3. Основные принципы репликации днк

Одним из основных свойств материала наследственности является его способность к самокопированию — репликация.

В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарнаяей цепь. В итоге из одной двойной спирали ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Такой способ удвоения молекул, при котором каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь, называют полуконсервативным. Также стоит сказать, что наряду с принципом комплиментарности, при удвоении ДНК соблюдается и еще один – принцип антипараллельности, это связано с разнонаправленностью цепей ДНК (матричная цепь ДНК 3’ – 5’, а синтезируемая ДНК 5’ – 3’).

4. Репликон и его функционирование

Для осуществления репликации цепи материнской ДНК должны быть отделены друг от друга.

Инициация репликации осуществляется в особых участках ДНК, обозначаемых ori – последовательность, состоящая из 300 нуклеотидных пар, узнаваемая специфическими белками.

Двойная спираль ДНК разделяется на две цепи, области расхождения полинуклеотидных цепей — репликационные вилки. Между репликационными вилками образуется структура, называемаярепликационным глазком (здесь происходит синтез дочерних цепей ДНК).

Так как ФК, ведущий репликацию, может катализировать ее только в одном направлении (5’ – 3’), то одна из дочерних цепей будет синтезироваться непрерывно – лидирующая, а вторая –отстающая– в виде фрагментов Оказаки, которые затем сшиваются в цепь. В синтезе второй цепи наблюдается особенность ДНК-полимеразы: неспособность начать синтез новой полинуклеотидной цепи на пустом месте. Для образования этих фрагментов необходим небольшой (около 10 нуклеотидов) участок РНК-праймера (затравки), который затем удаляется.

Фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки ее окончания образует единицу репликации — репликон.

ФК ДНК-полимеразы:

1. ДНК-топоизомераза – разрывает фосфодиэфирные связи, снимая напряжение, вызываемое расплетением спирали и расхождением цепей в репликационной вилке

2. ДНК-геликаза – раскручивание двойной спирали

3. белки-дестабилизаторы – распрямление участков цепи ДНК

4. РНК-праймаза – синтез РНК-затравки

5. ДНК-полимераза – синтез лидирующей цепи и фрагментов Оказаки

6. ДНК-лигазы – сшивание фрагментов Оказаки в единую цепь

6. Организация генома у прокариот и эукариот. Классификация нуклеотидных последовательностей в геноме эукариот

7. Репарация как механизм поддержания клеточного гомеостаза. Виды репараций

Для поддержания главных характеристик клетки или организма на протяжении их жизни наследственный материал должен отличаться устойчивостью к внешним воздействиям, а также должны существоватьмеханизмы коррекциивозникающих в нем изменений. Третьим фактором поддержания клеточного гомеостаза являетсяточность копирования ДНКв процессе ее репликации.

ДНК – химически инертное вещество.

При удвоении ДНК ошибки возникают в среднем с частотой 1·10^-6комплементарных пар оснований.

Высокая точность репликации заслуга фермента ДНК-полимеразы. Частота включения неправильных нуклеотидов на этой стадии составляет 1·10^-5пар

оснований.

Ошибки в работе ДНК-полимеразы связаны с возникновением измененных форм азотистых оснований, которые образуют «незаконные» пары с основаниями материнской цепи. В этой ситуации включается механизм самокоррекции, осуществляемый ферментом — редактирующей эндонуклеазой. Следствием самокоррекции является снижение частоты ошибок в 10 раз (с 10-5 до 10-6)

И все же в ДНК обнаруживаются ошибки:

• при нарушении концентрации четырех нуклеозидтрифосфатов в окружающем субстрате

• в результате спонтанно происходящих процессов (потеря пуриновых оснований — аденина и гуанина (апуринизацией) или дезаминированием цитозина, который превращается в урацил)

• основания могут изменяться под влиянием реакционноспособных соединений

• действие ультрафиолетового излучения (образование ковалентной связи между двумя соседними остатками тимина в ДНК – димеры тимина)

Большинство изменений такого рода устраняется благодаря действию механизма репарации– восстановление молекулярной структуры поврежденной молекулы ДНК с помощью ФК.

Разновидности репараций:

1. Дорепликативная(эксцизионная, вырезающая) – фермент эндонуклеаза опознает поврежденный участок, фермент экзонуклеаза вырезает его, ДНК-полимераза синтезирует недостающий фрагмент, ДНК-лигаза сшивает его с исходной нитью

2. Пострепликативная- восстановление целостности полинуклеотидной цепи одной из дочерних ДНК осуществляется благодаря рекомбинации с соответствующей ей нормальной материнской цепью другой дочерней ДНК. Образовавшийся в материнской цепи пробел заполняется затем путем синтеза на комплементарной ей полинуклеотидной цепи

3. Фоторепарация– разрыв димеров тимина ферментом, активизируемым видимым светом

4. Репликативная– репарация в ходе репликации цепочек ДНК (фермент – редактирующая эндонуклеаза)

Если в клетке, несмотря на осуществляемую репарацию, количество повреждений структуры ДНК остается высоким, в ней блокируются процессы репликации ДНК.

Совместное действие ферментов репликации и ферментов репарации обеспечивает достаточно низкую частоту ошибок в молекулах ДНК (1 · 10^-9пар измененных нуклеотидов на геном). При размере генома человека 3 · 10⁹нуклеотидных пар это означает появление около 3 ошибок на реплицирующийся геном.