ant jo yra fosforo rūgštis;
3 colių gale yra ribozė.

Antiparalelizmo taisyklė yra tokia, kad viename DNR dvigubos grandinės gale (pavyzdžiui, artimiausios figūros viršutiniame gale) viena grandinė turi 5 colių, o kita 3 colių galą. Replikacijos procesui svarbu, kad DNR polimerazė galėtų pratęsti tik 3 colių galą. DNR grandinė gali augti tik 3 colių gale.

Šiame paveikslėlyje DNR dubliavimosi procesas vyksta iš apačios į viršų. Matyti, kad kairioji grandinė auga ta pačia kryptimi, o dešinioji – priešinga kryptimi.

Tolesnis paveikslas viršuje nauja grandinė("pirmaujanti sruogelė") pailgėja ta pačia kryptimi, kaip ir įvyksta padvigubėjimas. Apatinė grandinė nauja("atsiliekanti grandis") negali pailgėti ta pačia kryptimi, nes ten turi 5 "galą, kuris, kaip prisimename, neauga. Todėl apatinė grandis išauga trumpais (100-200 nukleotidų) Okazaki fragmentais, kiekvienas iš kurių auga 3 colių kryptimi. Kiekvienas Okazaki fragmentas išauga iš pradmenų 3' galo (paveikslėlyje „RNR pradmenys“, pradmenys raudoni).

Replikacijos fermentai

bendra replikacijos kryptis DNR dubliavimosi kryptis.
Tėvų DNR- senoji (motinos) DNR.
Žalias debesis šalia „Tėvų DNR“- helikazės fermentas, kuris nutraukia vandenilinius ryšius tarp senosios (motinos) DNR grandinės azotinių bazių.
Pilki ovalai ant ką tik suplėšytų DNR gijų- destabilizuojančius baltymus, neleidžiančius DNR grandinėms susijungti.
DNR pol III- DNR polimerazė, kuri prideda naujų nukleotidų prie 3 colių viršutinės (pirmaujančios, nuolat sintezuojamos) DNR grandinės galo (pirmiausia kryptis).
Primase- fermentas primasė, iš kurio gaminamas gruntas (raudonas „Lego“ gabalas). Dabar suskaičiuokite pradmenis iš kairės į dešinę:

pirmasis gruntas dar nebaigtas, tik dabar jį gamina primasė;
iš antrojo pradmens DNR polimerazė sukuria DNR – priešinga DNR padvigubėjimo krypčiai, bet 3’ galo kryptimi;
nuo trečiojo pradmens DNR grandinė jau pastatyta (Atsiliekanti sruogelė), ji priartėjo prie ketvirto pradinuko;
ketvirtasis pradmuo yra trumpiausias, nes DNR polimerazė (DNR pol I) pašalina ją (dar žinoma kaip RNR, ji neturi nieko bendro su DNR, mums reikėjo tik tinkamo galo) ir pakeičia DNR;
penktojo grunto paveiksle nebėra, jis visiškai iškirptas, paliekant tarpą jo vietoje. DNR ligazė (DNR ligazė) susiuva šį tarpą taip, kad apatinė (atsilikusi) DNR grandinė būtų nepažeista.

Viršutinėje nuotraukoje nenurodytas fermentas topoizomerazė, tačiau jis pasirodys vėliau atliekant tyrimus, todėl pakalbėkime apie tai keletą žodžių. Čia yra virvė, susidedanti iš trijų didelių gijų. Jei trys bendražygiai paims šias tris sruogas ir pradės traukti jas trimis skirtingomis kryptimis, tada labai greitai virvė nustos išsivynioti ir susisuks į tvirtas kilpas. Su DNR, kuri yra dviejų grandžių virvė, gali nutikti tas pats, jei tai nebūtų topoizomerazės.

Topoizomerezės metu nupjaunama viena iš dviejų DNR grandinių, po kurios (antra figūra, raudona rodyklė) DNR apsivynioja aplink vieną iš jos grandinių, kad nesusidarytų įtemptos kilpos (sumažėja topologinis įtempis).

Nepakankamas terminalo replikavimas

Iš supervaizdo su replikacijos fermentais aišku, kad toje vietoje, kuri liko pašalinus pradmenį, DNR polimerazė užbaigia kito Okazaki fragmento konstravimą. (Ar tikrai aišku? Okazaki fragmentai supernuotraukoje žymimi skaičiais apskritimais.) Kai replikacija supernuotraukoje pasiekia loginį (kairįjį) galą, paskutinis (kairiausias) Okazaki fragmentas neturės „kito“. “, todėl nebus kam užbaigti DNR tuščioje vietoje, atsiradusioje pašalinus pradmenį.

Štai jums dar vienas piešinys. Juodoji DNR grandinė yra sena, motiniška. DNR padvigubėjimas, skirtingai nei supervaizdas, vyksta iš kairės į dešinę. Kadangi naujoji (žalioji) DNR turi 5 colių galą dešinėje, ji atsilieka ir pailgėja atskirais fragmentais (Okazaki). Kiekvienas Okazaki fragmentas išauga iš 3 colių savo pradmenų galo (mėlynas stačiakampis). Pradmenis, kaip prisimename, pašalina DNR polimerazė, kuri šioje vietoje užbaigia kitą Okazaki fragmentą (šį procesą rodo raudonas taškas). Chromosomos gale nėra kam uždaryti šios dalies, nes nėra kito Okazaki fragmento, jau yra tuščia vieta (tarpas). Taigi po kiekvienos replikacijos sutrumpėja abu dukterinių chromosomų 5 colių galai. (nepakankamas terminalo replikavimas).

Kamieninės ląstelės (odoje, raudonuosiuose kaulų čiulpuose, sėklidėse) turi dalytis daug daugiau nei 60 kartų. Todėl juose funkcionuoja fermentas telomerazė, kuri po kiekvienos replikacijos pailgina telomerus. Telomerazė pailgina išsikišusį 3' DNR galą taip, kad jis išaugtų iki Okazaki fragmento dydžio. Po to primazė sintezuoja ant jo pradmenį, o DNR polimerazė pailgina nepakankamai replikuotą 5' DNR galą.

testiki

1. Replikacija yra procesas, kurio metu:
A) susintetinama pernešimo RNR;
B) vyksta DNR sintezė (kopijavimas);
C) ribosomos atpažįsta antikodonus;
D) susidaro peptidiniai ryšiai.

2. Suderinkite prokariotų replikacijoje dalyvaujančių fermentų funkcijas su jų pavadinimais.

3. Replikacijos metu eukariotinėse ląstelėse pradmenų delecija
A) atlieka fermentas, turintis tik DNazės aktyvumą
B) sudaro Okazaki fragmentus
B) pasitaiko tik atsiliekančiose grandinėse
D) atsiranda tik branduolyje

4. Jei išskirsite bakteriofago fX174 DNR, pamatysite, kad joje yra 25 % A, 33 % T, 24 % G ir 18 % C. Kaip paaiškintumėte šiuos rezultatus?
A) Eksperimento rezultatai klaidingi; kažkur buvo klaida.
B) Galima daryti prielaidą, kad A procentinė dalis yra maždaug lygi T, kas taip pat galioja C ir G. Todėl Chargaff taisyklė nepažeidžiama, DNR yra dvigrandė ir replikuojasi pusiau konservatyviai.
C) Kadangi A ir T procentai ir atitinkamai C ir G yra skirtingi, DNR yra viena grandinė; jis replikuojasi specialiu fermentu pagal specialų replikacijos mechanizmą su viena grandine kaip šablonu.
D) Kadangi nei A nelygus T, nei G nelygus C, DNR turi būti viengrandė, ji replikuojasi sintetindama komplementarią grandinę ir naudodama šią dvigrandę formą kaip šabloną.

5. Diagrama nurodo dvigrandę DNR replikaciją. Kiekvienam I, II, III kvadratui pasirinkite vieną fermentą, kuris veikia šioje srityje.

A) telomerazė
B) DNR topoizomerazė
B) DNR polimerazė
D) DNR helikazė
D) DNR ligazė

6. Bakterijų kultūra iš lengvojo azoto izotopų terpės (N-14) buvo perkelta į terpę, kurioje yra sunkusis azoto izotopas (N-15), tam tikram laikui, atitinkančiam vieną padalijimą, o po to grąžinama į lengvojo azoto izotopų terpę. Bakterinės DNR sudėties analizė po dviejų replikacijų laikotarpio parodė:

Galimybės atsakymą	DNR
Galimybės atsakymą	šviesa	vidutinis	sunkus
A	3/4	1/4	-
B	1/4	3/4	-
IN	-	1/2	1/2
G	1/2	1/2	-

7. Vienam retam genetiniam sutrikimui būdingas imunodeficitas, protinis ir fizinis atsilikimas, mikrocefalija. Tarkime, kad šiuo sindromu sergančio paciento DNR ekstrakte randate beveik vienodus kiekius ilgų ir labai trumpų DNR segmentų. Kuris fermentas greičiausiai trūksta arba yra sugedęs šiam pacientui?
A) DNR ligazė
B) Topoizomerazė
B) DNR polimerazė
D) Helikazė

8. DNR molekulė yra dviguba spiralė, kurioje yra keturių skirtingų tipų azoto bazių. Kuris iš šių teiginių apie replikaciją ir DNR chemiją yra teisingas?
A) Dviejų grandinių bazinės sekos yra vienodos.
B) DNR dviguboje grandinėje purinų kiekis lygus pirimidinų kiekiui.
C) Abi gijos sintezuojamos 5'→3' kryptimi nuolat.
D) Naujai susintetintos nukleino rūgšties pirmosios bazės pridėjimą katalizuoja DNR polimerazė.
E) DNR polimerazės klaidas taisantis aktyvumas yra 5'→3' kryptimi.

9. Dauguma DNR polimerazių taip pat turi aktyvumą:
A) ligazė;
B) endonukleazė;
C) 5"-egzonukleazė;
D) 3"-egzonukleazė.

10. DNR helikazė yra pagrindinis DNR replikacijos fermentas, kuris dvigrandę DNR išvynioja į viengrandę. Eksperimentas, skirtas šio fermento savybėms išsiaiškinti, aprašytas toliau.

Kuris iš šių teiginių apie šį eksperimentą yra teisingas?
A) Gelio viršuje atsirandanti juosta yra tik ssDNR, 6,3 kb dydžio.
B) Gelio apačioje esanti juosta yra 300 bp žymėta DNR.
C) Jei hibridizuota DNR apdorojama tik DNR helikaze ir reakcija baigiama, juostų išdėstymas atrodo taip, kaip parodyta b paveikslo 3 juostoje.
D) Jei hibridizuota DNR apdorojama verdant tik neapdorojus helikaze, juostų išdėstymas atrodo taip, kaip parodyta b paveikslo 2 juostoje.
E) Jei hibridizuota DNR apdorojama tik virinta helikaze, juostų išdėstymas atrodo taip, kaip parodyta b paveikslo 1 juostoje.

2001 m. rajono olimpiada
- visos Rusijos olimpiada 2001 m
– 2001 m. tarptautinė olimpiada
- Tarptautinė olimpiada 1991 m
– 2008 m. tarptautinė olimpiada
- 2008 m. rajoninė olimpiada
– 2010 m. tarptautinė olimpiada
Visus šių olimpiadų tekstus galite rasti čia.

Jei ji yra paveldimumo molekulė, ji turi tiksliai nukopijuoti save ir taip išsaugoti visą informaciją, turimą pirminėje DNR molekulėje konkrečios nukleotidų sekos pavidalu. Tai užtikrina specialus procesas, vykstantis prieš bet kurios kūno ląstelės dalijimąsi, kuris vadinamas DNR replikacija.

DNR replikacijos esmė ta, kad specialus fermentas nutraukia silpnąsias vandenilio jungtis, jungiančias dviejų grandinių nukleotidus. Dėl to DNR grandinės yra atsijungusios, o laisvos azoto bazės „išsiskiria“ iš kiekvienos grandinės (atsiranda vadinamoji replikacijos šakutė). Specialus fermentas, DNR polimerazė, pradeda judėti laisvąja DNR grandine iš 5-ojo galo į 3-ią (pirmaujančią grandinę), padėdamas prisijungti prie laisvųjų nukleotidų, nuolat sintezuojamų ląstelėje, prie 3" naujai susintetintos grandinės galo. DNR grandinė.Antoje DNR grandinėje (atsilikusi grandinė) susidaro nauja DNR mažų segmentų, susidedančių iš 1000-2000 nukleotidų (Okazaki fragmentų) pavidalu.

Norint pradėti šios grandinės DNR fragmentų replikaciją, reikalinga trumpų RNR fragmentų (būdingos RNR ypatybės bus aptartos toliau) kaip sėklų sintezė, kuriai naudojamas specialus fermentas – RNR polimerazė (primazė). Vėliau RNR pradmenys pašalinami, o DNR įterpiama į susidariusias spragas naudojant DNR polimerazę I. Taigi kiekviena DNR grandinė naudojama kaip šablonas arba šablonas komplementariai grandinei sukurti, o DNR replikacija yra pusiau konservatyvi (t. y. viena grandinė naujoje DNR molekulėje yra „sena“, o antroji yra nauja).

Skirtingi fermentai naudojami pirmaujančioms ir atsiliekančioms sruogoms ląstelėje atkartoti. Replikacijos rezultate susidaro dvi naujos absoliučiai identiškos DNR molekulės, kurios taip pat yra identiškos pradinei DNR molekulei iki jos reduplikacijos pradžios (detaliau DNR replikacijos procesas parodytas 3.5 pav.). DNR polimerazė, kaip ir bet kuris kitas fermentas, žymiai pagreitina komplementarių nukleotidų pridėjimo prie laisvos DNR grandinės procesą, tačiau cheminis adenino afinitetas timinui ir citozino guaninui yra toks didelis, kad jie jungiasi vienas su kitu net DNR polimerazės nebuvimas paprastose reakcijos mišiniuose.

Galima sakyti, šiek tiek supaprastinant, kad tikslaus DNR molekulės padvigubėjimo reiškinys, pagrįstas šios molekulės bazių komplementarumu, yra molekulinis paveldimumo pagrindas. Žmonių DNR replikacijos greitis yra gana lėtas, o bet kurios žmogaus chromosomos DNR replikacija užtruktų kelias savaites, jei replikacija prasidėtų iš vieno taško. Tiesą sakant, bet kurios chromosomos DNR molekulėje, o kiekvienoje žmogaus chromosomoje yra tik viena DNR molekulė, yra daug replikacijos inicijavimo vietų (replikonų). Iš kiekvieno replikono replikacija vyksta abiem kryptimis, kol susilieja kaimyniniai replikonai. Todėl DNR replikacija kiekvienoje chromosomoje vyksta gana greitai.

Replikacija (iš lot. replicatio – atsinaujinimas) – dukterinės DNR molekulės sintezės procesas ant pirminės DNR molekulės matricos. Vėlesnio motininės ląstelės dalijimosi metu kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną DNR molekulės kopiją, kuri yra identiška pradinės motininės ląstelės DNR. Šis procesas užtikrina tikslų genetinės informacijos perdavimą iš kartos į kartą. DNR replikaciją vykdo sudėtingas fermentų kompleksas, susidedantis iš 15-20 skirtingų baltymų, vadinamas replisoma (angl. replisome).

DNR replikacija yra pagrindinis ląstelių dalijimosi įvykis. Svarbu, kad iki dalijimosi DNR būtų visiškai atkartota ir tik vieną kartą. Tai užtikrina tam tikri DNR replikacijos reguliavimo mechanizmai.

Replikacija vyksta trys etapai:

1. Replikacijos inicijavimas

2. Pailgėjimas

3. Replikacijos nutraukimas.

Replikacija daugiausia reguliuojama iniciacijos etape. Tai įgyvendinti gana paprasta, nes replikacija gali prasidėti ne nuo bet kurio DNR segmento, o nuo griežtai apibrėžto, vadinamo replikacijos iniciacijos vieta. Genome tokių vietų gali būti tik viena arba daug. Replikacijos inicijavimo vietos sąvoka yra glaudžiai susijusi su replikono sąvoka. Replikonas yra DNR atkarpa, kurioje yra replikacijos pradžios vieta ir kuri replikuojasi prasidėjus DNR sintezei iš šios vietos. Bakterijų genomai, kaip taisyklė, yra vienas replikonas, o tai reiškia, kad viso genomo replikacija yra tik vieno replikacijos inicijavimo veiksmo rezultatas.

Eukariotų genomai (kaip ir atskiros jų chromosomos) susideda iš daugybės nepriklausomų replikonų, o tai žymiai sumažina bendrą atskiros chromosomos replikacijos laiką. Molekuliniai mechanizmai, kontroliuojantys replikacijos inicijacijų skaičių kiekvienoje vietoje per ląstelių dalijimosi ciklą, vadinami kopijų skaičiaus kontrole. Be chromosomų DNR, bakterijų ląstelėse dažnai yra plazmidžių, kurios yra atskiri replikonai. Plazmidės turi savo kopijų skaičiaus valdymo mechanizmus: jos gali sintezuoti tik vieną plazmidės kopiją per ląstelės ciklą arba tūkstančius kopijų.

Replikacija prasideda replikacijos pradžios vietoje, kai išsivynioja DNR dviguba spiralė, suformuojant replikacijos šakutę, tiesioginės DNR replikacijos vietą. Kiekviena svetainė gali sudaryti vieną arba dvi replikacijos šakes, priklausomai nuo to, ar replikacija yra vienakryptė, ar dvikryptė. Dviejų krypčių replikacija yra labiau paplitusi. Praėjus kuriam laikui nuo replikacijos pradžios, elektroniniu mikroskopu galima stebėti replikacijos akį – chromosomos sritį, kurioje DNR jau buvo replikuota, apsuptą ilgesnių nereplikuotos DNR sričių.

Replikacijos šakutėje DNR kopijuoja didelį baltymų kompleksą (replizomą), kurio pagrindinis fermentas yra DNR polimerazė. Replikacijos šakutė prokariotuose juda maždaug 100 000 bazinių porų per minutę greičiu, o eukariotuose – 500–5000 bazinių porų per minutę.

Molekulinis replikacijos mechanizmas:

Fermentai (helikazė, topoizomerazė) ir DNR surišantys baltymai išvynioja DNR, laiko matricą praskiestoje būsenoje ir sukasi DNR molekulę. Replikacijos teisingumą užtikrina tikslus komplementarių bazių porų sutapimas ir DNR polimerazės, gebančios atpažinti ir ištaisyti klaidą, aktyvumas. Replikaciją eukariotuose vykdo kelios skirtingos DNR polimerazės (priešingai nei DNR replikacija prokariotuose).

DNR polimerazė I veikia atsilikusią grandinę, kad pašalintų RNR pradmenis ir iš anksto replikuotų išgrynintas DNR vietas. DNR polimerazė III yra pagrindinis DNR replikacijos fermentas, sintezuojantis pirmaujančią DNR grandinę ir Okazaki fragmentus atsiliekančios grandinės sintezės metu (Okazaki fragmentai yra santykinai trumpi DNR fragmentai, kurie susidaro ant atsiliekančios grandinės DNR replikacijos metu). Toliau susintetintos molekulės susukamos pagal superspiralės ir tolesnio DNR sutankinimo principą. Sintezė reikalauja daug energijos.

DNR molekulės grandinės išsiskiria, suformuoja replikacijos šakutę ir kiekviena iš jų tampa šablonu, ant kurio susintetinama nauja papildoma grandinė. Dėl to susidaro dvi naujos dvigrandės DNR molekulės, identiškos pirminei molekulei.

1. Iniciacija.

Replikacija prasideda griežtai apibrėžtose DNR srityse – replikacijos pradžios taškuose – ori (iš angliškos kilmės – pradžia). Čia yra specifinės nukleotidų sekos – iniciatoriaus baltymo atpažįstamos DNR dėžutės, su kuriomis vėliau jungiasi kiti replikacijos fermentai. Kadangi DNR sintezė vyksta tik ant vienos grandinės šablono, prieš ją turi būti privaloma atskirti dvi DNR grandines, t.y. matricos paruošimas, kurį sudaro šie procesai:

· DNR helikazės išvynioja dvigubą DNR spiralę, naudodamos ATP energiją. Vieta, kurioje sruogos pradeda skirtis, vadinama replikacijos šakute dėl jai būdingos Y formos.

DNR topoizomerazės sumažina topologinę įtampą (superspiralę) DNR išsivyniojimo metu. Norėdami tai padaryti, fermentas pirmiausia nutraukia DNR grandinę, tada kovalentiškai prisijungia prie nutrūkusio galo. Šis ryšys turi didelę energiją, todėl reakcija yra grįžtama ir nereikalauja papildomų energijos sąnaudų. Nustatyti 2 topoizomerazių tipai: topoizomerazė I (įveda vienos grandinės pertraukas) ir topoizomerazė II (įveda dviejų grandžių pertraukas DNR).

SSB baltymai (iš anglų kalbos vienos grandinės DNR surišantys baltymai) jungiasi prie vienos grandinės sričių ir stabilizuoja nesusuktą dvipusį pluoštą, užkertant kelią plaukų segtukų susidarymui.

DNR šablonas paruoštas. Dabar reikia užbaigti komplementarią grandinę iš dezoksiribonukleozidų trifosfatų (dNTP), esančių ląstelėje, kiekvienai iš pirminės DNR molekulės grandinių. Fermentai, katalizuojantys DNR šablono nulemtą deoksiribonukleotidų prisijungimo reakciją, vadinami DNR polimerazėmis (DNCP).

Pirmąją DNR polimerazę 1957 metais atrado A. Kornbergas, o 1959 metais jam buvo skirta Nobelio premija už DNR biosintezės mechanizmo atradimą.

Labiausiai ištirtos prokariotų DNR yra:

DNCP I. Funkcijos:

5'-3' - egzonukleazė (gali pašalinti 5'-galo nukleotidą)

DNCP II. Vaidmuo nėra visiškai aiškus. Replikacijoje nedalyvauja.

DNAP III. Pagrindinis replikacijos fermentas. Funkcijos:

polimerazė (jungia nukleotidus fosfodiesterio jungtimis),

3'-5' - egzonukleazė (gali pašalinti 3'-galo nukleotidą)

DNR turi dvi funkcijas:

Pirma, DNR polimerazės negali pradėti DNR sintezės, bet gali tik pridėti naujų dezoksiribonukleotidų vienetų į esamos polinukleotidinės grandinės 3' galą. Todėl DNCP reikia sėti. DNR veiklai reikalingas pradmuo (pradmuo) susideda iš RNR (maždaug 15-17 nukleotidų) ir yra sintetinamas fermento primazės. Primasė jungiasi su helikaze ir DNR, kad sudarytų struktūrą, vadinamą primosoma. Tada DNAP III prisijungia prie pradmens ir pailgina grandinę.

Antra, naujos polimerazės grandinės sintezė vykdoma tik 5'-3' kryptimi išilgai šabloninės grandinės, orientuota antilygiagrečiai, t.y. 3'-5'. Grandinių sintezė priešinga kryptimi niekada nevyksta, todėl susintetintos grandinės replikacijos šakėje turi augti priešingomis kryptimis. Vienos grandinės (vedančios, vedančios) sintezė vyksta nuolat, o kitos (atsiliekančios) – fragmentiškai. Pirmaujanti kryptis auga nuo 5' iki 3' galo replikacijos šakutės judėjimo kryptimi ir jai reikia tik vieno inicijavimo veiksmo. Atsiliekanti sruogelė taip pat auga nuo 5' iki 3' galo, bet priešinga replikacijos šakutei kryptimi. Atsiliekančios grandinės sintezei turi įvykti keli iniciacijos įvykiai, dėl kurių susidaro daug trumpų grandinių (Okazaki fragmentų), kurių ilgis prokariotuose yra 1000-2000 nukleotidų.

Kiekvieno Okazaki fragmento pradžioje yra RNR pradmuo, kuris turi būti pašalintas, nes. DNR neturi būti ribonukleotidų. DNR I dėl savo 5'-3'-egzonukleazės aktyvumo pašalina pradmenį ir pakeičia jį dezoksiribonukleotidais. Tarpą tarp dviejų gretimų Okazaki fragmentų uždaro fermentas DNR ligazė, naudodamas ATP energiją.

2. Pailgėjimas (grandinės pailgėjimas).

Replikacijos fermentų kompleksas, vadinamas replisoma, juda išilgai DNR šablono molekulės, ją išvyniodamas ir sudarydamas papildomas DNR grandines.

3. Nutraukimas (replikacijos pabaiga).

DNR yra replikacijos pabaigos vietų, kuriose yra specifinių sekų, prie kurių jungiasi terminatoriai baltymai, užkertantys kelią tolesniam replikacijos šakutės pažangai. DNR sintezė baigiasi.

Anksčiau pažymėjome, kad be polimerazės aktyvumo, DNR taip pat turi 3'-5' egzonukleazės aktyvumą. Tai būtina korekcijai, t.y. neteisingai įterpto nukleotido pašalinimas. DNAP dar kartą patikrina, ar kiekvienas nukleotidas atitinka šabloną: vieną kartą prieš įtraukiant jį į auginimo grandinę ir antrą kartą prieš įtraukiant kitą nukleotidą.

Replikacijos greitis prokariotuose yra 500 nukleotidų per sekundę.

Replikacijos metodai

θ tipo. Replikacinė akis plečiasi priešingomis kryptimis išilgai žiedinės DNR molekulės. Taip susidaro tarpinė struktūra, panaši į graikišką raidę θ. Tai būdinga prokariotams ir kai kuriems virusams.

σ tipo (riedėjimo žiedo mechanizmas). Replikacija prasideda fosfodiesterio jungties nutraukimu vienoje iš pirminės žiedinės molekulės grandinių. DNAP prisijungia prie laisvo 3' galo ir sukuria naują grandinę. Tarpinė struktūra turi raidės σ formą. Šio tipo replikacija randama kai kuriuose virusuose, ypač lambda bakteriofage.

Linijinių molekulių replikacija susidarant kelioms replikacijos šakutėms, judančioms viena link kitos. Jis būdingas visiems eukariotams ir virusams, turintiems linijines DNR molekules.

Replikacijos ypatumai eukariotuose

1. Replikacija vyksta ląstelės mitozinio ciklo S periodu.

2. Vienoje DNR molekulėje yra daug replikonų; yra keletas replikacijos šaltinių.

3. DNP polimerazė:

α – DNR polimerazė. Pagrindinis replikacijos fermentas. Ji taip pat turi pirminę veiklą. Sintetina Okazaki fragmentus.

β – DNR polimerazė – taisomasis fermentas (pašalina DNR pažeidimą).

γ – DNR polimerazė užtikrina mitochondrijų DNR sintezę

· δ – DNR polimerazė dalyvauja pirmaujančios grandinės sintezėje.

4. Okazaki fragmentai yra 100-200 nukleotidų ilgio.

5. Replikacijos greitis 50 nukleotidų/sek.

6. Yra fermentas telomerazė, kuris prieš replikaciją pailgina DNR 3' galą, nes kiekvieną kartą po replikacijos linijinės DNR molekulės 3' galo ilgis mažėja pradmens dydžiu. Telomerų pailgėjimo sutrikimai yra susiję su kancerogeneze ir senėjimu.

Taigi iš aukščiau aptartos medžiagos galime daryti išvadą, kad biologinė replikacijos prasmė glūdi tikslioje genetinės informacijos atgaminimo procese, kuri būtina, kad dukterinių ląstelių paveldima medžiaga būtų identiška motininės ląstelės paveldimajai medžiagai. Tai labai svarbu tiek daugialąsčių organizmų vystymuisi ir normaliam funkcionavimui, tiek vegetatyvinio dauginimosi įgyvendinimui.

DNR replikacija

DNR replikacija- dukterinės dezoksiribonukleino rūgšties molekulės sintezės procesas pirminės DNR molekulės matricoje. Vėlesnio motininės ląstelės dalijimosi metu kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną DNR molekulės kopiją, kuri yra identiška pradinės motininės ląstelės DNR. Šis procesas užtikrina tikslų genetinės informacijos perdavimą iš kartos į kartą. DNR replikaciją atlieka sudėtingas fermentų kompleksas, susidedantis iš 15-20 skirtingų baltymų, vadinamų angliškais. atgrasus) .

Studijų istorija

Kiekvieną DNR molekulę sudaro viena pradinės pirminės molekulės grandinė ir viena naujai susintetinta grandinė. Toks replikacijos mechanizmas vadinamas pusiau konservatyviu. Šiuo metu šis mechanizmas laikomas įrodytu Matthew Meselson ir Franklin Stahl (m.) eksperimentų dėka. Anksčiau buvo du kiti modeliai: „konservatyvus“ - dėl replikacijos susidaro viena DNR molekulė, susidedanti tik iš tėvų grandinių, o kita - tik iš vaikų grandinių; "dispersinė" - visos DNR molekulės, atsirandančios dėl replikacijos, susideda iš grandinių, kurių kai kurios dalys yra naujai susintetintos, o kitos paimtos iš pirminės DNR molekulės.

Bendrieji parodymai

replikacijos inicijavimas
pailgėjimas
replikacijos nutraukimas.

Replikacija daugiausia reguliuojama iniciacijos etape. Tai padaryti gana paprasta, nes replikacija gali prasidėti ne nuo bet kurio DNR segmento, o nuo griežtai apibrėžto, vadinamo replikacijos iniciacijos vieta. Genome tokių vietų gali būti tik viena arba daug. Sąvoka yra glaudžiai susijusi su replikacijos inicijavimo vietos sąvoka replikonas . Replikonas yra DNR ruožas, kuriame yra replikacijos pradžios vieta ir kuri replikuojasi prasidėjus DNR sintezei iš šios vietos. Bakterijų genomai paprastai yra vienas replikonas, o tai reiškia, kad viso genomo replikacija yra tik vieno replikacijos inicijavimo veiksmo rezultatas. Eukariotų genomai (kaip ir atskiros jų chromosomos) susideda iš daugybės nepriklausomų replikonų, o tai žymiai sumažina bendrą atskiros chromosomos replikacijos laiką. Molekuliniai mechanizmai, kontroliuojantys replikacijos inicijacijų skaičių kiekvienoje vietoje per ląstelių dalijimosi ciklą, vadinami kopijų skaičiaus kontrole. Be chromosomų DNR, bakterijų ląstelėse dažnai yra plazmidžių, kurios yra atskiri replikonai. Plazmidės turi savo kopijavimo kontrolės mechanizmus: jos gali sintezuoti tik vieną plazmidės kopiją per ląstelės ciklą ir tūkstančius kopijų.

Replikacija prasideda replikacijos pradžios vietoje, kai išsivynioja DNR dviguba spiralė ir susidaro replikacijos šakutė yra tiesioginės DNR replikacijos vieta. Kiekviena svetainė gali sudaryti vieną arba dvi replikacijos šakes, priklausomai nuo to, ar replikacija yra vienakryptė, ar dvikryptė. Dviejų krypčių replikacija yra labiau paplitusi. Praėjus kuriam laikui nuo replikacijos pradžios, galima stebėti elektroniniu mikroskopu replikacijos akis - chromosomos sritis, kurioje DNR jau buvo replikuota, apsupta ilgesnių nereplikuotos DNR sričių.

Molekulinis replikacijos mechanizmas

Fermentai (helikazė, topoizomerazė) ir DNR surišantys baltymai išvynioja DNR, išlaiko matricą praskiestoje būsenoje ir sukasi DNR molekulę. Replikacijos teisingumą užtikrina tikslus komplementarių bazių porų sutapimas ir DNR polimerazės, gebančios atpažinti ir ištaisyti klaidą, aktyvumas. Replikaciją eukariotuose vykdo kelios skirtingos DNR polimerazės. Toliau susintetintos molekulės susukamos pagal superspiralės ir tolesnio DNR sutankinimo principą. Sintezė reikalauja daug energijos.

Replikacijos proceso charakteristikos

Pastabos

Literatūra

DNR išsaugojimas keliose kartose: DNR replikacija (Favorova O.O., SOZH, 1996)PDF (151 KB)
DNR replikacija (animacija) (anglų k.)

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „DNR replikacija“ kituose žodynuose:

DNR replikacija- - naujos DNR biosintezė motinos DNR matricoje ... Glaustas biocheminių terminų žodynas

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

- (iš vėlyvojo lotyniško replikacijos kartojimo), reduplikacija, autoreplikacija, nukleorūgščių makromolekulių savaiminio dauginimosi į t procesas, užtikrinantis tikslų genetinės kopijavimą. informacija ir jos perdavimas iš kartos į kartą. R mechanizmo esmė. Biologinis enciklopedinis žodynas

- (iš vėlyvojo lotyniško replikatio kartojimo) (autoreprodukcija, autosintezė, reduplikacija), DNR molekulių padvigubėjimas (kai kuriuose RNR virusuose) dalyvaujant specialiems fermentams. Replikacija taip pat vadinama chromosomų padvigubėjimu, kuris pagrįstas replikacija ... Didysis enciklopedinis žodynas

- (dezoksiribonukleino rūgštis), NUKLEORŪGŠTIS, kuri yra pagrindinis EUKARIOTINIŲ ląstelių CHROMOSOMOS komponentas ir kai kurie VIRUSAI. DNR dažnai vadinama gyvybės „statybiniu bloku“, nes joje yra GENETINIS KODAS, ... ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Replikacija nevaldoma- * Bėganti replikacija daugybinė plazmidės DNR replikacija, kuri nėra susijusi su ląstelių dalijimusi ir nėra kontroliuojama šio dalijimosi ... Genetika. enciklopedinis žodynas

DNR dviguba spiralė Deoksiribonukleino rūgštis (DNR) yra viena iš dviejų nukleino rūgščių tipų, užtikrinančių saugojimą, perdavimą iš kartos į kartą ir gyvų organizmų vystymosi ir funkcionavimo genetinės programos įgyvendinimą. Pagrindinė ... ... Vikipedija

Scheminis replikacijos proceso vaizdas, skaičiai rodo: (1) atsiliekančią grandinę, (2) pirmaujančią grandinę, (3) DNR polimerazę (Polα), (4) DNR ligazę, (5) RNR pradmenį, (6) DNR primazę, ( 7) Okazaki fragmentas, (8) DNR polimerazė (Polδ), (9) ... ... Vikipedija