Replikace DNA

1. Replikace DNA Milada Roštejnská Helena Klímová

2. Obsah Co je výsledkem replikace Replikační počátky a replikační vidličky DNA-polymerasa Asymetričnost replikační vidličky Korektorská schopnost DNA-polymerasy Primasa Okazakiho fragmenty Replikační aparát Animace Použitá literatura

3. G C T A G C G C A T T A T A A T A T T A G C T A T A C G G C G C C G C G C G A T C G C G A T A T C G A T C G C G A T A T Replikace DNA dává vznik dvěma novým vláknům. Obr. 1. Replikace – schéma Templát (matrice) Nově syntetizovaný řetězec DNA Obsah

4. Replikační počátky a replikační vidličky Celý proces replikace začínají iniciační proteinyv místech, které se nazývajíreplikační počátky. dvoušroubovice DNA Replikační počátek Replikační počátky se v průběhu replikace zvětšují za vzniku tzv. replikačních vidliček. Replikační vidlička Obsah

5. Replikační vidličky V replikačních vidličkách jsou navázány proteiny replikačního aparátu, které se pohybují ve směru replikace a rozvíjejí dvoušroubovicovou strukturu za současné syntézy nového řetězce. Obr. 2. Replikační vidlička Obsah

6. Replikační vidličky Začátek replikace V jednom replikačním počátku se vytvoří dvě replikační vidličky, které se pohybují směrem od sebe, a proto je tato replikace nazývána obousměrná. Replikační vidlička Směr replikace Směr replikace Obr. 3. Obousměrná replikace Obsah

7. DNA-polymerasa Důležitým enzymem je DNA-polymerasa, která syntetizuje nové vlákno DNA podle původního řetězce. Tento enzym katalyzuje připojování nukleotidů na 3'-konec rostoucího řetězce DNA za vzniku fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu. DNA je syntetizována ve směru 5'→3'. Většinu nové DNA polymerizuje DNA-polymerasa III. Nukleotidy vstupují do reakce jako energeticky bohaté deoxynukleosidtrifosfáty (např. dATP) a dodávají energii polymerizační reakci. Obsah

8. 3' 3' 5' 5' Templátový Řetězec (DNA) T A T A Nově syntetizovaný Řetězec (DNA) A T A T 3'-konec 5'-konec G C G C Fosfodiesterová vazba 5' 5' Obsah 3' Obr. 4. Vznik fosfodiesterové vazby

9. DNA-polymerasa 3' Spustit animaci 5' Vedoucí řetězec 5' 3' 3' Deoxynukleosidtrifosfáty (dATP, dGTP, dTTP a dCTP) Enzym: DNA-polymerasa III 5' Obsah Obr. 5. Replikace na vedoucím řetězci

10. Asymetričnost replikační vidličky DNA-polymerasa je schopna syntetizovat nové vlákno pouze prodlužováním3'-konceDNA. V replikační vidličce nastává problém, protože původní dvoušroubovice se skládá ze dvou antiparalelních řetězců (je asymetrická). 5' 3' 3' 5' Obr. 6. Antiparalelní řetězce DNA Obsah

11. Asymetričnost replikační vidličky Replikační počátek Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 3'→5'. (Vzniká 5'→ 3' řetězec) Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5'→3'. 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' Obr. 6. Antiparalelní řetězce DNA Obsah

12. Asymetričnost replikační vidličky Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizována podle templátu ve směru 3'→5'. (Vzniká 5'→ 3' řetězec) Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5'→3'. 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 3' Obr. 7. Směry replikace 5' 3' 3' Váznoucí řetězec Obsah 5'

13. Asymetričnost replikační vidličky Neexistuje DNA-polymerasa, která by dokázala prodlužovat 5'-konec DNA. Tudíž v tomto směru roste diskontinuálně tzn., že jsou ve směru 5'→ 3' syntetizovány krátké úseky DNA(Okazakiho fragmenty), které jsou následně spojovány v kontinuální řetězec. Řetězec, který je tvořen kontinuálně, se nazývá vedoucí řetězec. Řetězec, který je tvořen diskontinuálně, se nazývá opožďující se nebo váznoucí řetězec. Obsah

14. Asymetričnost replikační vidličky Templát pro syntézu nového řetězce DNA 3' 5' 3' 5' nejnověji nasyntetizovaná DNA Vedoucí řetězec Váznoucí řetězec 3' 5' 5' 3' 3' 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' Okazakiho fragmenty Směr pohybu replikační vidličky Obr. 8. Asymetričnost replikační vidličky Obsah

15. Korektorská schopnost DNA-polymerasy DNA-polymerasa katalyzuje reakci: (DNA)n + dNTP ⇄(DNA)n + 1 + difosfát. DNA-polymerasa je schopna hydrolyzovat DNA od 3'-konce (tzv. 3'→5' exonukleasová aktivita). Připojí-li se chybný nukleotid, vznikne nestabilní produkt (nukleotid se chybně páruje s nukleotidem v templátu), čímž dojde k posunutí rovnováhy ve směru výchozích látek. Proto DNA-polymerasa je velice přesně párující enzym, který udělá průměrně jednu chybu na 107 zreplikovaných párů bází. Obsah

16. Primasa DNA-polymerasa neumí začít syntetizovat nové vlákno. Existuje jiný enzym - primasa, která dokáže spojit dva volné nukleotidy. Primasa nesyntetizuje DNA, ale krátké úseky RNA majících cca 10 nukleotidů. Tyto úseky se párují na základě komplementarity s templátovým řetězcem a poskytují 3'-konec pro DNA-polymerasu. Slouží tedy jako primer pro syntézu DNA. Obsah

17. Primasa 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 1. Primasa 2. DNA-polymerasa III 5' 5' 3' Okazakiho fragmenty 3' Váznoucí řetězec 5' Obsah Obr. 9. Replikace na váznoucím řetězci (1. část)

18. Okazakiho fragmenty Opožďující řetězec je tvořen mnoha oddělenými úseky tzv. Okazakiho fragmenty(o velikosti 1000-2000 nukleotidů). Na vytvoření souvislého vlákna DNA z Okazakiho fragmentů jsou třeba tři enzymy: 1. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) – odstraňuje RNA primery; 2. DNA-polymerasa I– nahrazuje RNA-primery DNA; 3. DNA-ligasa – pospojí všechny úseky dohromady. Obsah

19. Okazakiho fragmenty 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 3. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) 5' 4. DNA-polymerasa I 5' 3' 5. DNA-ligasa 3' Váznoucí řetězec 5' Obsah Obr. 10. Replikace na váznoucím řetězci (2. část)

20. 5' 3' Vedoucí řetězec Svírací protein DNA-polymerasa Nově syntetizovaný řetězec Rodičovská DNA 3' 5' Primasa Nový Okazakiho fragment DNA-helikasa RNA-primer Vazebný protein pro udržení jednořetězcové struktury 3' 5' Váznoucí řetězec Obr. 11. Replikační aparát Okazakiho fragment Replikace DNA vyžaduje spolupráci několika druhů enzymů. Replikační aparát Replikační aparát umožňuje vznik a posun replikační vidličky a syntézu nové DNA. Obsah

21. Replikační aparát - helikasa Helikasa (rozvíjí dvoušroubovicovou strukturu) Obsah Obr. 12. Rozvíjení dvoušroubovicové struktury

22. Replikace je proces semikonzervativní 3' 5' 5' 3' 3' 5' 5' 3' Obsah Obr. 13. Dceřinná vlákna DNA

23. Animace pro zopakování Obsah

24. Replikace na vedoucím řetězci 3' Spustit animaci 5' Vedoucí řetězec 5' 3' 3' Deoxynukleosidtrifosfáty (dATP, dGTP, dTTP a dCTP) Enzym: DNA-polymerasa III Obsah

25. Replikace na váznoucím řetězci (1. část) 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 1. Primasa 2. DNA-polymerasa III 5' 5' 3' Okazakiho fragmenty 3' Váznoucí řetězec Obsah 5'

26. Replikace na váznoucím řetězci (2. část) 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 1. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) 5' 2. DNA-polymerasa I 5' 3' 3. DNA-ligasa 3' Váznoucí řetězec Obsah 5'

27. Průběh replikace Vedoucí řetězec 3' 5' 5' 3' 5' 3' 3' Váznoucí řetězec 5' Obsah

28. Použitá literatura [1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997. [2] NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000. [3] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998. Obsah