Репликация ДНК. Роль ферментов.

Репликация - процесс удвоения ДНК, в результате которого образуются две копии материнской молекулы, каждая из которых впоследствии будет передана одной из дочерних клеток.

Репликация идет в двух направлениях от каждой точки Оri до тех пор пока репликативные вилки соседних репликонов не сольются. Скорость репликации от 10-100пар нуклеотидов в секунду

1953г.Уотсоном и Криком предложена возможная модель репликации

1959г.А.Корнберг-получил Нобелевскую премию за расшифровку механизма синтеза ДНК(открытие фермента ДНК-полимераза III)

Принципы репликации:

-полуконсервативность(каждая дочерняя молекула содержит 1-материнскую и 1-вновь синтезированную цепь)

-матричность(цепи материнской ДНК должны быть отделены друг от друга, чтобы стать матрицами,на которых будут синтезироваться комплементарные цепи дочерних молекул)

-комплементарность(информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи)

Условия репликации:

-матрица(каждая из цепей молекуля ДНК является матрицей для построения новой цепи)

-ферменты

-дезоксирибонуклеозидтрифосфаты

-ионы Mg

-реакция идет с затратами АТФ

Основной фермент ДНК-полимераза, субстратом для которого может быть матрица:

-двуцепочная ДНК с однонитевыми разрывами

-одноцепочная ДНК с затравкой

-двуцепочная ДНК с пробелами(наиболее активная)

I этап Инициация. Репликация начинается в специфических участках(точка начала репликации-Ori) и продолжается путем образования репликационных вилок. При этом у некоторых организмов каждая цепь кольцевой молекуля ДНК может иметь свой Ori-сайт(ДНК митохондрий).У прокариот в ориджине несколько ДНК-боксов.Хромосомная и плазмидная ДНК бактерий имеют только по одной точке Ori и являются репликонами. Реплико́н -единица репликации, фрагмент ДНК от начала репликации до точки ее окончания.В линейных ДНК эукариотических организмов ориджины разбросаны через 20-300т. пар нуклеотидов. ориджин(точка Оri) -это определенные последовательности нуклеотидов, узнаваемые специфическими белками

Двойная спираль Днк в точках Оri разделяется на 2 цепи, по обе стороны образуются области расхождения цепей - репликационные вилки, которые движутся в противоположном от точки Оri направлениях. М/у вилками образуется структура репликационный глазок, где на 2-х цепях материнской ДНК образуются новые полинуклеотидные цепи.

С помощью ферментагеликазы, которая разрывает водородные связи, двойная спираль ДНК расплетается в точках начала репликации. Образующиеся одинарные цепи ДНК связываются спец.дестабилизирующими белками. Азотистым основания связываются с комплементарными нуклеотидами,находящимися в нуклеоплазме.На каждой из цепей,образующихся в области вилки при участии фермента ДНК-полимеразы осущ-ся синтез комплементарных связей,играет роль корректора своих возможных ошибок. В процессе синтеза вилкидвижутся вдоль материнской спирали в противоположных направлениях,захватывая новые зоны.

II этап- Начало синтеза и синтез Геликаза вызывает появление супервитков перед вилкой, по идее ДНК должна вращаясь вокруг своей оси расплетаться(требуется много энергии),но этого не происходит из-за фермента ДНК-топоизомераза- который разрывает одну из цепей ДНК,что дает ей возможность вращаться вокруг своей оси,ослабляя напряжение. Из нуклеоплазмы к высвобождающимся Н-связям цепей присоединяются свободные комплементарные нуклеотиды и образует Н-связь с определенным основанием материнской цепи. Затем при участии ДНК-полимеразы нуклеотид связывается фосфодиэфирной связью с предшествующим нуклеотидом вновь синтезируемой цепи.Она же присоединяет очередной нуклеотид к ОН-группе в 3’-положении предшествующего нуклеотида,цепь постепенно удлинняется на ее 3’конце.Особенностью фермента эвляется ее неспособность начать синтез новой цепи путем простого связывания 2-х нуклеотидов из нуклеоплазмы:необходим 3’-ОН конец полинуклеотидной цепи,спаренной с матричной цепью ДНК,к которой фермент может добавить лишь новые нуклеотиды- затравка или праймер.

Роль затравки выполняют короткие последовательности РНК,которые образуются при участии фермента РНК-праймазы.