При реплікації молекули ДНК утворюється. Як відбувається реплікація ДНК. Швидкість і точність реплікації

Реплікація ДНК - процес біосинтезу дезоксирибонуклеїнової кислоти. Матеріалом для є аденозин-, гуанозін- цітідін- і тімідінтріфосфорная кислота або АТФ, ГТФ, ЦТФ і ТТФ.

Механізм реплікації ДНК

Біосинтез здійснюється при наявності так званої «затравки» - деякої кількості однониткової трансформованої дезоксирибонуклеїнової кислоти і каталізатора. В якості каталізатора виступає ДНК-полімераза. Даний фермент бере участь в з'єднанні нуклеотидних залишків. За одну хвилину з'єднується більше 1000 нуклеотидних залишків. Нуклеотидні залишки в молекулі фрагмента дезоксирибонуклеїнової кислоти з'єднані між собою 3 ', 5'-фосфодіефірнимі зв'язками. ДНК-полімераза каталізує приєднання залишків мононуклеотидів до вільного 3-гідроксильного кінця трансформованої дезоксирибонуклеїнової кислоти. Спочатку синтезуються невеликі частини молекули ДНК. Вони піддаються дії ДНК-лігази і утворюють більш довгі фрагменти дезоксирибонуклеїнової кислоти. Обидва фрагмента локалізуються в Перетворена дезоксирибонуклеїнової кислоти використовується як точка зростання майбутньої молекули ДНК і є також матрицею, на якій утворюється антипаралельними ланцюг дезоксирибонуклеїнової кислоти, яка ідентична трансформованої ДНК за будовою і послідовності розміщення нуклеотидних залишків. Реплікація ДНК відбувається під час інтерфази митотического Дезоксирибонуклеиновая кислота концентрується в хромосомах і хроматині. Після формування односпіральной дезоксирибонуклеїнової кислоти утворюється її вторинна і третинна структури. Дві нитки дезоксирибонуклеїнової кислоти з'єднуються між собою за правилом комплементарності. Реплікація ДНК відбувається в ядрах клітин.

Матеріалом для біосинтезу різних груп і видів РНК є макроергічні сполуки: АТФ, ГТФ, ЦТФ і ТТФ. може синтезуватися в них за участю одного з трьох зазначених фрагментів: ДНК-залежною РНК-полімерази, полинуклеотид-нуклеотіділтрансферази і РНК-залежної РНК-полімерази. Перша з них міститься в ядрах всіх клітин, відкрита також в мітохондріях. РНК синтезується на ДНК-матриці при наявності рибонуклеозидтрифосфатов, іонів Мангана і Магнію. Утворюється молекула РНК, комплементарная ДНК-матриці. Для того, щоб відбулася реплікація ДНК в ядрах утворюються р-РНК, т-РНК, і-РНК і РНК-затравки. Перші три транспортуються в цитоплазму, де і беруть участь в біосинтезі білка.

Реплікація ДНК відбувається майже так само як і трансляція дезоксирибонуклеїнової кислоти. Передача, а також збереження спадкової інформації здійснюється в два етапи: транскрипція і трансляція. Що ж таке ген? Ген - це матеріальна одиниця, яка є частиною молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (РНК у деяких вірусів). Міститься в хромосомах ядер клітин. Генетична інформація передається від ДНК через РНК до білка. Транскрипція здійснюється в і складається в синтезі і-РНК на ділянках молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти. Слід сказати, що послідовність нуклеотидів дезоксирибонуклеїнової кислоти «переписується» в нуклеотидну послідовність молекули і-РНК. РНК-полімераза приєднується до відповідної ділянки ДНК, «розплітає» її подвійну спіраль і копіює структуру дезоксирибонуклеїнової кислоти, приєднуючи нуклеотиди за принципом комплементарності. У міру переміщення фрагмента ланцюг синтезованої РНК віддаляється від матриці, а подвійна спіраль ДНК позаду ферменту відразу ж відновлюється. Якщо РНК-полімераза досягає кінця копірованного ділянки, РНК віддаляється від матриці в Каріоплазма, після чого переміщається в цитоплазму, де і бере участь в біосинтезі білка.

Під час трансляції послідовність розміщення нуклеотидів в молекулі і-РНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків в білкової молекулі. Цей процес відбувається в цитоплазмі, і-РНК тут об'єднується, і утворюється полісома.

1. Коли відбувається реплікація?- У синтетичної фазі інтерфази, задовго до поділу клітини. Період між реплікацією і Профазі мітозу називається постсинтетическом фаза інтерфази, в ньому клітина продовжує рости і перевіряє, чи правильно відбулося подвоєння.

2. Якщо до подвоєння було 46 хромосом, то скільки буде після подвоєння?- Кількість хромосом при подвоєнні ДНК не змінюється. До подвоєння у людини 46 одинарних хромосом (що складаються з однієї подвійний ланцюжка ДНК), а після подвоєння - 46 подвійних хромосом (що складаються з двох однакових подвійних ланцюжків ДНК, з'єднаних між собою в центромере).

3. Навіщо потрібна реплікація?- Щоб під час мітозу кожна дочірня клітина могла отримати свою копію ДНК. При мітозі кожна з 46 подвійних хромосом ділиться на дві одинарні; виходить два набори по 46 одинарних хромосом; ці два набори розходяться в дві дочірні клітини.

Три принципу будови ДНК

напівконсервативним- кожна дочірня ДНК містить один ланцюжок з материнської ДНК і одну новосинтезовані.

комплементарність- АТ / ЦГ. Навпаки аденіну одного ланцюга ДНК завжди варто тимін інший ланцюга ДНК, навпаки цитозину завжди варто гуанін.

антипаралельність- ланцюжки ДНК лежать один до одного протилежними кінцями. Ці кінці не вивчають в школі, тому трохи докладніше (і далі - в нетрі).

Мономером ДНК є нуклеотид, центральною частиною нуклеотиду - дезоксирибоза. У неї 5 атомів вуглецю (на найближчому малюнку у лівій нижній дезоксирибози атоми пронумеровані). Дивимося: до першого атома вуглецю приєднується азотистих основ, до п'ятого - фосфорна кислота даного нуклеотиду, третій атом готовий приєднати фосфорну кислоту наступного нуклеотиду. Таким чином, у будь-який ланцюжка ДНК є два кінця:

5 "-кінець, на ньому розташовується фосфорна кислота;
3 "-кінець, на ньому розташовується рибоза.

Правило антипаралельності полягає в тому, що на одному кінці подвійного ланцюга ДНК (наприклад, на верхньому кінці найближчого малюнка) одна ланцюг має 5 "-кінець, а інша 3"-кінець. Для процесу реплікації важливо, що ДНК-полімераза може подовжувати тільки 3 "-кінець. Ланцюжок ДНК може рости тільки своїм 3"-кінців.

На цьому малюнку процес подвоєння ДНК йде від низу до верху. Видно, що ліва ланцюжок зростає в тому ж напрямку, а права - в протилежному.

На наступному малюнку вверхнем нова ланцюжок( "Провідна ланцюг") подовжується в тому ж напрямку, в якому відбувається подвоєння. Нижня нова ланцюжок( "Відстає ланцюг") не може подовжуватися в тому ж напрямку, тому що там у неї 5 "-кінець, який, як ми пам'ятаємо, не росте. Тому нижня ланцюжок зростає з допомогою коротких (100-200 нуклеотидів) фрагментів Окадзакі, кожен з яких зростає в 3 "-спрямованість. Кожен фрагмент Окадзакі зростає від 3 "-кінців праймера (" РНК-затравки ", на малюнку праймери червоні).

ферменти реплікації

Overall direction of replication- напрямок, в якому відбувається подвоєння ДНК.
Parental DNA- стара (материнська) ДНК.
Зелена хмара поруч з написом "Parental DNA"- фермент ХЕЛІКАЗИ, який розриває водневі зв'язки між азотистими підставами старої (материнської) ланцюжка ДНК.
Сірі овальчік на тільки що відірваних один від одного ланцюжках ДНК- дестабілізуючі білки, які не дають ланцюжках ДНК з'єднатися.
DNA pol III- ДНК-полімераза, яка приєднує нові нуклеотиди до 3 "-кінців верхньої (лідируючої, синтезирующейся непріривно) ланцюжка ДНК (Leading strand).
Primase- фермент праймаза, яка робить праймер (червону деталь від Лего). Тепер вважаємо праймери зліва направо:

перший праймер ще недороблений, його якраз зараз робить праймаза;
від другого за рахунком праймера ДНК-полімераза будує ДНК - в напрямку, протилежному напрямку подвоєння ДНК, але зате в напрямку 3 "-кінців;
від третього за рахунком праймера ланцюжок ДНК вже побудована (Lagging strand), Вона підійшла впритул до четвертого за рахунком праймеру;
четвертий за рахунком праймер коротше всіх, тому що ДНК-полімераза (DNA pol I)видаляє його (він же РНК, в ДНК йому робити нічого, від нього нам був потрібен тільки правильний кінець) і замінює на ДНК;
п'ятого праймера на малюнку вже немає, він вирізаний повністю, на його місці залишився розрив. ДНК-лігаза (DNA ligase)зшиває цей розрив, щоб нижня (відстає) ланцюжок ДНК була цілою.

На суперкартіне не позначений фермент топоізомераза, але далі а тестик він буде фігурувати, так що скажемо й про нього пару слів. Ось вам мотузка, що складається з трьох великих жив. Якщо три товариша візьмуться за ці три жили і почнуть тягнути їх в три різні сторони, то дуже скоро мотузка перестане розплітатися і зав'ється в тугі петлі. З ДНК, яка представляє собою двожильний мотузку, могло б статися те ж саме, якби не топоізомераза.

Топоізомереза розрізає одну з двох ниток ДНК, після чого (другий малюнок, червона стрілка) ДНК провертається навколо однієї зі своїх ланцюгів, так що тугі петлі не утворюються (топологічний стрес знижується).

кінцева недореплікація

З суперкартіни з ферментами реплікації зрозуміло, що на місці, що залишився після видалення праймера, ДНК-полімераза добудовує наступний за рахунком фрагмент Окадзакі. (Правда зрозуміло? Якщо що, фрагменти Окадзакі на суперкартіне позначені цифрами в кружечках.) Коли реплікація на суперкартіне дійде до свого логічного (лівого) кінця, то у останнього (крайнього лівого) фрагмента Окадзакі не буде «наступного», тому нікому буде добудувати ДНК на порожньому місці, отриманому після видалення праймера.

Ось вам ще малюнок. Чорна ланцюжок ДНК - стара, материнська. Подвоєння ДНК, на відміну від суперкартіни, відбувається зліва направо. Оскільки у новій (зеленої) ДНК справа 5 "-кінець, то вона є відстає і подовжується окремими фрагметов (Окадзакі). Кожен фрагмент Окадзакі зростає від 3"-кінців свого праймера (синього прямокутника). Праймери, як ми пам'ятаємо, видаляються ДНК-полімеразою, яка на цьому місці добудовує наступний фрагмент Окадзакі (цей процес позначений червоним трьома крапками). На кінці хромосоми нікому закрити цю ділянку, так як немає такого фрагмента Окадзакі, там вже пусте місце (Gap). Таким чином, після кожної реплікації у дочірніх хромосом скорочуються обидва 5 "-кінців (Кінцева недореплікація).

Стовбурові клітини (в шкірі, червоному кістковому мозку, сім'яниках) повинні ділитися набагато більше, ніж 60 раз. Тому в них функціонує фермент теломераза, який після кожної реплікації подовжує теломери. Теломераза подовжує виступає 3 "-кінець ДНК, так що він збільшується до розміру фрагмента Окадзакі. Після цього праймаза синтезує на ньому праймер, і ДНК-полімераза подовжує недорепліцірованний 5"-кінець ДНК.

тестик

1. Реплікація - це процес, в якому:
А) відбувається синтез транспортних РНК;
Б) відбувається синтез (копіювання) ДНК;
В) рибосоми дізнаються Антикодон;
Г) утворюються пептидні зв'язки.

2. Зіставте функції ферментів, які беруть участь в реплікації прокаріотів, з їх назвами.

3. Під час реплікації в клітині видалення праймерів
А) здійснюється ферментом тільки з ДНК-азной активністю
Б) утворює фрагменти Окадзакі
В) відбувається тільки в відстаючих ланцюгах
Г) відбувається тільки в ядрі

4. Якщо Ви проекстрагіруете ДНК бактеріофага fX174, ви виявите, що в його складі знаходиться 25% A, 33% T, 24% G, і 18% C. Як Ви могли б пояснити ці результати?
А) Результати експерименту неправильні; десь сталася помилка.
Б) Можна було б припустити, що процентний вміст A приблизно дорівнює такому T, що також справедливо для C і G. Отже, правило Чаргаффа не порушується, ДНК є двуцепочечной і реплицируется напівконсервативним.
В) Оскільки процентні співвідношення A і T і, відповідно, C і G різні, ДНК являє собою одну ланцюг; вона реплікується за допомогою особливого ферменту, наступного особливому механізму реплікації з одним ланцюгом в якості матриці.
Г) Оскільки ні A не дорівнює T, і ні G не дорівнює C, то ДНК повинна бути одноцепочечной, вона реплікується шляхом синтезу комплементарної ланцюга і використанням цієї двуцепочечной форми як матриці.

5. Діаграма відноситься до реплікації двуцепочечной ДНК. Для кожного з квадратів I, II, III виберіть один фермент, який функціонує на цій ділянці.

А) Теломераза
Б) ДНК-топоізомераза
В) ДНК-полімераза
Г) ДНК-геліказа
Д) ДНК-лігаза

6. Культура бактерій з середовища з легким ізотопом азоту (N-14) перенесли в середу, що містить важкий ізотоп (N-15) на час, відповідне одному поділу, а потім повернули в середу з легким ізотопом азоту. Аналіз складу ДНК бактерій після періоду, що відповідає двом реплікації, показав:

варіанти відповіді	ДНК
варіанти відповіді	легка	середня	важка
А	3/4	1/4	-
Б	1/4	3/4	-
В	-	1/2	1/2
Г	1/2	1/2	-

7. Одне рідкісне генетичне захворювання характеризується імунодефіцитом, відставанням в розумовому і фізичному розвитку і мікроцефалією. Припустимо, що в екстракті ДНК пацієнта з цим синдромом ви виявили майже однакові кількості довгих і дуже коротких відрізків ДНК. Який фермент у цього пацієнта найбільш ймовірно відсутня / дефектний?
А) ДНК-лігаза
Б) Топоізомераза
В) ДНК-полімераза
Г) геліказу

8. Молекула ДНК, є подвійну спіраль, яка містить чотири різних типи азотистих основ. Яке з наступних тверджень щодо як реплікації, так і хімічної будови ДНК, є правильним?
A) Послідовності підстав двох ланцюгів одні й ті ж.
B) В подвійного ланцюга ДНК зміст пуринів дорівнює змісту пиримидинов.
C) Обидва ланцюги синтезуються в напрямку 5 '→ 3' безперервно.
D) Приєднання першого підстави знову синтезується нуклеїнової кислоти каталізується ДНК-полімеразою.
E) Активність ДНК-полімерази по виправленню помилок здійснюється в напрямку 5 '→ 3'.

9. Більшість ДНК-полімерази володіє також активністю:
А) лігазну;
Б) ендонуклеазной;
В) 5 "-екзонуклеазной;
Г) 3 "-екзонуклеазной.

10. ДНК-ХЕЛІКАЗИ - це ключовий фермент реплікації ДНК, що розкручує двуцепочечную ДНК до одноцепочечной. Нижче описаний експеримент, присвячений з'ясуванню властивостей цього ферменту.

Яке з наступних тверджень щодо цього експерименту є правильним?
А) Смуга, що з'являється у верхній частині гелю, є тільки ssДНК, величиною 6,3 kb.
Б) Смуга, що з'являється в нижній частині гелю, це мічена 300bp ДНК.
В) Якщо гібрідізоваться ДНК обробити тільки ДНК ХЕЛІКАЗОЙ і довести реакцію до кінця, розташування смуг виглядає так, як зображено на доріжці 3 на малюнку b.
Г) Якщо гібрідізоваться ДНК обробити тільки кип'ятінням без обробки ХЕЛІКАЗОЙ, розташування смуг виглядає як зображено на доріжці 2 на малюнку b.
Д) Якщо гібрідізоваться ДНК обробити тільки кип'яченою ХЕЛІКАЗОЙ, розташування смуг виглядає як зображено на доріжці 1 на малюнку b.

Окружна олімпіада 2001
- всеросійська олімпіада 2001
- міжнародна олімпіада 2001
- міжнародна олімпіада один тисяча дев'ятсот дев'яносто один
- міжнародна Олімпіада 2008
- окружна Олімпіада 2008
- міжнародна Олімпіади 2010
Повні тексти цих олімпіад можна знайти.

Є молекулою спадковості, то для реалізації цієї якості вона повинна точно копіювати саму себе і таким чином зберігати всю наявну в вихідної молекулі ДНК інформацію у вигляді певної послідовності нуклеотидів. Це забезпечується за рахунок особливого процесу, що передує поділу будь-якої клітини організму, який називається реплікацією ДНК.

Суть реплікації ДНК полягає в тому, що спеціальний фермент розриває слабкі водневі зв'язки, які з'єднують між собою нуклеотиди двох ланцюгів. В результаті ланцюга ДНК роз'єднуються, і з кожної ланцюга «стирчать» вільні азотисті основи (виникнення так званої вилки реплікації). Особливий фермент ДНК-полімераза починає рухатися уздовж вільної ланцюга ДНК від 5 до З-кінця (лідируюча ланцюг), допомагаючи приєднатися вільним нуклеотидам, постійно синтезуються в клітці, до З "-кінців знову синтезованої ланцюга ДНК. На другий нитки ДНК (відстає нитка ) нова ДНК утворюється у вигляді невеликих сегментів, що складаються з 1000-2000 нуклеотидів (фрагменти Окадзакі).

Для початку реплікації ДНК фрагментів цієї нитки потрібно синтез коротких фрагментів РНК (про характерні особливості РНК буде сказано нижче) як запалів, для чого використовується особливий фермент - РНК-полімераза (праймаза). Згодом праймери РНК видаляються, в проломи, що утворилися вбудовується ДНК за допомогою ДНК полімерази I. Таким чином, кожна ланцюг ДНК використовується як матриця або шаблон для побудови комплементарної ланцюга і реплікація ДНК є напівконсервативної (тобто одна нитка в новій молекулі ДНК - «стара », а друга - нова).

Для реплікації лідируючої і відстає ланцюгів кліткою використовують різні ферменти. В результаті реплікації утворюються дві нові абсолютно ідентичні молекули ДНК, ідентичні також вихідної молекулі ДНК до початку її редуплікації (більш докладно процес реплікації ДНК показаний на рис. 3.5). ДНК-полімераза, як і будь-який інший фермент, істотно прискорює процес приєднання комплементарних нуклеотидів до вільного ланцюга ДНК, проте хімічна спорідненість аденіну до тимін, а цитозину до гуаніну настільки велике, що вони з'єднуються один з одним і під час відсутності ДНК-полімерази в простій реакційної суміші.

Можна сказати, дещо спрощуючи, що феномен точного подвоєння молекули ДНК, в основі якого лежить комплек-плементарним підстав цієї молекули, становить молекулярну основу спадковості. Швидкість реплікації ДНК у людини відносно низька і для того, щоб забезпечити реплікацію ДНК будь-якої хромосоми людини, були потрібні б тижні, якби реплікація починалася з однієї точки. Насправді в молекулі ДНК будь-якої хромосоми, а-кожна хромосома людини містить тільки одну молекулу ДНК, є безліч місць ініціації реплікації (репліконов). Від кожного реплікону реплікація йде в обох напрямках доти, поки сусідні реплікони не зливаються. Тому реплікація ДНК в кожній хромосомі протікає відносно швидко.

Репліка? Ція (від лат. Replicatio - відновлення) - процес синтезу дочірньої молекули ДНК на матриці батьківської молекули ДНК. В ході подальшого поділу материнської клітини кожна дочірня клітина отримує по одній копії молекули ДНК, яка є ідентичною ДНК вихідної материнської клітини. Цей процес забезпечує точну передачу генетичної інформації з покоління в покоління. Реплікацію ДНК здійснює складний ферментний комплекс, що складається з 15-20 різних білків, званий реплісомой (англ. Replisome)

Реплікація ДНК - ключова подія в ході поділу клітини. Принципово, щоб до моменту розподілу ДНК була реплицирована повністю і при цьому тільки один раз. Це забезпечується певними механізмами регуляції реплікації ДНК.

Реплікація проходить в три етапи:

1. Ініціація реплікації

2. Елонгація

3. Терминация реплікації.

Геноми еукаріот (а також їх окремі хромосоми) складаються з великого числа самостійних репліконов, це значно скорочує сумарний час реплікації окремої хромосоми. Молекулярні механізми, які контролюють кількість актів ініціації реплікації в кожному сайті за один цикл поділу клітини, називаються контролем копийности. У бактеріальних клітинах крім хромосомної ДНК часто містяться плазміди, які представляють собою окремі реплікони. У плазмід існують свої механізми контролю копийности: вони можуть забезпечувати синтез як всього однієї копії плазміди за клітинний цикл, так і тисяч копій.

Реплікація починається в сайті ініціації реплікації з розплітання подвійної спіралі ДНК, при цьому формується репликационная вилка - місце безпосередній реплікації ДНК. В кожному сайті може формуватися одна або дві Реплікаційний вилки в залежності від того, чи є реплікація одно- або двобічної. Більш поширена двунаправленная реплікація. Через деякий час після початку реплікації в електронний мікроскоп можна спостерігати реплікаційний вічко - ділянка хромосоми, де ДНК вже реплицирована, оточений більш протяжними ділянками нерепліцірованной ДНК.

У вилці реплікації ДНК копіює великий білковий комплекс (реплісома), ключовим ферментом якого є ДНК-полімераза. Репликационная вилка рухається зі швидкістю близько 100 000 пар нуклеотидів в хвилину у прокаріотів і 500-5000 - у еукаріот.

Молекулярний механізм реплікації:

Ферменти (ХЕЛІКАЗИ, топоізомераза) і ДНК-зв'язуючі білки розплітає ДНК, утримують матрицю в розведеному стані і обертають молекулу ДНК. Правильність реплікації забезпечується точною відповідністю комплементарних пар основ і активністю ДНК-полімерази, здатної розпізнати і виправити помилку. Реплікація у еукаріот здійснюється кількома різними ДНК-полімерази (на відміну від реплікації ДНК у прокаріотів).

ДНК-полімераза I діє на запізнілої ланцюга для видалення РНК-праймерів і дореплікаціі очищених місць ДНК. ДНК полімераза III - основний фермент реплікації ДНК, який здійснює синтез провідної ланцюга ДНК і фрагментів Окадзакі при синтезі запізнілої ланцюга (фрагменти Окадзакі - відносно короткі фрагменти ДНК, які утворюються на відстає ланцюга в процесі реплікації ДНК). Далі відбувається закручування синтезованих молекул за принципом суперспіралізації і подальшої компактизації ДНК. Синтез енерговитратний.

Ланцюги молекули ДНК розходяться, утворюють вилку реплікації, і кожна з них стає матрицею, на якій синтезується нова комплементарна ланцюг. В результаті утворюються дві нові двоспіральні молекули ДНК, ідентичні батьківській молекулі.

1. Ініціація.

Реплікація починається в суворо визначених ділянках ДНК - точках початку реплікації - ori (від англ. Origin - початок). Тут знаходяться специфічні послідовності нуклеотидів - ДНК-бокси, які розпізнаються ініціаторним білком, з яким зв'язуються згодом інші ферменти реплікації. Оскільки синтез ДНК відбувається тільки на одноцепочечной матриці, йому повинно передувати обов'язкове розділення двох ланцюгів ДНК, тобто підготовка матриці, яка включає в себе наступні процеси:

· ДНК-гелікази розплітає подвійну спіраль ДНК з використанням енергії АТФ. Ділянка початку розбіжності ланцюгів називається реплікативної виделкою через характерну Y-подібної форми.

· ДНК-топоізомерази знімають топологічний напругу (суперспіралізацію) при розкручуванні ДНК. Для цього фермент спочатку розриває ланцюг ДНК, потім ковалентно приєднується до розірваному кінця. Цей зв'язок має значну енергією, тому реакція оборотна і не вимагає додаткових енергетичних витрат. Виявлено 2 типу топоізомераз: топоізомераза I (вносить однонітевиє розриви) і топоізомераза II (вносить двунітевие розриви в ДНК).

· SSB-білки (від англ. Single-strand DNA-binding proteins) зв'язуються з одноланцюжковий ділянками і стабілізують розплітання дуплекс, перешкоджаючи утворенню шпильок.

ДНК-матриця готова. Тепер необхідно до кожної з ланцюгів материнської молекули ДНК добудувати з наявних у клітці дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (dNTP) комплементарную ланцюг. Ферменти, що каталізують детермініруемих ДНК-матрицею реакцію приєднання дезоксирибонуклеотидов, називаються ДНК-полімерази (ДНКп).

Перша ДНК-полімераза була виявлена в 1957 р А. Корнбергом, а в 1959 р за відкриття механізму біосинтезу ДНК йому була присуджена Нобелівська премія.

Найбільш добре вивчені ДНКп у прокаріотів:

· ДНКп I. Функції:

5'-3 '- екзонуклеаза (може видаляти 5'-кінцевий нуклеотид)

· ДНКп II. Роль до кінця неясна. У реплікації не бере.

· ДНКп III. Основний фермент реплікації. функції:

Полімераза (з'єднує нуклеотиди фосфодіефірнимі зв'язками),

3'-5 '- екзонуклеаза (може видаляти 3'-кінцевий нуклеотид)

ДНКп володіють двома особливостями:

По-перше, ДНК-полімерази не можуть починати синтез ДНК, а здатні лише додавати нові дезоксірібонуклеотідние ланки до 3'-кінця вже наявної полінуклеотидних ланцюга. Отже, ДНКп потребує затравки. Запал (праймер), необхідна для роботи ДНКп, складається з РНК (приблизно 15-17 нуклеотидів) і синтезується ферментом праймазой. Праймаза зв'язується з геліказу і ДНК, формуючи структуру, яка називається праймосомой. Потім ДНКп III приєднується до праймеру і подовжує ланцюг.

По-друге, синтез нового ланцюга полімерази здійснюють тільки в напрямку 5'-3 'уздовж матричної ланцюга, орієнтованої антипараллельно, тобто 3'-5 '. Синтез ланцюгів в зворотному напрямку не відбувається ніколи, тому синтезовані ланцюга в репликативной вилці повинні рости в протилежних напрямках. Синтез одного ланцюга (провідною, яка лідирує) відбувається безперервно, а інший (відстаючої) - фрагментами. Провідна ланцюг зростає від 5'- до 3 '- кінця в напрямку руху реплікативної вилки і потребує тільки в одному акті ініціації. Зростання відстає ланцюга також йде від 5 '- до 3'-кінців, але в напрямку, протилежному руху реплікативної вилки. Для синтезу відстає ланцюга повинно відбуватися кілька актів ініціації, в результаті чого утворюється безліч коротких ланцюгів (фрагменти Окадзакі), довжина яких у прокаріотів становить 1000-2000 нуклеотидів.

На початку кожного фрагмента Окадзакі знаходиться РНК-праймер, який необхідно видалити, тому що рибонуклеотиди не повинні бути присутніми у складі ДНК. ДНКп I за рахунок своєї 5'-3'-екзонуклеазной активності видаляє праймер і заміщає його дезоксірібонуклеотідов. Пролом між двома сусідніми фрагментами Окадзакі зашивається ферментом ДНК-лігази з використанням енергії АТФ.

2. Елонгація (подовження ланцюга).

Комплекс ферментів реплікації, званий реплісомой, рухається уздовж молекули ДНК-матриці, розплітаючи її і нарощуючи комплементарні ланцюга ДНК.

3. Терминация (закінчення реплікації).

У ДНК є сайти термінації реплікації, що містять специфічні послідовності, з якими зв'язуються термінаторние білки, що перешкоджають подальшому просуванню репликативной вилки. Синтез ДНК закінчується.

Ми з вами раніше відзначили, що крім полімеразної активності, ДНКп володіють ще і 3'-5 '- екзонуклеазной. Вона необхідна для корекції, тобто видалення неправильно вбудованого нуклеотиду. ДНКп двічі перевіряє відповідність кожного нуклеотиду матриці: один раз перед включенням його до складу зростаючої ланцюга, другий раз перед тим, як включити наступний нуклеотид.

Швидкість реплікації у прокаріотів становить 500 нуклеотидів / сек.

способи реплікації

· Θ-тип. Реплікативний вічко розширюється в протилежних напрямках уздовж кільцевої молекули ДНК. При цьому утворюється проміжна структура, що нагадує грецьку букву θ. Характерний для прокаріотів і деяких вірусів.

· Σ-тип (механізм «кільця, що котиться»). Реплікація починається з розриву фосфодіефірних зв'язку в одному з ланцюжків батьківської кільцевої молекули. ДНКп приєднується до вільного 3 '-кінців і нарощує нову ланцюг. Проміжна структура має форму літери σ. Цей тип реплікації виявлений у деяких вірусів, зокрема, у бактеріофага лямбда.

· Реплікація лінійних молекул з утворенням декількох реплікативних вилок, що рухаються один до одного. Характерна для всіх еукаріот і вірусів з лінійними молекулами ДНК.

Особливості реплікації у еукаріот

1. Реплікація йде в S-період мітотичного циклу клітини.

2. В одній молекулі ДНК багато репліконов, тобто є кілька точок початку реплікації.

3. ДНП-полімерази:

· Α - ДНК-полімераза. Основний фермент реплікації. Володіє також і активністю ПРАЙМАЗИ. Синтезує фрагменти Окадзакі.

· Β - ДНК-полімераза - фермент репарації (усуває пошкодження ДНК).

· Γ - ДНК-полімераза забезпечує синтез мітохондріальної ДНК

· Δ - ДНК-полімераза бере участь в синтезі провідною ланцюга.

4. Довжина фрагментів Окадзакі становить 100-200 нуклеотидів.

5. Швидкість реплікації 50 нуклеотидів / сек.

6. Є фермент теломераза, подовжує перед реплікацією 3'-кінець ДНК, тому що кожен раз після реплікації довжина 3'-кінця лінійної молекули ДНК зменшується на розмір праймера. Порушення подовження теломер пов'язані з канцерогенезом і старінням.

Таким чином, з розглянутого вище матеріалу ми можемо зробити висновок, що біологічний сенс реплікації полягає в точному відтворенні генетичної інформації, що необхідно для того, щоб спадковий матеріал дочірніх клітин був ідентичний спадкового матеріалу материнської клітини. Це дуже важливо як для розвитку і нормального функціонування багатоклітинних організмів, так і для здійснення вегетативного розмноження.

реплікація ДНК

реплікація ДНК- процес синтезу дочірньої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти на матриці батьківської молекули ДНК. В ході подальшого поділу материнської клітини кожна дочірня клітина отримує по одній копії молекули ДНК, яка є ідентичною ДНК вихідної материнської клітини. Цей процес забезпечує точну передачу генетичної інформації з покоління в покоління. Реплікацію ДНК здійснює складний ферментний комплекс, що складається з 15-20 різних білків, званий англ. replisome) .

Історія вивчення

Кожна молекула ДНК складається з одного ланцюга початкової батьківської молекули і однієї знову синтезованою ланцюга. Такий механізм реплікації називається напівконсервативним. В даний час цей механізм вважається доведеним завдяки дослідам Метью Мезельсоном і Франкліна Сталя (м). Раніше існували і дві інші моделі: «консервативна» - в результаті реплікації утворюється одна молекула ДНК, що складається тільки з батьківських ланцюгів, і одна, що складається тільки з дочірніх ланцюгів; «Дисперсійна» - всі отримані в результаті реплікації молекули ДНК складаються з ланцюгів, одні ділянки яких знову синтезовані, а інші взяті з батьківської молекули ДНК.

загальні уявлення

ініціація реплікації
елонгація
термінація реплікації.

Регуляція реплікації здійснюється в основному на етапі ініціації. Це досить легко можна здійснити, тому що реплікація може починатися не з будь-якої ділянки ДНК, а зі строго певного, званого сайтом ініціації реплікації. У геномі таких сайтів може бути як всього один, так і багато. З поняттям сайту ініціації реплікації тісно пов'язане поняття реплікон . Реплікон - це ділянка ДНК, який містить сайт ініціації реплікації і реплицируется після початку синтезу ДНК з цього сайту. Геноми бактерій, як правило, представляють собою один реплікон, це означає, що реплікація всього генома є наслідком всього одного акта ініціації реплікації. Геноми еукаріот (а також їх окремі хромосоми) складаються з великого числа самостійних репліконов, це значно скорочує сумарний час реплікації окремої хромосоми. Молекулярні механізми, які контролюють кількість актів ініціації реплікації в кожному сайті за один цикл поділу клітини, називаються контролем копийности. У бактеріальних клітинах крім хромосомної ДНК часто містяться плазміди, які представляють собою окремі реплікони. У плазмід існують свої механізми контролю копийности: вони можуть забезпечувати синтез як всього однієї копії плазміди за клітинний цикл, так і тисяч копій.

Реплікація починається в сайті ініціації реплікації з розплітання подвійної спіралі ДНК, при цьому формується репликационная вилка - місце безпосередній реплікації ДНК. В кожному сайті може формуватися одна або дві Реплікаційний вилки в залежності від того, чи є реплікація одно- або двобічної. Більш поширена двунаправленная реплікація. Через деякий час після початку реплікації в електронний мікроскоп можна спостерігати реплікаційний вічко - ділянка хромосоми, де ДНК вже реплицирована, оточений більш протяжними ділянками нерепліцірованной ДНК.

Молекулярний механізм реплікації

Ферменти (ХЕЛІКАЗИ, топоізомераза) і ДНК-зв'язуючі білки розплітає ДНК, утримують матрицю в розведеному стані і обертають молекулу ДНК. Правильність реплікації забезпечується точною відповідністю комплементарних пар основ і активністю ДНК-полімерази, здатної розпізнати і виправити помилку. Реплікація у еукаріот здійснюється кількома різними ДНК-полімерази. Далі відбувається закручування синтезованих молекул за принципом суперспіралізації і подальшої компактизації ДНК. Синтез енерговитратний.

Характеристики процесу реплікації

Примітки

література

Збереження ДНК в ряду поколінь: Реплікація ДНК (Фаворова О.О., МОР, 1996)PDF (151 KB)
Реплікація ДНК (анімація) (англ.)

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Дивитися що таке "Реплікація ДНК" в інших словниках:

реплікація дНК- - біосинтез нових ДНК на матриці материнської ДНК ... Короткий словник біохімічних термінів

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

- (від позднелат. Replicatio повторення), редуплікація, аутореплікацію, процес самовідтворення макромолекул нуклеїнових до т, що забезпечує точне копіювання генетичної. інформації і передачу її від покоління до покоління. В основі механізму Р. ... ... Біологічний енциклопедичний словник

- (від позднелат. Replicatio повторення) (ауторепродукции аутосинтез, редуплікація), подвоєння молекул ДНК (у деяких вірусів РНК) за участю спеціальних ферментів. Реплікацією називається також подвоєння хромосом, в основі якого лежить реплікація ... Великий Енциклопедичний словник

- (дезоксирибонуклеїнова кислота), нуклеїнових кислот, яка є основним компонентом ХРОМОСОМ ЕУКАРІОТОВИХ клітин і деяких вірусів. ДНК часто називають «будівельним матеріалом» життя, оскільки в ній зберігається ГЕНЕТИЧНИЙ КОД, ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник

реплікація некерована- * реплікация некіруемая * runaway replication множинна реплікація ДНК плазмід, яка не пов'язана з поділом клітини і не контролюється цим поділом ... Генетика. енциклопедичний словник

Подвійна спіраль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один з двох типів нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів. Основна ... ... Вікіпедія

Схематичне зображення процесу реплікації, цифрами відзначені: (1) запізніла нитка, (2) лідируюча нитка, (3) ДНК полімераза (Polα), (4) ДНК лігаза, (5) РНК праймер, (6) ДНК праймаза, (7) фрагмент Окадзакі, (8) ДНК полімераза (Polδ), (9) ... ... Вікіпедія