Репликация ДНК, условия, этапы, их характеристика.

Репликация – передача информации от ДНК к ДНК, самоудвоение ДНК (биосинтез ДНК).

Молекула ДНК, состоящая из двух спиралей, удваивается при делении клетки. Удвоение ДНК основано на том, что при расплетении нитей к каждой нити можно достроить комплементарную копию, таким образом, получая две нити молекулы ДНК, копирующие исходную.

Условия необходимые для репликации: 1.) Матрица - нити ДНК. Расщепление нити называется репликативная вилка. Она может образовываться внутри молекулы ДНК. Они движутся в разных направлениях, образуя репликативный глазок. Таких глазков в молекуле ДНК эукариот несколько, каждый имеет две вилки. 2.) Субстрат. Пластическим материалом являются дезоксинуклеотидтрифосфаты: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ. Затем происходит их распад до дезоксинуклеотидмонофосфатов, двух молекул фосфата неорганического с выделением энергии, т.е. они одновременно являются источником и энергии, и пластического материала. 3.) Ионы магния. 4.) Репликативный комплекс ферментов. а) ДНК – раскручивающие белки: - DNA-A (вызывает расхождение нитей); - хеликазы (расщепляют цепь ДНК); - топоизомеразы 1 и 2 (раскручивают сверх спирали). Разрывают (3',5')-фосфодиэфирные связи. Топоизомераза 2 у прокариот называется гираза. б) Белки, препятствующие соединению нитей ДНК (SSB-белки). в) ДНК-полимераза (катализирует образование фосфодиэфирных связей). ДНК-полимераза только удлиняет уже существующую нить, но не может соединить два свободных нуклеотида. г) Праймаза (катализирует образование «затравки» к синтезу). Это по своей структуре РНК-полимераза, которая соединяет одиночные нуклеотиды. д) ДНК-лигаза. 5.) Праймеры - «затравка» для репликации. Это короткий фрагмент, состоящий из рибонуклеотидтрифосфатов (2 - 10). Образование праймеров катализируется праймазой.

Этапы репликации: 1.) Инициация (образование репликативной вилки); 2.) Элонгация (синтез новых нитей); 3.) Исключение праймеров; 4.) Терминация (завершение синтеза двух дочерних цепей).

Инициация репликации: - регулируют сигнальные белковые молекулы – факторы роста;- обеспечивают ферменты и специальные белки.

Необходимые ферменты: • ДНК-топоизомеразы - ферменты раскручивающие суперспирали ДНК.• ДНК-хеликаза – осуществляет разрыв водородных связей в молекуле двухцепочечной ДНК.• В результате образуется репликативная вилка (репликативный глазок).

Белки, связывающиеся с одноцепочечными нитями ДНК, связываются с одноцепочечными ДНК и препятствуют их комплементарному соединению.

Элонгация репликации. Субстратами синтеза являются дезоксинуклеозидтрифосфаты, выполняющие роль строительного материала и источников энергии.

Необходимые ферменты: • ДНК-праймаза, который катализирует синтез коротких молекул РНК-затравок для ДНК-полимеразы.• ДНК-полимераза обеспечивает включение в растущую «новую» цепь нуклеотидов комплементарных «старой», то есть матричной цепи.

Синтез новых цепей ДНК может протекать только в направлении от 5’-конца в сторону 3’-конца. На одной цепи ДНК синтезируется непрерывно «лидирующая» цепь, а на другой образуются короткие фрагменты - «запаздывающая» цепь (фрагменты Оказаки).

После удаления праймеров ДНК-лигаза сшивает короткие фрагменты Оказаки между собой (терминация).

Информация передается матричным способом. Полуконсервативный механизм репликации ДНК.

Точка сшивки фрагментов Оказаки

ДНК-полимераза β застраивает брешь

РНК-затравка (праймер)

Растущий фрагмент Оказаки

Синтез отстающей цепи

Синтез лидирующей цепи

3’

5’

3’

5’

РНК-затравка (праймер)

Растущий фрагмент Оказаки

Синтез лидирующей цепи

Синтез отстающей цепи

3’

3’

5’

5’