Полуконсервативный характер репликации ДНК

1.

2.

Полуконсервативный характер
репликации ДНК
В одном цикле репликации каждая из
двух цепей ДНК используется в
качестве матрицы для образования
комплементарной ей цепи. Поэтому
исходные цепи остаются
неизменными на протяжении многих
поколений клеток.

3.

Этап инициация репликационных
вилок в точках начала: Origin
репликации. Затем следует
образование репликационного
глазка.
У E.coli
реакция
идет 40
минут

4.

Матричный синтез ДНК-это механизм, используемый клеткой, чтобы
копировать нуклеотидную последовательность одной цепи ДНК в
комплементарную последовательность ДНК

5.

Расплетание двойной
спирали ДНК
Для раскрытия двойной спирали
необходимы особые белки. Они бывают
двух типов: ДНК-хеликазы и белки,
связывающие одноцепочечную ДНК.
Две цепи ДНК имеют
противоположную полярность и
хеликаза может раскручивать спираль,
двигаясь в направлении 5’ к 3’ или в
направлении 3’ к 5’ по другой цепи.
Скачкообразное движение хеликазы
обеспечивается гидролизом связанных с
ней молекул АТР.

6.

Влияние белков на структуру
одноцепочечной ДНК
Каждая молекула белка предпочитает связывать ДНК, находясь в контакте с
другой молекулой белка, до этого уже связавшейся с ДНК. Такое связывание
выпрямляет матрицу и облегчает процесс полимеризации. Это SSB-белки (single
strand binding protein). Они же предотвращают образование коротких
двуспиральных шпилек.

7.

Закручивание ДНК в ходе
репликации
В спирали ДНК образуется шарнир,
формируемый белками –
топоизомеразами. Это обратимая
нуклеаза, которая ковалентно
соединяется с фосфатом основной цепи
ДНК и разрывает фосфодиэфирную связь в
нити ДНК. Эта реакция обратима.
Топоизомераза I производит временный
однонитевой разрыв.
Топоизомераза II образует ковалентную
связь одновременно с двумя цепями
спирали ДНК, производя двухцепочечный
разрыв. Она использует гидролиз АТР.

8.

Реакция
надрезания ДНК

9.

Первый фермент, участвующий
в реакции - ДНК-полимераза
был открыт в 1957г. Свободные
нуклеотиды, служащие
субстратами для этого
фермента, поставляются
дезоксирибонуклеозидтрифосфа
тами, для реакции нужна
одноцепочечная матрица ДНК.

10.

Структура репликационной вилки
Обе цепи дочерней ДНК полимеризуются в направлении 5’ к 3’, синтезируемая
на отстающей нити, должна быть в виде ряда коротких молекул –
фрагментов Оказаки. Синтезируются последовательно и чем ближе к вилке,
тем «новее». Они имеют длину 100-200 нуклеотидов и обнаружены и у
эукариот.

11.

Коррекция
репликации
Высокая точность репликации ДНК
зависит не только от изначального
спаривания оснований, но и от
«корректирующих» механизмов,
которые последовательно
работают над исправлением
ошибочных пар, периодически
возникающих в новом поколении ДНК
ДНК-полимераза выступает с
экзонуклеазной активностью (удаляет
ошибочно включенный нуклеотид).
Экзонуклеазы-ферменты, которые
отщепляют нуклеотиды одного из
концов полинуклеотидной цепи.

12.

ДНК-полимеразы иногда все же ошибаются.
В процессе синтеза 1
ошибка на 10⁵ нуклеотидов
Клетки имеют шанс исправить эти
ошибки при помощи процесса
Направляемая цепь исправления ошибок спаривания
Strand directed mismatch repair

13.

Синтез РНК-затравки
РНК-праймаза – фермент, который
синтезирует короткие РНК-затравки на
отстающей цепи, используя ДНК в
качестве матрицы. Этот фермент
может начинать синтез новой
полинуклеотидной цепи путем
соединения двух НТФ.

14.

Синтез фрагмента ДНК
на отстающей цепи
В клетках эукариот РНК-затравки
синтезируются на отстающей цепи с
промежутками, разделенными 200
нуклеотидами, и каждая РНК-затравка
имеет длину около 10 нуклеотидов.
Ее удаляет фермент репарации ДНК
(РНК-аза Н), который распознает нить
РНК в спирали РНК-ДНК и
фрагментирует ее, после этого
остаются бреши, которые
заполняются с помощью ДНКполимеразы и ДНК-лигазы.

15.

Реакция с ДНК-лигазой
Фермент «сшивает» разрыв фосфодиэфирной связи. ДНК-лигаза использует
молекулу АТР, чтобы активизировать 5’ конец в разрыве перед образованием
новой связи.
Реакция «сшивания» разрыва осуществляется за счет сопряжения с процессом
гидролиза АТР.

16.

Репликация ДНК у бактерий и у
эукариот схожа.
В репликационном составе эукариот белковых компонентов больше чем
у бактерий.
SSB белок у эукариот из 3 субъединиц, а у бактерий из 1.
Главные ДНК-полимеразы у эукариот это полимеразы δ (delta) ε (epsilon)

17.

ПОЛИМЕРАЗНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ (ПЦР)
POLYMERASE CHAIN REACTION (PCR)