Репликация – процесс самовоспроизведения ДНК

1. Репликация – процесс самовоспроизведения ДНК

2. Cтруктура ДНК 5’ 3’

3. Принцип комплементарностиоснований ДНК обеспечивает воспроизведение информации о последовательности нуклеотидов одной цепи в другой комплементарной цепи, поскольку между последовательностями нуклеотидов в комплементарных цепях существует однозначное соответствие. Иными словами, вся информация, необходимая для репликации, заключена в самой ДНК.

4. Модель репликации ДНК по Уотсону и Крику

5. Вывод: Генетическая информация, заложенная в последовательности ДНК, непосредственно передается от одного поколения к следующему за счет способности каждой цепи ДНК служить матрицей, по которой синтезируется комплементарная ей цепь.

6. Эксперимент Мезельсона и Сталя (1957 г.)

7. ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ – ФЕРМЕНТЫ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ РЕПЛИКАЦИЮ ДНК Для работы ВСЕХ ДНК-полимераз необходимы матричная цепь ДНК, ДНК-затравка (праймер) с 3’-ОН-концом и смесь четырех дезоксинуклеозидтрифосфатов. ДНК-полимераза синтезирует ДНК, присоединяя нуклеотиды, что сопровождается гидролизом дезоксинуклеозидтрифосфатов, к 3’-ОН-концу затравки. У E. coli обнаружены три ДНК-полимеразы, из которых более существенны две: ДНК-полимераза I функционирует в репаративных процессах и неспособна к синтезу протяженных цепей ДНК, ДНК-полимераза III осуществляет общую репликацию геномной ДНК.

8. ДНК-полимераза I E. coli имеет три активности: 1.Полимеразная активность, которая катализирует рост цепи в направлении 5’-3’, присоединяя нуклеотиды к 3’-OH-концу ДНК-затравки. 2. 3’-5’-экзонуклеазная активность (редактирующая функция), которая удаляет ошибочно вставленные основания (ошибки репликации). 3. 5’-3’-экзонуклеазная активность, которая в дуплексе ДНК деградирует цепь ДНК от однонитевого разрыва.

9. Свойства polA-мутанта (мутация в гене, кодирующем ДНК-полимеразу I)(Дж.Кэрнс и П.Де Лючия, 1969 г.) • Активность ДНК-полимеразы I у мутанта составляет около 1% по сравнению со штаммом дикого типа (д.т.). • Скорость роста мутанта такая же, как и у штамма д.т. • Мутант высоко чувствителен к УФ-свету. Следовательно, ДНК-полимераза I не является необходимой для репликации, а вовлечена в репарацию ДНК.

10. Методологическое значение экспериментаКэрнса и Лючия(выделение и исследованиеpolA-мутанта) Был установлен важнейший общий принцип – нельзя установить функцию какого-либо фермента только на основе его свойств in vitro.Только генетические методы (изучение мутантов) дают возможность установить функцию какого-либо фермента in vivo.

11. ДНК-полимеразы являются ключевыми ферментами процессов, обеспечивающих сохранение ДНК в ряду поколений: не только репликации, но и репарации и рекомбинации.

12. точка репликации перемещается вдоль родительского дуплекса ДНК и характеризуется локальным расхождением его цепей Вилкарепликации – это точка, в которой цепи родительского дуплекса разделены, что дает возможность репликации.

13. При наблюдении в электронный микроскоп реплицирующаяся область имеет вид «глазка»

14. Словарь • Репликоном называется молекула ДНК, способная к самостоятельной репликации. Репликонами являются хромосомы, ДНК органелл, ДНК плазмид и вирусов. • Каждый репликон характеризуется наличием элементов, контролирующих репликацию. • Прежде всего, к этим элементам относится ориджин репликации (точка начала репликации). • Ориджин является цис-действующим элементом, поскольку он функционален только для той молекулы ДНК, на которой находится.

15. Бактериальная хромосома имеет одну точку начала репликации и является единым репликоном. Под электронным микроскопом кольцевые репликоны с репликационным глазком образуют Θ-структуры (тэта-структуры).

16. Эукариотическая хромосома имеет много точек начала репликации и состоит из многих репликонов

17. Скорость репликации бактериальной хромосомы составляет около 1000 п.н. в секунду. Скорость репликации у эукариот (млекопитающие) составляет около 100 п.н. в секунду.

18. Инициация репликации и расплетаниедуплекса ДНК у E. coli DnaA Ориджины репликации имеют специфическую последовательность нуклеотидов, их размер около 300 н. Инициаторные(DnaAи другие) связываются с oriCи раскрывают двойную спираль ДНК.

19. Инициация репликации и расплетаниедуплекса ДНК С ДНК связывается ДНК-хеликаза DnaB/DnaC. Она движется вдоль ДНК, разделяет цепи и продвигает репликационную вилку.

20. Инициация репликации и расплетание двойной спирали ДНК Белок, связывающийся с однонитевой ДНК – SSB Хеликаза DnaB/DnaC С ДНК связывается ДНК-хеликаза DnaB/DnaC. Она движется вдоль ДНК, разделяет цепи и продвигает репликационную вилку. С однонитевыми участками ДНК связывается белок SSB.

21. Топоизомераза Хеликаза DnaB/DnaC Белок SSB ДНК-топоизомераза раскручивает ДНК впереди репликационной вилки.

22. Синтез ДНК на матрице должен быть инициирован коротким олигонуклеотидом (праймером или затравкой) Праймаза DnaG РНК-затравка Синтезируется РНК-полимеразой (ДНК-праймазой DnaG)

23. Праймаза образует комплекс с матричной ДНК и дополнительными белками, такими как DnaB, DnaT, PriA, PriB, PriC – это инициирующий комплекс или праймосома. Праймаза DnaG РНК-затравка

24. ДНК-пол. III Лидирующая цепь РНК-затравка Общую репликацию ДНК осуществляет ДНК-пол. III) • Все ДНК-полимеразы способны синтезировать новую цепь только в одном направлении: 5’-3’

25. Вторая (отстающая цепь) синтезируется в виде коротких фрагментов Оказаки Фрагменты Оказаки РНК-затравки Лидирующая цепь Отстающая цепь

26. ДНК-пол. III ДНК-пол. III ДНК-пол. I Синтез фрагмента Оказаки (ДНК-пол.III) терминируется перед началом праймера предыдущего фрагмента Здесь начинает работать ДНК-полимераза I.

27. ДНК-пол. III ДНК-пол. I ДНК-лигаза Здесь начинает работать ДНК-полимераза I. Ее 5’-3’-экзонуклеазная активность удаляет РНК-затравку, и одновременно достраивает предыдущий фрагмент ДНК. Затем два состыкованных фрагмента Оказаки соединяются между собой ДНК-лигазой.

28. Схема вилки репликации ДНК Топоизомераза Хеликаза DnaB ДНК-пол. III Праймаза DnaG Белок SSB ДНК-пол. III ДНК-пол. I (polA) ДНК-лигаза (lig) ДНК-полимераза III (dnaE,N,Q,X, holA-E)

29. Другие типы синтезов ДНК • Репаративный (внеплановый) синтез ДНК –локальный синтез, связан с устранением повреждений в ДНК – это этап процесса репарации. • Синтез, связанный с репликацией ДНК клеточных органелл – этот синтез может происходить независимо от репликации хромосомы. • Синтез, связанный с увеличением числа копий отдельных геновили сегментов ДНК – процесс амплификации.

30. Рекомендуемая литература Фаворова О.О. Сохранение ДНК в ряду поколений: репликация ДНК. Соросовский образовательный журнал, 1996, №4, 11-17. или Фаворова О.О. Репликация ДНК. Современное естествознание. Энциклопедия. Т.8, 24 -31.

31. Рекомендуемая литература