Биосинтез нуклеиновых кислот (анаболизм). Репликация

Содержание

Слайд 2

1. Суть, значение
2. Исходный материал, матричная схема. Фермент (ферменты).
3. Механизм. Направление синтеза

1. Суть, значение 2. Исходный материал, матричная схема. Фермент (ферменты). 3. Механизм.
дочерней цепи.
4. Этапы. Рассказ о механизме постадийно.
5. Особенности процесса у эукариот.

План характеристики процессов репликации и транскрипции

Слайд 3

Репликация ДНК.

РЕПЛИКАЦИЯ (от позднелат. replicatio - повторение) (редупликация), самовоспроизведение ДНК обеспечивающее

Репликация ДНК. РЕПЛИКАЦИЯ (от позднелат. replicatio - повторение) (редупликация), самовоспроизведение ДНК обеспечивающее
точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения к поколению.
Синтез ДНК на ДНК-матрице в S-период (синтетический период) интерфазы митоза

Слайд 4

Гипотеза о механизме репликации сформулирована в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком,

Гипотеза о механизме репликации сформулирована в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком,
которые предположили, что две комплементарные цепи ДНК после их разделения могут выполнять функции матриц для образования на них новых цепей ДНК.
В 1958 М. Мезельсон и Ф. Сталь экспериментально подтвердили такой механизм репликации.
Исходным материалом для синтеза нуклеиновых кислот являются нуклеозидтрифосфаты, поэтому в клетках всегда должен быть их полный набор.

Слайд 6

Почему исходными веществами являются дНТФ??
При отщеплении дифосфата при построении новой цепи

Почему исходными веществами являются дНТФ?? При отщеплении дифосфата при построении новой цепи
каждый раз выделяется энергия, необходимая для синтеза второй цепи ДНК.Следовательно,исходным материалом и источником энергии для синтеза дочерней цепи ДНК являются дАТФ,дГТФ, дЦТФ,дТТФ,
Для смещения процесса вправо дифосфат (пирофосфат) гидролизуется. Полученный фосфат тут же расходуется и реакция смещается вправо.

Слайд 7

В процессе репликации двойная спираль ДНК, состоящая из двух комплементарных полинуклеотидных

В процессе репликации двойная спираль ДНК, состоящая из двух комплементарных полинуклеотидных цепей,
цепей, раскручивается на отдельные цепи и одновременно начинается синтез новых полинуклеотидных цепей; при этом исходные цепи ДНК играют роль матриц.
Когда процесс завершается, образуются две идентичные двойные спирали, каждая из которых состоит из одной материнской(исходной) и одной новой цепи.
Таким образом, одна из материнских цепей входит в каждую дочернюю ДНК – это так называемый полуконсервативный механизм репликации.

Слайд 9

Репликация, как и любой процесс матричного синтеза, состоит из 3 этапов::
Инициация (зарождение

Репликация, как и любой процесс матричного синтеза, состоит из 3 этапов:: Инициация
цепи)
2. Элонгация (рост цепи)
Терминация (обрыв цепи)
Все эти этапы репликации, протекающие с высокой скоростью и исключительной точностью, обеспечивает комплекс, состоящий более чем из 20 ферментов и белков - так называемая ДНК-репликазная система, или реплисома.

Слайд 10

Рассмотрим процесс репликации в прокариотической клетке, состоящий из нескольких стадий.
Инициация – создание

Рассмотрим процесс репликации в прокариотической клетке, состоящий из нескольких стадий. Инициация –
репликативной вилки.
На ДНК прокариот есть одна точка начала репликации – orijin. . Ориджин репликации имеют определённую нуклеотидную последовательность В ходе инициации происходит расплетение двойной спирали ДНК матрицы и образование репликативной вилки в месте точки начала репликации. Участвуют в этом процессе ферменты ДНК-топоизомераза 1, ДНК-хеликаза и белки, связывающиеся с одноцепочечными участками ДНК (SSВ-белки). ДНК-топоизомераза 1 присоединяется к участку ориджина, расщепляет одну из цепей ДНК и связывается с фосфатным остатком в точке разрыва, происходит сброс супервитков и раскручивание двуцепочечной нити ДНК. В область разрыва присоединяются молекула ДНК-хеликазы, которая, используя энергию АТФ, разрывает водородные связи между комплементарными основаниями и разделяют цепи ДНК.
На развод 1 пары комплементарных азотистых оснований расходуется 2 молекулы АТФ.
ДНК-связывающие белки имеют сродство с одноцепочечной ДНК и временно эти цепи раздвинуты благодаря им. Нити ДНК находятся в растянутом виде, таким образом создаются условия для синтеза ДНК дочерних цепей.

Слайд 11

Элонгация

Дочерние нити ДНК образуются на обеих нитях материнской ДНК. Этот процесс

Элонгация Дочерние нити ДНК образуются на обеих нитях материнской ДНК. Этот процесс
катализирует несколько ДНК-полимераз, которые синтезируют полинуклеотидные цепи из дНТФ в направлении от 5'- к 3'- концу на антипараллельной матрице, имеющей направление от 3'- к 5'- концу. Новые цепи синтезируются неодинаково. На матрице ДНК с направлением от 3'→5' концу цепь растет непрерывно по ходу движения репликативной вилки и называется лидирующей (образуется лишь 1 праймер).
Другие специфические белки помогают праймазе получить доступ к матрице отстающей цепи. В результате праймаза связывается с ДНК и синтезирует РНК-затравки для фрагментов отстающей цепи. На матрице с направлением 5'-→3'- концу вторая цепь синтезируется против движения репликативной вилки в виде коротких отрезков — фрагментов Оказаки (по имени ученого, впервые обнаружившего их образование).

Слайд 13

Итак, репликационная вилка асимметрична. Из двух синтезируемых дочерних цепей ДНК одна строится

Итак, репликационная вилка асимметрична. Из двух синтезируемых дочерних цепей ДНК одна строится
непрерывно, а другая - с перерывами.
Первая цепь - ведущая, или лидирующая.
Вторая цепь - отстающая.
Синтез второй цепи идет медленнее.
В качестве затравок для синтеза фрагментов отстающей цепи служат короткие отрезки РНК, комплементарные матричной цепи ДНК. Эти РНК-затравки (праймеры), состоящие примерно из 10 нуклеотидов, с определенными интервалами синтезируются на матрице отстающей цепи из рибонуклеозидтрифосфатов в направлении 5' ---: 3' с помощью фермента РНК-праймазы.

Слайд 14

РНК-праймеры затем наращиваются дезоксину-клеотидами с 3'-конца ДНК-полимеразой -III, которая про-должает наращивание до

РНК-праймеры затем наращиваются дезоксину-клеотидами с 3'-конца ДНК-полимеразой -III, которая про-должает наращивание до
тех пор, пока строящаяся цепь не достигает РНК-затравки, присоединенной к 5'-концу предыдущего фрагмента. Образующиеся таким образом фрагменты (так же называемые фрагменты Оказаки) отстающей цепи насчитывают у бактерий 1000-2000 дез-оксирибонуклеотидных остатков; в животных клетках их длина не превышает 200 нуклеотидов.

У прокариот и, в частности, у бактерий E. coli, описаны три ДНК-полимеразы - Pol I , Pol II и Pol III , первая из которых ответственна главным образом за репарацию ДНК, третья - за репликацию ДНК, а функция второй - в замене Pol III в крайних ситуациях, таких, например, как мутагенная репарация ДНК

Слайд 15

Элонгация

А - ведущая цепь;
Б - отстающая цепь;
В - фрагмент Оказаки.

Элонгация А - ведущая цепь; Б - отстающая цепь; В - фрагмент Оказаки.

Слайд 16

Для образования непрерывной цепи ДНК из многих таких фрагментов, в действие вступает

Для образования непрерывной цепи ДНК из многих таких фрагментов, в действие вступает
особая система репа-рации ДНК, удаляющая РНК-затравку и заменяющая ее на ДНК. У бактерий РНК-затравка удаляется с помощью РНК-азы, специфически расщепляющей РНК в РНК-ДНК гибридах.Одновременно с удалением праймеров происходит .застройка образовавшейся бреши ДНК-полимеразой-I. При этом каждый отщепленный рибонуклеотидный мономер замещается соответствующим дезоксирибонуклеотидом.
Завершает весь процесс фермент ДНК-лигаза, катализирующий образование фосфодиэфирной связи между группой З'-ОН нового фрагмента ДНК и 5'-фосфатной группой предыдущего фрагмента. Образование этой связи требует затраты энергии, которая поставляется в ходе сопряженного гидролиза пирофосфатной связи кофермента-никотинамид-адениндинуклеотида (в бактериальных клетках) или АТФ (в животных клетках и у бактериофагов).

Слайд 17

Терминации нет фактически, так как она происходит при окончании молекулы матричной ДНК.

Терминации нет фактически, так как она происходит при окончании молекулы матричной ДНК.
Скорость построения цепи у прокариот :1000 нуклеотидов в секунду. В среднем вся ДНК прокариот реплицируется за 40-60 секунд.
Благодаря сложному системному процессу, ошибка составляет 10 в 10 степени.
О репликации эукариот известно меньше:
. Используется 5 ДНК- полимераз;
. Фрагменты Оказаки в 100 раз меньше;
. Репликативные вилки двигаются медленнее(50 нуклеотидов в секунду);
. В целом репликация хромосом эукариот в 10 раз быстрее чем у прокариот за счет большого числа репликативных вилок и точек начала синтеза.