Твір на відмінно! Не підходить? => Скористайся пошуком у нас в базі більше 20 000 творів і ти обов'язково знайдеш підходяще твір на тему Матричний синтез ДНК. = >>>
Крім того, ситезу ДНК характерні такі властивості, як антипаралельність і уніполярність. Кожна ланцюг ДНК має певну орієнтацію. Один кінець несе гідроксильну групу (ОН), приєднаної до 3'-вуглецю в цукрі дезоксирибози. на іншому кінці ланцюга знаходиться залишок фосфорної кислоти в 5'-положенні цукру. Дві комплементарні ланцюги в молекулі ДНК орієнтовані в протилежних напрямках - антипараллельно (при паралельній орієнтації напроти 3'-кінця одного ланцюга знаходився б 3'-кінець інший). Ферменти, що синтезують нові нитки ДНК, звані ДНК-полімерази, можуть пересуватися уздовж матричних ланцюгів лише в одному напрямку - від їх 3'-решт до 5'-кінців. Я р і це синтез комплементарних ниток завжди ведеться в 5 '3' напрямку, тобто уніполярні. Тому в процесі реплікації одночасний синтез нових ланцюгів йде антипараллельно.
ДНК-полімерази можуть давати "задній хід", тобто рухатися в напрямку 3 '5'. У тому випадку, коли останнє доданий при синтезі нуклеотидное ланка виявилася некомплементарни нуклеотиду матричної ланцюга, воно буде заміщено комплементарним нуклеотидів. Отщепа "неправильний" нуклеотид, ДНК-полімераза продовжує синтез в 5 '3' напрямку. Така здатність до виправлення помилок отримала назву коректорській функції ферменту (див. Нижче).
У 1957 році А. Корнберг виявив у кишкової палички фермент, що каталізує процес полімеризації ДНК з нуклеотидів; він був названий ДНК-полімеразою. Потім ДНК-полімерази виявили і в інших організмах. Було показано, що субстратами всіх цих ферментів служать дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (дНТФ), полімеризуються на одноцепочечной ДНК-матриці. ДНК-полімерази послідовно нарощують одноцепочечную ланцюг ДНК, крок за кроком приєднуючи до неї наступні ланки в напрямку від 5 'до 3' кінця, причому вибір чергового дНТФ диктується матрицею. Приєднання кожного нового нуклеотидного залишку до 3'-кінця зростання ланцюга супроводжується гідролізом багатою енергією зв'язку між першим і другим фосфатними залишками в дНТФ і отщеплением пірофосфату. що робить реакцію в цілому енергетично вигідною.
У клітинах зазвичай присутні кілька типів ДНК-полімерази, що виконують різні функції і мають різну будову: вони можуть бути побудовані з різної кількості білкових ланцюгів (субодиниць), від однієї до десятків. Однак всі вони працюють на будь-яких послідовностях нуклеотидів матриці; задача цих ферментів в- зробити точну копію кожної матриці.
Точність синтезу ДНК і механізм корекції
Генетичний матеріал живих організмів має величезні розміри і реплицируется з високою точністю. В середньому в процесі відтворення генома ссавця, що складається з ДНК довжиною 3 млрд пар нуклеотидів, виникає не більше трьох помилок. При цьому ДН
До синтезується надзвичайно швидко (швидкість її полімеризації коливається в межах від 500 нуклеотидів / с у бактерій до 50 нуклеотидів / с у ссавців). Висока точність реплікації, поряд з її високою швидкістю, забезпечується наявністю спеціальних механізмів, що здійснюють корекцію, тобто усувають помилки. Суть механізму корекції полягає в тому, що ДНК-полімерази двічі перевіряють відповідність кожного нуклеотиду матриці: один раз перед включенням його до складу зростаючої ланцюга і другий раз перед тим, як включити наступний нуклеотид. Чергова фосфодіефірная зв'язок синтезується лише в тому випадку, якщо останній (3'-кінцевий) нуклеотид зростання ланцюга ДНК утворив правильну уотсон-криковських пару з відповідним нуклеотидом матриці. Якщо ж на попередній стадії реакції відбулося помилкове спаровування підстав, то подальша полімеризація зупиняється до тих пір, поки помилка не буде виправлена. Для цього фермент переміщається у зворотному напрямку і вирізає останнє доданий ланка, після чого його місце може зайняти правильний нуклеотідпредшественнік. Іншими словами, багато (але не всі) ДНК-полімерази володіють, крім 5'-3'-синтетичної активності, ще і 3'-гідролізу активністю, яка забезпечує видалення помилково спарених з матрицею нуклеотидів.
Основні принципи реплікації
Основні правила, відповідно до яких відбувається реплікація, були з'ясовані в дослідах з бактеріями, однак вони справедливі також і для вищих організмів.
Ініціація ланцюгів ДНК
ДНК-полімерази не можуть починати синтезу ДНК на матриці, а здатні лише додавати нові дезоксірібонуклеотідние ланки до 3'-кінця вже наявної полінуклеотидних ланцюга. Таку заздалегідь утворену ланцюг, до якої додаються нуклеотиди, називають запалом. Коротку РНК приманку синтезує з рибонуклеозидтрифосфатов фермент, що не володіє коректує активністю і званий ДНК-праймазой (від англ. Primer - запал). Праймазная активність може належати або окремому ферменту, або одній з субодиниць ДНК-полімерази. Запал. синтезована цим неточним ферментом, що не уміє виправляти помилки, відрізняється від решти новосинтезованих ланцюга ДНК, оскільки складається з рибонуклеотидов. і далі може бути видалена.
Розмір рібонуклеотідной затравки невеликий (менше 20 нуклеотидів) в порівнянні з розміром ланцюга ДНК, утвореною ДНК-полімеразою. Виконала свою функцію РНК-запал віддаляється спеціальним ферментом, а утворена при цьому пролом закладається ДНК-полімеразою, що використовує в якості затравки 3'-ОН-кінець сусіднього фрагмента Окадзакі (див нижче). Видалення крайніх РНК-праймерів. комплементарних 3'-кінців обох ланцюгів лінійної материнської молекули ДНК, призводить до того, що дочірні ланцюга виявляються коротше на 10-20 нуклеотидів (у різних видів розмір РНК-затравок різний). У цьому полягає так звана "проблема недореплікаціі решт лінійних молекул". У разі реплікації кільцевих бактеріальних ДНК цієї проблеми не існує, так як перші за часом освіти РНК-затравки видаляються ферментом, який одночасно заповнює утворюється пролом шляхом нарощування 3'-ОН-кінця зростання ланцюга ДНК, спрямованої в "хвіст" видаляється праймеру. Проблема недореплікаціі 3'-решт лінійних молекул ДНК вирішується еукариотическими клітинами за допомогою спеціального ферменту - теломерази.
У 1985 році він був виявлений у равнореснічной інфузорії Tetrahymena thermophila. а згодом - в дріжджах, рослинах і тваринах, в тому числі в яєчниках людини і імморталізованни х (безсмертних) лініях ракових клітин HeLa. Теломераза є ДНК-полімеразою, добудовують 3'-кінці лінійних молекул ДНК хромосом короткими (6-8 нуклеотидів) повторюваними послідовностями (у хребетних TTAGGG). Згідно номенклатурі, цей фермент називають ДН К уклеотіділекзотрансферазой або теломерной термінальної трансферази. Крім білкової частини теломераза містить РНК, що виконує роль матриці для нарощування ДНК повторами. Довжина теломеразной РНК коливається від 150 нуклеотидів у найпростіших до 1400 нуклеотидів у дріжджів, у людини - 450 нуклеотидів. Сам факт наявності в молекулі РНК послідовності, по якій йде матричний синтез шматка ДНК, дозволяє віднести теломеразу до своєрідну обернену транскриптазе, тобто ферменту, здатному вести синтез ДНК по матриці РНК.
В результаті того що після кожної реплікації доч
ерніе ланцюга ДНК виявляються коротше материнських на розмір першого РНК-праймера (10-20 нуклеотидів), утворюються виступаючі однониткових 3'-кінці материнських ланцюгів. Вони-то і впізнаються теломеразой. яка послідовно нарощує материнські ланцюга (у людини на сотні повторів), використовуючи 3'-ОН-кінці їх в якості запалів, а РНК, що входить до складу ферменту, як матрицю. Утворені довгі одноцепочечниє кінці, в свою чергу, служать матрицями для синтезу дочірніх ланцюгів по традиційному реплікативного механізму.
Поступове скорочення ДНК хромосом під час реплікації є однією з теорій "старіння" клітинних колоній. Ще в 1971 році вітчизняний вчений А.М. Оловников в своїй теорії маргінотоміі (від лат. Marginalis -краевой, tome - перетин) припустив, що це явище лежить в основі обмеженого потенціалу подвоєння, спостережуваного у нормальних соматичних клітин, що ростуть в культурі in vitro. так званого "ліміту Гейфліка". Американський вчений Леонард Хейфлик на початку 60-х років показав, що якщо для культивування взяти клітини новонароджених дітей, то вони можуть пройти 80-90 поділів, в той час як соматичні клітини від 70-річних діляться тільки 20- 30 раз. Обмеження на число клітинних поділів і називають лімітом Хейфліка.
Розплітання подвійної спіралі ДНК
Оскільки синтез ДНК відбувається на одноцепочечной матриці, йому повинно передувати обов'язкове поділ (хоча б на час) двох ланцюгів ДНК. Дослідження, проведені на початку 60-х років на реплицирующихся хромосомах, виявили особливу, чітко обмежену область реплікації, що переміщається уздовж батьківської спіралі ДНК і що характеризується місцевим розбіжністю двох її ланцюгів. Ця активна область з-за своєї Y-подібної форми була названа репликационной виделкою. Саме в ній ДНК-полімерази синтезують дочірні молекули ДНК. За допомогою електронної мікроскопії реплицирующейся ДНК вдалося встановити. що область, яка вже реплицирована, має вигляд вічка усередині нерепліціровавшейся ДНК. Важливо відзначити, що реплікаційний вічко утворюється лише в тих місцях молекули, де знаходяться специфічні нуклеотидні послідовності. Ці послідовності, що отримали назву точок початку реплікації, складаються приблизно з 300 нуклеотидів. Залежно від того, в одному або в двох напрямках відбувається реплікація (а це залежить від природи організму), око містить одну або дві Реплікаційний вилки. Послідовний рух вилки реплікації призводить до розширення вічка.
Подвійна спіраль ДНК вельми стабільна; для того щоб вона розкрилася, необхідні особливі білки. Спеціальні ферменти ДНК-ХЕЛІКАЗИ швидко рухаються по одиночній ланцюга ДНК, використовуючи для переміщення енергію гідролізу AT Ф. Зустрічаючи на шляху ділянку подвійної спіралі, вони розривають водневі зв'язки між підставами, поділяють ланцюга і просувають вилку реплікації. Слідом за цим з одиночними ланцюгами ДНК зв'язуються спеціальні дестабілізуючі спіраль білки, які не дозволяють одиночним ланцюгах ДНК зімкнуться. При цьому вони не закривають підстав ДНК, залишаючи їх доступними для спарювання.
Не слід забувати, що комплементарні ланцюга ДНК закручені один навколо одного в спіраль. Отже, для того щоб репликационная вилка могла просуватися вперед, вся ще не подвоєна частина ДНК повинна була б дуже швидко обертатися. Ця топологічна проблема вирішується шляхом освіти в спіралі свого роду "шарнірів", дозволяють ланцюгах ДНК розкрутитися. Належать до особливого класу білки, звані ДНК-топоізомеразами. вносять в ланцюг ДНК одне дволанцюжкові розриви, що дозволяють ланцюгах ДНК розділитися, а потім закладають ці розриви. Топоізомерази беруть участь також в расцеплении зачеплених дволанцюжкових кілець, що утворюються при реплікації кільцевих двунітевих ДНК. За допомогою цих важливих ферментів подвійна спіраль ДНК в клітині може приймати "недокрученную" форму з меншим числом витків; в такий ДНК легше відбувається розбіжність двох ланцюгів ДНК в вилці реплікації.
Переривчастий синтез ДНК
Легко уявити, що реплікація відбувається шляхом безперервного зростання нуклеотида за нуклеотидом обох нових ланцюгів у міру переміщення вилки реплікації; при цьому, оскільки два ланцюги в спіралі ДНК антіпараллельни. одна з дочірніх ланцюгів повинна була б зростати в напрямі 5-3 ', а інша в напрямі 3-5'. Насправді, однак, виявилося, що дочірні ланцюга ростуть тільки в напрямку 5'-3 ', то ес
Матричний синтез ДНК
Навігація по публікаціям