timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 31
Текст из файла (страница 31)
origin – начало). На каждой ДНК млекопитающих точек ori насчитывается около 100.Репликация распространяется от этих участков в обе стороны по нитям ДНК с образованиемрепликативных "пузырей". В каждом таком "пузыре" имеются две репликативные "вилки", в которых происходит расплетание, раскручивание и непосредственный синтез ДНК.При этом репликативные вилки удаляются друг от друга. В целом вся репликация ДНК у эукариот заканчивается за 9 часов.oooooМатричные биосинтезы166Синтез новой цепи ДНК идет в направлении от 5'-конца к 3'-концу, т.е. 5'-конец новойДНК остается свободным, следующие нуклеотиды присоединяются к 3'-гидроксильнойгруппе предыдущего нуклеотида.В репликативной вилке в направлении 5' 3' непрерывно (т.е.
обычным присоединением последующих нуклеотидов к предыдущим через С3 и С5) синтезируется только однанить, а именно та, для которой направление синтеза совпадает с направлением движения репликативной вилки и соответствует направлению материнской нити 3' 5'. По мере расплетания ДНК и движения репликативной вилки на этой материнской нити открываются участки, где возможно безостановочное удлинение ведущей дочерней нити.Направление 5' 3' для другой дочерней нити ДНК противоположно движению репликативной вилки.
Поэтому синтез этой отстающей нити (в направлении 5' 3') возможентолько после расплетания части ДНК и освобождения участка для синтеза.Таким образом, синтез дочерней ДНК идет фрагментарно. По имени японского исследователя синтезируемые на отстающей цепи отрезки ДНК назвали фрагменты Оказаки.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)167В хронологическом порядке события репликации развертываются примерно следующим образом:1. ДНК-топоизомеразы, находясь перед репликативной вилкой, разрезают молекулу ДНКдля облегчения ее расплетания и раскручивания.2.
ДНК-хеликазы, следуя за топоизомеразами, раскручивают и расплетают молекулу ДНК.3. ДНК-связывающие белки (ДСБ) связывают расплетенные нити ДНК и стабилизируютих, не допуская обратного "слипания" друг с другом.4. ДНК-полимераза (греч.: – дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет элонгацию ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5' 3'на матрице одной из нитей материнской ДНК (скорость 100 пар нуклеотидов в секунду).5. ДНК-полимераза α присоединяется к другой нити ДНК сразу после расплетания и внаправлении 5' 3' синтезирует праймер (РНК-затравку) – последовательность РНК наматрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нитиДНК.6. ДНК-полимераза проводит синтез фрагмента (длина 150-200 нуклеотидов) отстающейцепи дочерней ДНК в продолжение праймера. Она работает до тех пор, пока не встретитпраймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированного ранее).
После этого данныйфермент удаляется с цепи.7. ДНК-полимераза встает вместо ДНК-полимеразы , движется в том же направлении(5' 3') и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, после чего сходит с цепи.8. ДНК-лигаза производит сшивку отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой , и участка отстающей цепи дочерней ДНК, встроенного ДНК-полимеразой , (фрагментов Оказаки).Матричные биосинтезы168Р Е Г УЛЯЦИ ЯР ЕП ЛИ К А ЦИ ИЛекарственная регуляция1.
Дауномицин и актиномицин D интеркалируют, т.е. встраиваются между нитейДНК и препятствуют продвижению ферментов репликации.2. Новобиоцин снижает активность ДНК-гиразы у бактерий, подавляя их размножение.3. Мелфалан и циклофосфамид превращаются в организме в соединения, которые вызывают присоединение группы CH3 или C2H5 к атому N7 гуанозина обеих цепочек молекулыДНК, что приводит к перекрестной сшивке двух спиралей ДНК и остановке репликации.П ОВР Е ЖДЕ НИЯИ РЕ П АР АЦ ИЯДНКТак как на геном любой неделящейся клетки постоянно оказывает влияние окружающая среда, то вполне вероятны повреждения в составе нуклеотида, также возможно встраивание неправильного нуклеотида при репликации. Такие нарушения быстро определяютсяспециальными ферментами, пораженный участок удаляется экзонуклеазами, заполняетсяДНК-полимеразой и сшивается ДНК-лигазой.В случае изменения структуры основания (например, его дезаминирование) это основание удаляется ДНК-N-гликозидазой, затем другими ферментами удаляется дезоксирибозаи на ее место ДНК-полимеразой и ДНК-лигазой встраивается нужный нуклеотид.Г ИБР ИД ИЗ АЦ ИЯ ДНК -ДН КИДНК-РНКЕсли нагреть раствор ДНК выше температуры 90С или сдвинуть рН в резко щелочнуюили резко кислую стороны, то водородные связи между нитями ДНК разрушаются и двойнаяспираль расплетается.
Происходит денатурация ДНК или, по-другому, плавление. Если удалить агрессивный фактор, то происходит ренатурация или отжиг. При отжиге нити ДНК"отыскивают" комплементарные участки друг у друга и, в конце концов, вновь сворачиваются в двойную спираль.Если в одной "пробирке" провести плавление и отжиг смеси ДНК человека и мыши, тонекоторые участки цепей ДНК мыши будут воссоединяться с комплементарными участкамицепей ДНК человека с образованием гибридов. Число таких участков зависит от степениродства видов. Чем ближе виды между собой, тем больше участков комплементарности нитей ДНК.
Это явление называется гибридизация ДНК-ДНК.Если в растворе присутствует РНК, то можно осуществить гибридизацию ДНК-РНК.Такая гибридизация помогает установить близость определенных последовательностей ДНКс какой-либо РНК.Гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК используется как эффективное средство в молекулярной генетике.С ИНТ ЕЗ РН К –Т Р АНСКР ИПЦ ИЯПрежде чем начнут синтезироваться белки, информацию об их строении необходимо"достать" из ДНК и доставить ее к месту синтеза белков. Этим занимаются информационные или матричные РНК. Одновременно клетке нужны транспортеры аминокислот –транспортные РНК и структурные компоненты органелл, синтезирующих белок, – рибосомальные РНК.
Вся информация о строении транспортных и рибосомальных РНК такженаходится в ДНК.Поэтому существует процесс переписывания или транскрипции данных с ДНК наРНК (англ. transcription – переписывание) – биосинтез РНК на матрице ДНК.Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:o матрица – одна из цепей ДНК,o растущая цепь – РНК,biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)169o субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ),o источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ.o ферменты РНК-полимеразы и белковые факторы транскрипции.Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транскриптон, с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец).РНК-полимеразы эукариот имеют по две больших субъединицы и несколько малыхсубъединиц.С ТА Д И ИТР А Н СК РИ П ЦИИВыделяют три стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация.ИнициацияПромотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, связывающую первый фактор инициацииТАТА-фактор.
Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к тойнити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричнаянить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразутолько в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5'-конца к 3'-концу(5' 3'). Для связывания РНК-полимеразы с промотором необходим еще один фактор инициации – -фактор (греч. – "сигма"), но сразу после синтеза затравочного фрагмента РНК(длиной 8-10 рибонуклеотидов) -фактор отрывается от фермента.Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой.ЭлонгацияБелковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдольДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар.РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении5' 3'.
Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и вкачестве источника энергии.Матричные биосинтезы170ТерминацияРНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощьюбелкового фактора терминации, так называемого -фактора (греч.
– "ро"), от матрицыДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичнымтранскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК.ПРОЦЕССИНГ РНКСразу после синтеза первичные транскрипты РНК по разным причинам еще не имеютактивности, являются "незрелыми" и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которыеназываются процессинг. У эукариот процессингу подвергаются все виды пре-РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.П Р ОЦЕ С СИ Н ГП РЕ Д ШЕС ТВ Е Н НИ КА М РНКПри транскрипции участков ДНК, несущих информацию о белках, образуются гетерогенные ядерные РНК, по размеру намного превосходящие мРНК. Дело в том, что из-за мозаичной структуры генов эти гетерогенные РНК включают в себя информативные (экзоны)и неинформативные (интроны) участки.1.
Сплайсинг (англ. splice - склеивать встык) – особый процесс, в котором при участиималых ядерных РНК происходит удаление интронов и сохранение экзонов.2. Кэпирование (англ. cap – шапка) – происходит еще во время транскрипции. Процесссостоит в присоединении к 5'-трифосфату концевого нуклеотида пре-мРНК 5'-углеродаbiokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)171N7-метил-гуанозина. "Кэп" необходим для защиты молекулы РНК от экзонуклеаз, работающих с 5'-конца, а также для связывания мРНК с рибосомой и для начала трансляции.3. Полиаденилирование – при помощи полиаденилат-полимеразы с использованиеммолекул АТФ происходит присоединение к 3'-концу РНК от 100 до 200 адениловых нуклеотидов, формирующих поли (А)-хвост.
Поли (А)-хвост необходим для защиты молекулы РНКот экзонуклеаз, работающих с 3'-конца.П Р ОЦЕ С СИ Н ГП РЕ Д ШЕС ТВ Е Н НИ КА Р РНКПредшественники рРНК являются более крупными молекулами по сравнению со зрелыми рРНК. Их созревание сводится к разрезанию прерибосомной РНК на более мелкиеформы, которые уже непосредственно участвуют в формировании рибосомы. У эукариотсуществуют 5S-, 5,8S-, 18S-, и 28S-рРНК. При этом 5S-рРНК синтезируется отдельно, абольшая прерибосомная 45S-РНК расщепляется специфичными нуклеазами с образованием5,8S-рРНК, 18S-рРНК, и 28S-рРНК.У прокариот молекулы рибосомальной РНК совсем иные по своим свойствам (5S-, 16S, 23S-рРНК), что является основой изобретения и использования ряда антибиотиков в медицине.П Р ОЦЕ С СИ Н ГП РЕ Д ШЕС ТВ Е Н НИ КА Т РНК1. Формирование на 3'-конце последовательности Ц-Ц-А. Для этого у однихпре-тРНК с 3'-конца удаляются лишние нуклеотиды до "обнажения" триплета Ц-Ц-А, у других идет присоединение этой последовательности.2. Формирование антикодоновой петли происходит путем сплайсинга и удаления интрона в средней части пре-тРНК.3.
Модификация нуклеотидов в молекуле путем дезаминирования, метилирования,восстановления. Например, образование псевдоуридина и дигидроуридина.Р Е Г УЛЯЦИ ЯТР А Н СК Р ИП ЦИ ИТак как транскрипция связывает ядро – "мозг" клетки, ее "банк знаний" и белки, "рабочих лошадок" клетки, то от качества и активности транскрипции зависит объем синтеза техили иных белков, жизнедеятельность клетки, ее способность адаптироваться к окружающейобстановке.У прокариот и эукариот регуляция транскрипции происходит, естественно, по-разному,хотя некоторые моменты похожи.ПрокариотыРегуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется на уровне транскрипциимРНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
