Содержание
- 2. ДНК-полимеразы присутствуют во всех клетках про- и эукариот. Некоторые прокариотические и эукариотические ДНК-полимеразы выделены в чистом
- 4. ДНК-пoлимераза I E. coli Выделена А. Корнбергом и сотр. в 1958 г. Изучена наиболее полно. Представляет
- 5. Схема удвоения молекулы ДНК при репликации
- 6. Экзонуклеазные реакции ДНК-полимеразы I. 3’→ 5’-экзонуклеазная активность Кроме полимеризации ДНК-пол.I катализирует две другие реакции. В ходе
- 7. 5’→ 3’-экзонуклеазная активность ДНК-пол.I Вторая реакция также заключается в отщеплении нуклеотидов, но гидролиз идет с 5’-конца
- 8. Ник-трансляция •ДНК-пол. I способна удлинять 3’-конец одной из цепей ДНК в месте разрывов и одновременно удалять
- 9. ДНК-полимераза II Две другие ДНК-полимеразы присутствуют в клетках E. сoli в меньших количествах. ДНК-пол. II (мол.масса
- 10. ДНК-полимераза III-холофермент Ключевой фермент, ответственный за репликацию ДНК E. coli. Кор- фермент ДНК-пол. III состоит из
- 11. ДНК-полимераза III-холофермент ДНК-полимераза III (мол. масса 103 кДа) — играет главную роль в репли- кации ДНК
- 12. ДНК-полимеразы эукариот Механизмы репликации ДНК у эукариот менее изучены из-за их большей сложности. Основные результаты получены
- 14. ДНК-полимераза α — первая ДНК-полимераза, обнаружен- ная в клетках эукариот. Она представлена в клетке в виде
- 15. ДНК-полимераза δ — гетеродимер, состоящий из каталити- ческой субъединицы (125—130 кДа) и субъединицы 48 — 55
- 16. ДНК-полимераза ε, выделена из клеток HeLa, содержит два полипептида — каталитический 261 кДа и полипептид 55
- 17. ДНК-полимераза γ локализована в митохондриях, ее функция связана с репликацией и репарацией митохондриальной ДНК, она кодируется
- 18. Таким образом, поскольку эукариотические ДНК-полимеразы α и β лишены 3′ → 5 ′ и 5 ′
- 19. Модель работы димерной полимеразы(ДНК-пол.III); координация синтеза ДНК на комплементарных цепях Элонгация репликации. Модель полуконсерва- тивной прерывистой
- 20. Преодоление антипараллельности цепей при репликации за счет возникновения петли Холофермент ДНК-полимеразы III может обра- зовывать димер
- 21. Роль вспомогательных белков в синтезе ДНК ДНК-праймаза. ДНК-полимеразы не способны инициировать синтез новых цепей ДНК, они
- 22. На стадии инициации репликации короткую РНК-затравку из рибонуклеозидтрифосфатов синтезирует фермент, называ- емый ДНК-праймазой. ДНК-праймаза может быть
- 23. ДНК-лигаза ДНК-лигаза. ДНК-лигазы вирусов, бактерий, млекопитающих соединяют 5'-фосфатную и З'-гидроксильную группы нуклеотидов, находящихся на противоположных концах
- 24. Хеликаза Раскручивание, или расплетание, спирали происходит в локальном участке ДНК. Эту реакцию осуществляет хеликаза — ДНК-зависимая
- 25. ДСБ-белки (SSB-белки) Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК. ДСБ-белки связываются с сахарофосфатным остовом одиночных цепей ДНК, не
- 26. Модель инициации репликации ДНК у Escherichia coli Геном Е. coli реплицируется двунаправленно от одной точки начала
- 27. Регуляция инициации репликации у E. coli Хромосома Е. coli содержит единственную область начала репликации (oriC), размер
- 28. Белок Dna В (хеликаза) в виде гексамеров в комплексе с шестью мономерами белка Dna С, каждый
- 29. Схема инициации репликации хромосомы E. coli
- 30. Этапы инициации репликации ДНК E. coli.1 – белок dna A формирует тетрамеры, связывающиеся со специфическими сайтами
- 31. Терминация репликации Терминация репликации проис- ходит тогда, когда встречаются две репликативные вилки при удвоении кольцевых молекул
- 32. Схема синтеза ДНК в репликативной вилке у прокариот
- 33. Бокуть, с.122
- 34. Репликация ДНК у эукариот Рассмотрим особенности репликации эукариот на примере дрожжей – Saccharomyces сеrеvisiae. Точки начала
- 35. Структура точки начала репликации Saccharomyces cerevisiae
- 37. Скачать презентацию
Слайд 2ДНК-полимеразы присутствуют во всех клетках про- и
эукариот. Некоторые прокариотические и эукариотические
ДНК-полимеразы присутствуют во всех клетках про- и
эукариот. Некоторые прокариотические и эукариотические
![ДНК-полимеразы присутствуют во всех клетках про- и эукариот. Некоторые прокариотические и эукариотические](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-1.jpg)
ДНК-полимеразы выделены в чистом виде, и их
ферментативные и физические свойства охарактеризованы.
Физические свойства этих ферментов не совсем идентичны,
но механизм катализа, который они осуществляют, в общих
чертах одинаков: каждая из них способна удлинять цепь ДНК,
наращивая ее посредством присоединения каждого
последующего нуклеотида к 3’-концу цепи ДНК или РНК.
Основные белки и ферменты, входящие в состав
репликативного комплекса E. сoli, а также их функции,
указаны в таблице. У E. сoli есть три ДНК-полимеразы– I, II и
III (названия даны по мере их открытия).
ДНК-полимеразы про- и эукариот
Слайд 4ДНК-пoлимераза I E. coli
Выделена А. Корнбергом и сотр. в 1958 г.
ДНК-пoлимераза I E. coli
Выделена А. Корнбергом и сотр. в 1958 г.
![ДНК-пoлимераза I E. coli Выделена А. Корнбергом и сотр. в 1958 г.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-3.jpg)
Изучена наиболее полно. Представляет собой
одиночный полипептид с мультифункциональ-
ными активностями. Для осуществления
реакции полимеризации ферменту необходим
праймер, содержащий свободную 3’-ОН-
группу и матрица, детерминирующая
присоединение нужного нуклеотида.
Слайд 5Схема удвоения молекулы ДНК при репликации
Схема удвоения молекулы ДНК при репликации
![Схема удвоения молекулы ДНК при репликации](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-4.jpg)
Слайд 6Экзонуклеазные реакции ДНК-полимеразы I. 3’→ 5’-экзонуклеазная активность
Кроме полимеризации ДНК-пол.I катализирует две другие
Экзонуклеазные реакции ДНК-полимеразы I. 3’→ 5’-экзонуклеазная активность
Кроме полимеризации ДНК-пол.I катализирует две другие
![Экзонуклеазные реакции ДНК-полимеразы I. 3’→ 5’-экзонуклеазная активность Кроме полимеризации ДНК-пол.I катализирует две](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-5.jpg)
Слайд 75’→ 3’-экзонуклеазная активность ДНК-пол.I
Вторая реакция также заключается в отщеплении нуклеотидов, но
гидролиз
5’→ 3’-экзонуклеазная активность ДНК-пол.I
Вторая реакция также заключается в отщеплении нуклеотидов, но
гидролиз
![5’→ 3’-экзонуклеазная активность ДНК-пол.I Вторая реакция также заключается в отщеплении нуклеотидов, но](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-6.jpg)
активность).
Различные активности ДНК-пол.I принадлежат разным участкам
полипептидной цепи с молекулярной массой 109 000 дальтон.
Большой С-концевой участок (76 000 дальтон) проявляет 5’→3’-
полимеразную и 3’→ 5’-экзонуклеазную активности.
Малый, N-концевой, фрагмент (36 000 дальтон) обладает только
5’→ 3’-экзонуклеазной активностью.
Большой фрагмент называется также фрагментом Кленова, он способен
инициировать репликацию in vitro. 3’→ 5’-экзо-нуклеазная активность
обеспечивает контроль за присоединением каждого последующего
нуклеотида и удаление ошибочно вставленного нуклеотида с
растущего конца цепи ДНК. С помощью 5’→ 3’-экзонуклеазной активности
вырезаются праймеры.
Слайд 8Ник-трансляция
•ДНК-пол. I способна удлинять 3’-конец одной из цепей ДНК в
месте разрывов
Ник-трансляция
•ДНК-пол. I способна удлинять 3’-конец одной из цепей ДНК в
месте разрывов
![Ник-трансляция •ДНК-пол. I способна удлинять 3’-конец одной из цепей ДНК в месте](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-7.jpg)
конца того же разрыва. Этот процесс называется ник-
трансляцией. Он играет ключевую роль в репарации
повреждений ДНК.
В клетке E. coli имеется несколько сотен молекул ДНК-
пол.I. В целом ДНК-пол.I имеет большее отношение к
созреванию реплицирующейся ДНК, чем непосредственно к
полимеразным процессам в репликативной вилке.
•ДНК-полимераза I и присущие ей экзонуклеазные активности
играют большую роль в репликации и репарации хромосом-
ной ДНК Е. coli. Экзонуклеазная активность 3' → 5'
обеспечивает контроль за присоединением каждого
нуклеотида и удаление ошибочных нуклеотидов с растущего
конца цепи.
Слайд 9ДНК-полимераза II
Две другие ДНК-полимеразы присутствуют в клетках E. сoli в
меньших количествах.
ДНК-полимераза II
Две другие ДНК-полимеразы присутствуют в клетках E. сoli в
меньших количествах.
![ДНК-полимераза II Две другие ДНК-полимеразы присутствуют в клетках E. сoli в меньших](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-8.jpg)
ДНК-пол. II (мол.масса 90 кДа) представлена одной
полипептидной цепью, обладает полимеразной и 3’→ 5’-экзонуклеазной
активностями. Она плохо соединяется с одноцепочечными ДНК, но лучше
работает с биспиральной ДНК, имеющей одноцепочечные бреши длиной в
несколько десятков нуклеотидов, обладает лишь 10 %-й ДНК-
полимеразной активностью по сравнению с ДНК-полимеразой I.
Предполагают, что основной функцией ДНК-полимеразы II является
достраивание поврежденных участков в молекуле ДНК, т. е. репарация
ДНК.
Она может заполнять пробелы между фрагментами ДНК за счет
полимеразной активности, но не способна отщеплять РНК-нуклеотиды от
фрагментов Оказаки (т.к. не обладает 5’→3’-экзонуклеазной активностью)
или осуществлять ник-трансляцию.
Слайд 10ДНК-полимераза III-холофермент
Ключевой фермент, ответственный за репликацию ДНК E. coli. Кор-
фермент ДНК-пол. III
ДНК-полимераза III-холофермент
Ключевой фермент, ответственный за репликацию ДНК E. coli. Кор-
фермент ДНК-пол. III
![ДНК-полимераза III-холофермент Ключевой фермент, ответственный за репликацию ДНК E. coli. Кор- фермент](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-9.jpg)
субъединица обладает полимеразной активностью, а ε-субъединица
3’→ 5’-экзонуклеазной активностью. Комплекс α и ε-субъединиц характе-
ризуется более высокими полимеразной и 3’→ 5’-экзонуклеазной актив-
ностями, чем каждая из соответствующих субъединиц в отдельности.
Функция третьей θ-субъединицы кор-фермента пока не выяснена. Кроме
указанных в состав ДНК-пол. III входят еще семь субъединиц: γ,β,δ,δ’,ψ…
Таким образом, общая молекулярная масса ДНК-пол.III составляет 10³
килодальтон. Роль β-субъединицы заключается в том, чтобы максимально
снизить вероятность отделения фермента от матрицы до завершения
процесса копирования. Точная функция других субъединиц неизвестна.
ДНК-пол.III обладает повышенным сродством к матрице и характеризуется
более высокой эффективностью копирования, чем ДНК-пол I.
Слайд 11ДНК-полимераза III-холофермент
ДНК-полимераза III (мол. масса 103 кДа) — играет главную роль в
ДНК-полимераза III-холофермент
ДНК-полимераза III (мол. масса 103 кДа) — играет главную роль в
![ДНК-полимераза III-холофермент ДНК-полимераза III (мол. масса 103 кДа) — играет главную роль](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-10.jpg)
кации ДНК у Е. coli. В каждой клетке содержится только 10— 20 копий
фермента, приблизительно столько же, сколько репликативных вилок.
ДНК-полимераза III является основным компонентом ферментного комп-
лекса, инициирующего формирование репликативных вилок в точках
начала репликации.
ДНК-полимераза III состоит из десяти типов субъединиц (α,β,γ,с,δ,δ’,
θ,ε..). Репликацию проводит полная форма фермента — холофермент,
содержащий все субъединицы. Холофермент не обладает 5'→3'-экзо-
нуклеазной активностью, в связи с чем для репликации отстающей цепи
необходимо участие ДНК-полимеразы I. Полимеразную реакцию осущест-
вляет каталитический кор из α,ε и θ-субъединиц, в котором α-субъединица
обладает полимеразной активностью, ε-субъединица — 3'→5'-экзонуклеа-
зной активностью, функция θ-субъединицы пока неясна. Помимо субъеди-
ниц, составляющих полимеразный кор, ДНК-полимераза III-холофермент
содержит еще семь субъединиц. Эти полипептиды существуют во множес-
тве копий, являются регуляторными и усиливают действие каталитическо-
го ядра (кора) ДНК-полимеразы III.
Отличительная черта холофермента ДНК-полимеразы III — исключи-
тельно высокая процессивность. Мерой процессивности является длина
фрагмента вновь синтезированной макромолекулы, которую комплекс
(или индивидуальные ферменты) способен образовывать в одном цикле,
не диссоциируя от матрицы. Установлено, что холофермент ДНК-полиме-
разы III синтезирует ведущую цепь ДНК длиной в 50 ООО нуклеотидов со
скоростью более 500 нуклеотидов в секунду в одном цикле, ни разу не
диссоциируя от ДНК-матрицы.
Слайд 12ДНК-полимеразы эукариот
Механизмы репликации ДНК у эукариот менее изучены из-за их большей
сложности.
ДНК-полимеразы эукариот
Механизмы репликации ДНК у эукариот менее изучены из-за их большей
сложности.
![ДНК-полимеразы эукариот Механизмы репликации ДНК у эукариот менее изучены из-за их большей](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-11.jpg)
вируса SV40, в которой процесс репликации исследовали в зараженных
клетках человека, культивируемых in vitro. В этой системе вирусный белок,
называемый Т-антигеном, выполняет многие функции, необходимые для
репликации вирусной ДНК. Он является белком-инициатором, обладает
ДНК-хеликазной активностью и необходим для правильного взаимодей-
ствия с ДНК ферментного комплекса, синтезирующего праймеры.
В то же время вирус SV40 использует для репликации своей небольшой
хромосомы и многие белки клетки-хозяина, что позволяет исследовать
функционирование репликативного комплекса клеток человека в такой
относительно простой системе.
ДНК-полимеразы эукариот. В клетках эукариот имеются по меньшей
мере шесть различных ДНК-зависимых ДНК-полимераз: α, β, δ,ε,γ,ζ.
Четыре из них — α, β, δ,ε — непосредственно участвуют в репликации
хромосомной ДНК (табл. 18).
Слайд 14ДНК-полимераза α — первая ДНК-полимераза, обнаружен-
ная в клетках эукариот. Она представлена в
ДНК-полимераза α — первая ДНК-полимераза, обнаружен-
ная в клетках эукариот. Она представлена в
![ДНК-полимераза α — первая ДНК-полимераза, обнаружен- ная в клетках эукариот. Она представлена](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-13.jpg)
прочного комплекса с ДНК-праймазой — ферментом,
осуществляющим синтез РНК-затравок. Комплекс ДНК-
полимераза α-праймаза является единственным у эукариот
ферментативным ансамблем, способным инициировать
синтез ДНК de novo. В ходе репликации в клеточных ядрах
ДНК полимераза α-праймаза синтезирует затравку лидиру-
ющей нити в участке ori и затравки фрагментов Оказаки
запаздывающей нити.
Как правило, ДНК-полимераза не обладает корректорской
3'→5'-экзонуклеазной активностью. По-видимому, в ходе
эволюции экзонуклеазный центр в данном ферменте
редуцировался.
ДНК-полимераза β является наименьшей по размеру и самой простой по
строению ДНК-полимеразой в клетках эукариот. Основная функция ДНК-
пол.β в клетке связана с эксцизионной репарацией ядерной ДНК (заполнение
пробелов при репарации).
Слайд 15ДНК-полимераза δ — гетеродимер, состоящий из каталити-
ческой субъединицы (125—130 кДа) и субъединицы
ДНК-полимераза δ — гетеродимер, состоящий из каталити-
ческой субъединицы (125—130 кДа) и субъединицы
![ДНК-полимераза δ — гетеродимер, состоящий из каталити- ческой субъединицы (125—130 кДа) и](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-14.jpg)
кДа, необходимой для преодоления ферментом структурных
барьеров в природных однонитевых матрицах и для связи с
фактором процессивности PCNA (от англ. Proliferating Cell
Nuclear Antigen –ядерный антиген пролиферирующих
клеток). Три молекулы PCNA образуют кольцевой тример с
отверстием для двунитевой ДНК в центральной части,
который представляет собой перемещающуюся по ДНК
подвижную платформу или «скользящую скрепку» в форме
тора (бублика), удерживающую ДНК-полимеразу δ в ходе
полимеризации на матрице и обеспечивающую высокопро-
цессивный синтез ДНК. Хотя PCNA и прокариотический
фактор процессивности субъединица β ДНК-полимеразы III
Е. coli имеют низкую гомологию на уровне первичной
структуры, оба белка формируют близкие по пространствен-
ной геометрии структуры «скользящей скрепки».
Слайд 16ДНК-полимераза ε, выделена из клеток HeLa, содержит два
полипептида — каталитический 261
ДНК-полимераза ε, выделена из клеток HeLa, содержит два
полипептида — каталитический 261
![ДНК-полимераза ε, выделена из клеток HeLa, содержит два полипептида — каталитический 261](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-15.jpg)
Каталитический полипептид обладает ДНК-полимеразной и
3'→5‘-экзонуклеазной активностями. Особенностью холо-
фермента ДНК-полимеразы ε по сравнению с ДНК-полимера-
зой δ является его меньшая зависимость от вспомогательных
факторов (PCNA, RFС - репликативный фактор С и RPA –
репликативный ядерный белок А), а также низкая (почти на
порядок) скорость синтеза ДНК.
Это различие, возможно, связано с разной функцией ДНК-
полимераз в репликативной вилке. Один холофермент, ДНК-
полимераза δ осуществляет быстрый и процессивный синтез
лидирующей нити, используя для элонгации единственную
затравку, синтезируемую ДНК-полимеразой α-праймазой в
районе ori, и диссоциирует только по достижении конца
репликона, тогда как несколько холоферментов ДНК-полиме-
разы ε могут одновременно синтезировать фрагмены Оказаки
в «зоне Оказаки», удлиняя затравки, синтезируемые ДНК-
полимеразой α-праймазой в начале каждого фрагмента.
Слайд 17ДНК-полимераза γ локализована в митохондриях, ее функция связана с
репликацией и репарацией
ДНК-полимераза γ локализована в митохондриях, ее функция связана с
репликацией и репарацией
![ДНК-полимераза γ локализована в митохондриях, ее функция связана с репликацией и репарацией](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-16.jpg)
ядерным геномом. ДНК-полимераза γ способна направлять высокопро-
цессивную полимеризацию на однонитевых ДНК-матрицах в отсутствие
вспомогательных факторов.
Охарактеризованы также другие ДНК-полимеразы эукариот: ή, θ, REV1 и
др. Все эти ферменты участвуют в репарации ДНК.
В последние годы наряду с углубленным изучением строения и свойств
отдельных ДНК-полимераз эукариот большое внимание уделяется
взаимодействию этих ферментов со вспомогательными факторами и
механизму функционирования их в составе многокомпонентных
репликативных и репаративных комплексов. Список белков, взаимодей-
ствующих с ДНК-полимеразами, постоянно растет и включает не только
известные факторы PCNA, RFC и RPA, но и ключевые факторы регуляции
клеточного метаболизма, такие, как белки группы МСМ (minichromosome
maintenance factors), факторы узнавания участков ori репликации ORC
(origin recognition complex) и др.
Слайд 18Таким образом, поскольку эукариотические
ДНК-полимеразы α и β лишены 3′ → 5
Таким образом, поскольку эукариотические
ДНК-полимеразы α и β лишены 3′ → 5
![Таким образом, поскольку эукариотические ДНК-полимеразы α и β лишены 3′ → 5](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-17.jpg)
3 ′ -экзонуклеазных активностей, становится
понятным участие ДНК-полимераз δ и ε в
процессе репликации ядерной ДНК в качестве
корректирующих ферментов, а ДНК-полиме-
разе ε приписывают также функцию удаления
РНК-праймеров на концах фрагментов
Оказаки.
Слайд 19Модель работы димерной полимеразы(ДНК-пол.III); координация синтеза ДНК на комплементарных цепях
Элонгация репликации. Модель
Модель работы димерной полимеразы(ДНК-пол.III); координация синтеза ДНК на комплементарных цепях
Элонгация репликации. Модель
![Модель работы димерной полимеразы(ДНК-пол.III); координация синтеза ДНК на комплементарных цепях Элонгация репликации.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-18.jpg)
тивной прерывистой репликации ДНК в реплика-
тивной вилке представлена на рис. Дуплекс
родительской молекулы ДНК расплетает АТР-
зависимая хеликаза. Образующиеся одноцепо-
чечные участки покрывает SSB-белок. ДНК-пол.
III движется по одной из матричных цепей в нап-
равлении раскрывания вилки и синтезирует ве-
дущую цепь ДНК. По другой, матричной цепи в
том же направлении движется праймосома
(комплекс белков, осуществляющий инициацию
репликации). Время от времени, входящая в
состав праймосомы праймаза (белок Dna G),
Синтезирует РНК-затравки для отстающей цепи.
Вторая молекула холофермента ДНК-пол. III
удлиняет эти затравки до тех пор, пока не дос-
тигнет предыдущей затравки, т.е. она синтези-
рует фрагменты Оказаки длиной от 1000 до
2000 н. Удаление сегментов РНК с 5'-конца каж-
дого фрагмента Оказаки осуществляет ДНК-
пол.I, используя свою 5'→3'-кзонуклеазную
активность. Заполнение брешей между фраг-
ментами Оказаки катализируется той же ДНК-
полимеразой I. Одноцепочечный разрыв заши-
вает ДНК-лигаза. Таким образом, из серии фраг-
ментов Оказаки образуется новая цепь.
Слайд 20Преодоление антипараллельности цепей при репликации за счет возникновения петли
Холофермент ДНК-полимеразы III может
Преодоление антипараллельности цепей при репликации за счет возникновения петли
Холофермент ДНК-полимеразы III может
![Преодоление антипараллельности цепей при репликации за счет возникновения петли Холофермент ДНК-полимеразы III](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-19.jpg)
зовывать димер при участии т-белка, в связи с
чем ведущая и отстающая цепи реплицируются
одновременно. Преодоление антипараллельно-
сти цепей при репликации в этом случае осу-
ществляется за счет возникновения «петли»
(модель А. Корнберга),где чередование фосфо-
диэфирных связей на ее восходящем отрезке
изменяется на обратное и не препятствует
ДНК-полимеразе III вести синтез фрагментов
Оказаки на отстающей цепи родительской ДНК
в том же направлении, что и на ведущей цепи.
Необычность ситуации во время синтеза ДНК в
репликативной вилке заключается в том, что
один и тот же белковый комплекс осуществляет
как непрерывный синтез ведущей цепи ДНК, так
и прерывистый синтез фрагментов Оказаки
отстающей цепи, претерпевая во втором слу-
чае периодическую диссоциацию от матрицы
для инициации синтеза ДНК.
Слайд 21Роль вспомогательных белков в синтезе ДНК
ДНК-праймаза. ДНК-полимеразы не
способны инициировать синтез новых
Роль вспомогательных белков в синтезе ДНК
ДНК-праймаза. ДНК-полимеразы не
способны инициировать синтез новых
![Роль вспомогательных белков в синтезе ДНК ДНК-праймаза. ДНК-полимеразы не способны инициировать синтез](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-20.jpg)
цепей ДНК, они могут лишь добав-
лять дезоксирибонуклеотидные
звенья к З'-концу уже имеющейся
полинуклеотидной цепи. Чтобы моле-
кулы ДНК-полимераз могли начать
синтез ДНК, им необходима затравка,
или праймер (от англ. primer — затра-
вка), короткий олигорибонуклеотид,
комплементарный соответствующему
участку ДНК-матрицы, у которого на
конце имеется свободная З'-ОН-гр.
Неспособность молекул ДНК-пол.
самостоятельно, без затравки начи-
нать синтез ДНК принципиально
отличает эти ферменты от других
ферментов матричного синтеза —
РНК-полимераз.
Слайд 22На стадии инициации репликации короткую РНК-затравку из
рибонуклеозидтрифосфатов синтезирует фермент, называ-
емый ДНК-праймазой.
На стадии инициации репликации короткую РНК-затравку из
рибонуклеозидтрифосфатов синтезирует фермент, называ-
емый ДНК-праймазой.
![На стадии инициации репликации короткую РНК-затравку из рибонуклеозидтрифосфатов синтезирует фермент, называ- емый](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-21.jpg)
ферментом (как у бактерий) или входить в качестве субъеди-
ницы в ДНК-полимеразу (как у ДНК-полимеразы α эукариот).
В любом случае праймаза — это фермент, отличный от РНК-
полимераз, которые синтезируют разнообразные клеточные
РНК. После того как будет синтезирован РНК-праймер,
подключается ДНК-полимераза и продолжает наращивать
цепь. Новосинтезированные цепи ДНК всегда содержат на 5'-
конце несколько рибонуклеотидов: у прокариот — от двух до
пяти нуклеотидов, у эукариот их в два раза больше. В
дальнейшем короткие праймеры замещаются сегментами
ДНК.
Слайд 23ДНК-лигаза
ДНК-лигаза. ДНК-лигазы вирусов, бактерий,
млекопитающих соединяют 5'-фосфатную и
З'-гидроксильную группы нуклеотидов,
находящихся
ДНК-лигаза
ДНК-лигаза. ДНК-лигазы вирусов, бактерий,
млекопитающих соединяют 5'-фосфатную и
З'-гидроксильную группы нуклеотидов,
находящихся
![ДНК-лигаза ДНК-лигаза. ДНК-лигазы вирусов, бактерий, млекопитающих соединяют 5'-фосфатную и З'-гидроксильную группы нуклеотидов,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-22.jpg)
одноцепочечного разрыва в дуплексе ДНК. В
результате образуется фосфодиэфирная
связь, ликвидирующая этот разрыв (рис.).
ДНК-лигаза Е. coli — это одиночный поли-
пептид (мол. масса 75000 Да). Для образо-
вания фосфодиэфирной связи между
концами нуклеотидных цепей ДНК-лигазы
используют энергию гидролиза АТР
либо NAD. Реакция протекает в три стадии:
Реакция аденилирования ДНК-лигазы. Аденилильный остаток NAD или АТФ переносится на ε-аминогруппу лизиново-го остатка в активном центре лигазы с одновременным высвобождением пиро-фосфата (в случае АТФ) или никотин-амидмононуклеотида (в случае NAD).
Реакция трансаденилирования. Остаток адениловой кислоты с аденилатлигазы перебрасывается на свободную фосфатную группу 5’-углеродного атома рибозы концевого нуклеотида.
Реакция лигирования. Между сближенными активированной аденилатом 5’-фосфатной группой и 3’-ОН-группой фрагмента цепи ДНК происходит образование фосфодиэфирной связи с выделением АМР.
Слайд 24Хеликаза
Раскручивание, или расплетание, спирали происходит в локальном
участке ДНК. Эту реакцию осуществляет
Хеликаза
Раскручивание, или расплетание, спирали происходит в локальном
участке ДНК. Эту реакцию осуществляет
![Хеликаза Раскручивание, или расплетание, спирали происходит в локальном участке ДНК. Эту реакцию](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-23.jpg)
АТРаза, использующая энергию гидролиза АТР для расплетания
двойной спирали ДНК. Хеликазы имеют кольцевую (тороидальную)
структуру, образованную шестью субъединицами. Такие гексамерные
хеликазы кольцеобразной формы обнаружены у фагов, вирусов, бактерий,
архей, эукариот (рис.). Хеликаза, движимая гидролизом АТР, однонаправ
ленно перемещается по одной из цепей ДНК (вероятно, за счет ее конфор-
мационных изменений), расплетая перед собой двойную спираль, в
результате чего возникает вилка (Y) из двуцепочечного участка ДНК и двух
одноцепочечных ветвей.
Слайд 25ДСБ-белки (SSB-белки)
Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК. ДСБ-белки
связываются с сахарофосфатным остовом одиночных
ДСБ-белки (SSB-белки)
Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК. ДСБ-белки
связываются с сахарофосфатным остовом одиночных
![ДСБ-белки (SSB-белки) Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК. ДСБ-белки связываются с сахарофосфатным остовом](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-24.jpg)
ДНК, не закрывая оснований, что не мешает комплементарно-
му присоединению нуклеотидов в ходе репликации. ДСБ-
белок Е. coli наиболее изучен, он представляет собой тетра-
мер, характеризуется высокой степенью асимметрии
молекулы.
ДСБ-белки стабилизируют одноцепочечную ДНК, обеспечи-
вая условия для комплементарного спаривания, удаляют
Возможные элементы вторичной структуры ДНК(например,
предотвращают образование шпилечных структур);
связывание одноцепочечной ДНК с ДСБ-белками стимулирует
ДНК-полимеразу и повышает точность ее работы.
У эукариот таковым белком является ядерный репликатив-
ный белок A (RPA), представляющий гетеротример с
субъединицами 70, 32 —34 и 11 — 14 кДа.
Слайд 26Модель инициации репликации ДНК у Escherichia coli
Геном Е. coli реплицируется
двунаправленно
Модель инициации репликации ДНК у Escherichia coli
Геном Е. coli реплицируется
двунаправленно
![Модель инициации репликации ДНК у Escherichia coli Геном Е. coli реплицируется двунаправленно](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-25.jpg)
точки начала репликации,
получившей название локус
ori С. Инициация репликации
начинается с узнавания
инициаторными белками
специфических последова-
тельностей в точках начала
репликации ДНК.
Слайд 27Регуляция инициации репликации у E. coli
Хромосома Е. coli содержит единственную область начала
Регуляция инициации репликации у E. coli
Хромосома Е. coli содержит единственную область начала
![Регуляция инициации репликации у E. coli Хромосома Е. coli содержит единственную область](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-26.jpg)
(oriC), размер которой составляет 258 н.п. В oriC имеется пять
консенсусных девятинуклеотидных сайтов связывания инициаторного
белка Dna А, названных Dna А-боксами. В левой части oriC наряду с Dna
А-боксами находятся АТ-богатые 13-нуклеотидные повторы. Белок Dna
А распознает область начала репликации и образует комплекс с другими
белками.
Сначала белок Dna А в комплексе с АТР взаимодействует с Dna А-
боксами. С помощью электронной микроскопии исходный комплекс
обнаруживается в виде компактной эллипсоидной структуры, содержащей
-20 мономеров Dna А, которая закрывает oriC. В этом комплексе частично
расплетаются АТ-богатые повторы и формируется открытый комплекс. В
этом процессе участвуют некоторые вспомогательные белки, которые
помогают инициатору Dna А раскручивать и изгибать ДНК (ранее они
обозначались n, n', n", i, а. В последнее время их обозначают IME, FIS-
факторы и т.д.).
Слайд 28Белок Dna В (хеликаза) в виде гексамеров в комплексе с шестью
мономерами
Белок Dna В (хеликаза) в виде гексамеров в комплексе с шестью
мономерами
![Белок Dna В (хеликаза) в виде гексамеров в комплексе с шестью мономерами](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-27.jpg)
АТР, а именно (Dna В —Dna С—АТР)6, взаимодействует с
одноцепочечными участками частично расплетенной ДНК. В этом
комплексе хеликазная активность Dna В блокирована. Транслокация
Dna В (хеликазы) от места ее первоначального вхождения в комплекс к
месту старта репликативной вилки и высвобождение из комплекса
белка Dna С, вызывает активацию хеликазы. Далее хеликаза
взаимодействует с белком Dna G (праймазой), и этот комплекс играет
ключевую роль в инициации репликации на oriС.
Оба фермента обеспечивают сопряженное функционирование двух
репликативных вилок, движущихся в противоположные стороны;
хеликаза начинает расплетать дуплекс ДНК, праймаза синтезирует
первые затравки. В сформированном праймирующем комплексе
присутствие белка Dna А не требуется, и он после освобождения
из комплекса может быть повторно использован для репликации
на другом оriС.
Слайд 29Схема инициации репликации хромосомы E. coli
Схема инициации репликации хромосомы E. coli
![Схема инициации репликации хромосомы E. coli](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-28.jpg)
Слайд 30Этапы инициации репликации ДНК E. coli.1 – белок dna A формирует тетрамеры,
Этапы инициации репликации ДНК E. coli.1 – белок dna A формирует тетрамеры,
![Этапы инициации репликации ДНК E. coli.1 – белок dna A формирует тетрамеры,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-29.jpg)
Сложный комплекс белков,
осуществляющий инициацию
репликации, получил название
праймосомы. Праймосома в
свою очередь является компо-
нентом еще более сложного
комплекса — реплисомы,
осуществляющей процесс
полной репликации.
Завершающим этапом сборки
реплисомы является взаимо-
действие праймосомы с
ДНК-полимеразой III.
Для продолжения синтеза
ДНК необходимо участие еще
двух белков, двигающихся
впереди репликативной вилки
и выполняющих функцию
геликаз - геликазы II и белка
rep.
Слайд 31Терминация репликации
Терминация репликации проис-
ходит тогда, когда встречаются
две репликативные вилки при
удвоении
Терминация репликации
Терминация репликации проис-
ходит тогда, когда встречаются
две репликативные вилки при
удвоении
![Терминация репликации Терминация репликации проис- ходит тогда, когда встречаются две репликативные вилки](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-30.jpg)
ДНК. Непрерывный рост
лидирующей и отстающей
цепей приводит к совмещению 3′
и 5′-концов одной цепи, либо в
точке начала репликации
(однонаправленная репликация,
либо – при двунапраленной
репликации – в середине
кольца). Кольца в местах встречи
соединяются лигазой, при этом
они оказываются попарно
сцепленными, т.е. образуется
катенан.
Слайд 32Схема синтеза ДНК в репликативной вилке у прокариот
Схема синтеза ДНК в репликативной вилке у прокариот
![Схема синтеза ДНК в репликативной вилке у прокариот](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-31.jpg)
Слайд 33Бокуть, с.122
Бокуть, с.122
![Бокуть, с.122](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-32.jpg)
Слайд 34Репликация ДНК у эукариот
Рассмотрим особенности репликации эукариот на примере дрожжей –
Saccharomyces
Репликация ДНК у эукариот
Рассмотрим особенности репликации эукариот на примере дрожжей –
Saccharomyces
![Репликация ДНК у эукариот Рассмотрим особенности репликации эукариот на примере дрожжей –](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-33.jpg)
структурных компонента - последовательность из 11 пар оснований (ACS), называ-
емую элементом узнавания инициатора, которая входит в состав функциона-
льной автономно реплицирующейся последовательности (ARS), и области,
представляющей собой легко расплетаемый участок ДНК - DUE (DNA unwinding
element). Кроме того, для функционирования точки начала репликации необходи-
мы еще три последовательности, называемые Bl, В2 и ВЗ. Структурный элемент
ВЗ представляет собой сайт взаимодействия с белковым ARS фактором 1,
который действует одновременно как транскрипционный фактор. Исходя из этих
данных была предложена модель, в соответствии с которой организация точки
начала репликации у эукариот сходна с организацией элементов промоторов.
Кроме того, в точке начала репликации был обнаружен «глушитель» транскрипции,
который необходим для инициации репликации и для репрессии транскрипции. В
целом, у эукариот в точках начала репликации, вероятно, действуют транскрипци-
онные факторы (позитивно и/или негативно), которые приводят к раскрыванию
DUE-элемента и последующему введению компонентов репликативной
машины.
Слайд 35Структура точки начала репликации Saccharomyces cerevisiae
Структура точки начала репликации Saccharomyces cerevisiae
![Структура точки начала репликации Saccharomyces cerevisiae](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/379875/slide-34.jpg)