Реплікація ДНК

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Державна освітня установа вищої

ПРОФЕСІЙНОГО ОСВІТИ

Далекосхідного федерального університету

ЮРИДИЧНИЙ ІНСТИТУТ

Факультет правознавства

РЕФЕРАТ

з дисципліни: «Концепція сучасного природознавства»

на тему: «Реплікація ДНК»

Виконав: студент

722 групи

факультету правознавства

Риков Віталій Віталійович

Перевірив: __________________

-----------------------------------------

-----------------------------------------

Оцінка: _______________

«____» _____________ 2010

м. Владивосток

2010

Зміст

Введення

1. Поняття та основа реплікації

2. Процес реплікації ДНК

3. Основні ферменти реплікації ДНК

4. Реплікація у прокаріотів та еукаріотів

Заключна частина

Список використаної літератури

Введення

Вся інформація про будову і функціонування будь-якого організму міститься в закодованому вигляді в його генетичному матеріалі, основу якого у переважної кількості організмів становить ДНК. Роль ДНК полягає в зберіганні і передачі генетичної (спадкової) інформації в живих організмах. Щоб ця інформація могла передаватися від одного покоління клітин (і організмів) до іншого, необхідно її точне копіювання і подальший розподіл її копій між нащадками. Процес, за допомогою якого створюються копії молекули ДНК, називається реплікацією. Перед тим як розділиться, клітини за допомогою реплікації створюють копію свого геному, і в результаті клітинного ділення в кожну дочірню клітину переходить одна копія. Завдяки цьому, генетична інформація, що міститься в батьківській клітині, не зникає, а зберігається і передається нащадкам. У випадку багатоклітинних організмів передача цієї інформації здійснюється за допомогою статевих клітин, що утворюються в результаті мейотичного поділу і також несучих копію геному (гаплоїдного). Їх злиття призводить до об'єднання двох батьківських геномів в одній клітині (зиготі). З неї розвивається організм, клітини якого несуть генетичну інформацію обох батьківських організмів. Таким чином, основне значення реплікації полягає в постачанні потомства генетичною інформацією. Для забезпечення стабільності організму та виду ДНК повинна реплицироваться повністю і з дуже високою точністю, що забезпечується функціонуванням певного набору білків. Чудовою особливістю ДНК і те, що вона несе гени кодують ці білки, і, таким чином, інформація про механізм її власного подвоєння закодована в ній самій.

1. Поняття та основа реплікації

Реплікація (позднелат. replicatio - повторення, від лат. Replico - звертаюся тому, повторюю), редуплікація, ауторепродукція, аутосінтез, що протікає у всіх живих клітинах процес самовідтворення (самокопірованія) нуклеїнових кислот, генів, хромосом.

Реплікація ДНК - це процес синтезу дочірньої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти, який відбувається в процесі поділу клітини на матриці батьківської молекули ДНК. При цьому генетичний матеріал, зашифрований у ДНК, подвоюється і ділиться між дочірніми клітинами. Реплікацію ДНК здійснює фермент ДНК-полімераза.

В основі механізму реплікація лежить ферментативний синтез дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) або рибонуклеїнових кислот (РНК), здійснюваний за матричним принципом. Запропонована в 1953 Дж. Уотсоном і Ф. Криком модель будови ДНК - так звана подвійна спіраль - з одного боку, пояснила, яким чином записана генетична інформація в молекулі ДНК, з іншого - дозволила зрозуміти і експериментально вивчати хімічні механізми подвоєння генетичного матеріалу. Сувора специфічність спарювання азотистих основ у молекулі ДНК обумовлює комплементарність послідовностей підстав у двох ланцюгах і забезпечує високу точність Реплікація Пара гуанін - цитозин стабілізується трьома водневими зв'язками, пара аденін - тимін - двома, що різко знижує імовірність неправильного спарювання підстав. Згідно Уотсону і Крику, процес Реплікація ДНК передбачає: 1) розрив водневих зв'язків і розплітання ниток подвійної спіралі, 2) синтез на одиночних нитках комплементарних ланцюгів. У результаті з однієї дволанцюжкової ДНК виникають дві подібні молекули, причому в кожній з дочірніх молекул одна полинуклеотидная ланцюг батьківська, а інша - синтезована заново (напівконсервативному механізм Реплікація).

У вірусів і фагів, що мають однониткову ДНК, Реплікація йде особливим чином. Після впровадження в клітку господаря одноланцюжковою ДНК, яку називають (+)-ланцюгом, на ній, як на матриці, синтезується комплементарна їй (-)-ланцюг. На утворилася двухспіральной молекулі (репликативная форма) синтезуються нові одноланцюгові (+)-ланцюга, що включаються в нові вірусні частки. За таким же принципом відбувається Реплікація РНК-вмісних вірусів і фагів. Т. о., У всіх відомих випадках Реплікація ДНК і РНК проходить через стадію дволанцюжкові молекул.

У вищих організмів - еукаріотів, клітини яких містять сформоване ядро, основну генетичну функцію несуть складно організовані структури - хромосоми, що складаються з ДНК, РНК, білків і інших речовин. У інтерфазі, що передує поділу клітин (див. Мітоз, Мейоз), здійснюється Реплікація ДНК і інших компонентів хромосом; потім подвоєні хромосоми роз'єднуються і розподіляються рівномірно між дочірніми клітинами. Т. о., Вся спадкова інформація у відносно незмінному вигляді передається від клітини до клітини, від покоління до покоління.

Геліказа, топоізомераза і ДНК-зв'язуючі білки розплітають ДНК, утримують матрицю в розведеному стані і обертають молекулу ДНК. Правильність реплікації забезпечується точним відповідністю комплементарних пар основ і активністю ДНК-полімерази, здатної розпізнати і виправити помилку. Реплікація у еукаріотів здійснюється кількома різними ДНК-полімеразами. Далі відбувається закручування синтезованих молекул за принципом суперспіралізацію і подальшої компактизації ДНК. Синтез енерговитратний.

Ланцюги молекули ДНК розходяться, утворюючи репликационной вилку, і кожна з них стає матрицею, на якій синтезується нова комплементарна ланцюг. У результаті утворюються дві нові двоспіральні молекули ДНК, ідентичні батьківського молекулі.

Кожна молекула ДНК складається з одного ланцюга початкової батьківської молекули і однієї знову синтезованої ланцюга. Такий механізм реплікації називається напівконсервативним. В даний час цей механізм вважається доведеним завдяки дослідам Метью Мезельсона і Франкліна Сталя (1958 р.). Раніше існували і дві інші моделі: «консервативна» - в результаті реплікації одна молекула ДНК складається тільки з батьківських ланцюгів, а інша - тільки з дочірніх ланцюгів; «дисперсійна» - всі отримані в результаті реплікації молекули ДНК складаються з ланцюгів, одні ділянки яких знову синтезовані, а інші взяті з батьківської молекули ДНК).

Процес редуплікації: розкручування спіралі молекули - відділення одного ланцюга від одної на частини молекули ДНК - вплив ферменту ДНК-полімерази на молекулу - приєднання до кожного ланцюга ДНК комплементарних нуклеотидів - утворення двох молекул ДНК з однієї.

2. Процес реплікації ДНК

У процесі реплікації подвійна спіраль ДНК, що складається з двох комплементарних полінуклеотидних ланцюгів, розкручується на окремі ланцюги і одночасно починається синтез нових полінуклеотидних ланцюгів; при цьому вихідні ланцюга ДНК грають роль матриць. Нова ланцюг, синтезуються на кожній з вихідних ланцюгів, ідентична ін вихідної ланцюга. Коли процес завершується, утворюються дві ідентичні подвійні спіралі, кожна з яких брало складається з однієї старої (вихідної) і однієї нової ланцюга (рис. 1). Таким чином від одного покоління до іншого передається тільки одна з двох ланцюгів, складових вихідну молекулу ДНК, - так званий напівконсервативному механізм реплікації.

Реплікація складається з великої кількості послідовних етапів, які включають впізнавання точки початку реплікації, розплітання вихідного дуплексу (спіралі), утримання його ланцюгів в ізольованому один від одного стані, ініціацію синтезу на них нових дочірніх ланцюгів, їх зростання (елонгацію), закручування ланцюгів в спіраль і терминацию (закінчення) синтезу. Всі ці етапи реплікації, що протікають з високою швидкістю і винятковою точністю, забезпечує комплекс, що складається більш ніж з 20 ферментів і білків, - так звана ДНК-репліказная система, або бактерій реплісомою. Функціональна одиниця реплікації - реплікону, що представляє собою сегмент (ділянка) хромосоми або позахромосомних ДНК, обмежений точкою початку, в якій ініціюється реплікація, і точкою закінчення, в якій реплікація зупиняється. Швидкість реплікації контролюється на стадії ініціації. Одного разу почавшись, реплікація продовжується до тих пір, поки весь реплікону не буде дуплицировать (подвоєний). Частота ініціації визначається взаємодія спеціальних регуляторних білків з точкою початку реплікації. Бактеріальні хромосоми містять один реплікону: ініціації в єдиній точці початку реплікації веде до реплікації всього геному. У кожному клітинному циклі реплікація ініціюється лише один раз. Плазміди і віруси, які є автономними генетичними елементами, представляють собою окремі реплікону, здатні до багаторазового ініціації в клітині - хазяїні. Еукаріотічние хромосоми (хромосоми всіх організмів, за винятком бактерій і синьо-зелених водоростей) містять велику кількість реплікону, кожен з яких також одноразово ініціюється за один клітинний цикл.

Починаючи з точки ініціації, реплікація здійснюється в обмеженій зоні, що переміщається уздовж вихідної спіралі ДНК. Ця активна зона реплікації (т.зв. реплікац. вилка) може рухатися в обох напрямах. При односпрямованої реплікації вздовж ДНК рухається одна репликационная вилка. При двобічної реплікації від точки ініціації в протилежних напрямках розходяться дві реплікаційний вилки; швидкості їх руху можуть різнитися. При реплікації ДНК бактерії і ссавців швидкість росту дочірньої ланцюга становить соотв. 500 і 50 нуклеотидів в 1 с; у рослин ця величина не перевищує 20 нуклеотидів в 1 с. Рух двох вилок в протилежних напрямах створює петлю, яка має вигляд "бульбашки" або "очі". Триваюча реплікація розширює "око" до тих пір, поки він не включить у себе весь реплікону.

У ході реплікації зростання ланцюга здійснюється завдяки взаємодії дезоксирибонуклеозидтрифосфата з 3'-ОН кінцевим нуклеотидом вже побудованої частини ДНК, при цьому відщеплюється пірофосфат і утворюється фосфодіефірних зв'язок. Зростання полинуклеотидной ланцюга йде тільки з її З "-кінця, тобто в напрямку 5 ': 3'. Фермент, що каталізує цю реакцію,-ДНК - полімераза.

Енергія, що витрачається на освіту кожної нової фосфодіефірних зв'язку в ланцюгу ДНК, забезпечується розщепленням фосфатної зв'язку між a-і b-фосфатними групами нуклеозидтрифосфат.

ДНК-полімераза має один центр зв'язування нуклеозидтрифосфат, загальний для всіх чотирьох нуклеотидів. Вибір з-поміж нуклеотиду, заснування якого комплементарно чергового підставі матриці, протікає без помилок, завдяки визначає впливу ДНК-матриці (вихідної ланцюга ДНК). При деяких мутаційних пошкодженнях структури ДНК-полімерази в ряді випадків відбувається включення некомплементарних нуклеотидів.

У процесі реплікації формальної ДНК на короткий час з імовірністю 10-4-10-5 виникають рідкісні таутомерних форм всіх 4 азотистих основ нуклеотидів, які утворюють неправильні пари. Висока точність реплікації (імовірність помилок не перевищує 10-9) зумовлена ​​наявністю механізмів, які здійснюють корекцію (репарацію).

Репликационная вилка асиметрична. З двох синтезованих дочірніх ланцюгів ДНК одна будується безперервно, а інша - з перервами. Першу називають ведучої, чи лідируючої, ланцюгом, а другу - відстає. Синтез другий ланцюга йде повільніше; хоча в цілому цей ланцюг будується в напрямку 3 ': 5', кожен з її фрагментів окремо нарощується у напрямку 5 ': 3'. Завдяки такому переривчастих механізму синтезу, реплікація обох антипаралельних ланцюгів здійснюється за участю одного ферменту-ДНК-полімерази, що каталізує нарощування нуклеотидної ланцюга тільки в напрямку 5 ': 3'.

Як запалів для синтезу фрагментів відстає ланцюга служать короткі відрізки РНК, комплементарні матричної ланцюга ДНК. Ці РНК-затравки (праймери), що складаються приблизно з 10 нуклеотидів, з певними інтервалами синтезуються на матриці відстає ланцюга з рібонуклеозідтріфосфатов у напрямку 5 ': 3' за допомогою ферменту РНК-праймазою. РНК-праймери потім нарощуються дезоксинуклеотидил з 3'-кінця ДНК-полімеразою, яка продовжує нарощування до тих пір, поки будується ланцюг не досягає РНК-затравки, приєднаної до 5'-кінця попереднього фрагмента. Утворені таким чином фрагменти (т. зв. Фрагменти Окадзакі) відстає ланцюга налічують у бактерій 1000-2000 дезоксірібонуклеотідних залишків; в тваринних клітинах їх довжина не перевищує 200 нуклеотидів.

Щоб забезпечити утворення безперервного ланцюга ДНК з багатьох таких фрагментів, в дію вступає особлива система репарації ДНК, що видаляє РНК-затравки і замінює її на ДНК. У бактерій РНК-затравка видаляється нуклеотид за нуклеотидом завдяки 5 ': 3'-екзонуклеазну активності ДНК-полімерази. При цьому кожен відщепленим рібонуклеотідний мономер заміщається відповідним дезоксирибонуклеотидів (як приманка використовується З "-кінець синтезованого на старій ланцюга фрагмента). Завершує весь процес фермент ДНК-лігаза, що каталізує утворення фосфодіефірних зв'язку між групою З "-ОН нового фрагмента ДНК і 5-фосфатною групою попереднього фрагмента. Освіта зв'язку з цим вимагає витрати енергії, до-раю поставляється в ході сполученого гідролізу пірофосфатная зв'язку коферменту-нікотинамід-аденіндінуклеотіда (в бактеріальних клітинах) або АТФ (у тваринних клітинах і в бактеріофагів).

Розкручування подвійної спіралі і просторів. розділення кіл здійснюється за допомогою кількох спеціальних білків. Геліказа розплітають короткі ділянки ДНК, що знаходяться безпосередньо перед репликационной виделкою. На поділ кожної пари підстав витрачається енергія гідролізу двох молекул АТФ до аденозиндифосфату і фосфату. До кожної з розділилися ланцюгів приєднується кілька молекул ДНК-зв'язуючих білків, які перешкоджають утворенню комплементарних пар і зворотному возз'єднання ланцюгів. Завдяки цьому нуклеотидні послідовності ланцюгів ДНК виявляються доступними для реплікативної системи. Інші специфічні білки допомагають праймазою отримати доступ до матриці відстає ланцюга. У результаті праймазою зв'язується з ДНК і синтезує РНК-затравки для фрагментів відстає ланцюга. Для формування нових спіралей не потрібно ні витрат енергії, ні участі комплементарного "закручує" ферменту.

У разі кільцевого реплікону (напр., у плазміди) описаний процес зв. q-реплікацією. Кільцеві молекули ДНК закручені самі на себе (суперспіралізовани), при розкручуванні подвійної спіралі в процесі реплікації вони повинні безперервно обертатися навколо власної осі. При цьому виникає торсіонне напруга, що усувається шляхом розриву одним із ланцюжків. Потім обидва кінці відразу ж знову з'єднуються один з одним. Цю функцію виконує фермент ДНК-топоізомераза. Реплікація в цьому випадку зазвичай відбувається у двох напрямках, тобто існують дві реплікаційний вилки. Після завершення реплікації з'являються дві дволанцюжкові молекули, які спочатку пов'язані один з одним як ланки одного ланцюга. При їх поділі одне з двох кілець тимчасово розривається.

Альтернативний варіант реплікації кільцевого реплікону припускає розрив в одному з ланцюжків двухспіральной молекули ДНК. Утворений при цьому вільний 3'-кінець ковалентно нарощується, залишаючись що з матрицею (другий, нерозірваної ланцюгом), а 5'-кінець поступово витісняється новою полинуклеотидной ланцюгом. Таким чином один ланцюг розмотується і безперервно подовжується, а репликационная вилка ковзає навколо кільцевої матричної ланцюга (механізм "кільця, що котиться"). У міру зростання нового ланцюга відтіснила ланцюг з звільнилися 5'-кінцем стає лінійною матрицею для синтезу нової комплементарного ланцюжка. Цей синтез на лінійній матриці продовжується до тих пір, поки не утворюється дочірня ланцюг ДНК, комплементарна одному обороту кільцевої матриці, тобто цілого реплікону. Таким шляхом з кільцевої матриці може сходити велике число комплементарних копій. Такий механізм виявлений у деяких вірусів, а також у ряді клітин еукаріот.

Ще одна схема реплікації передбачає формування структури, названої D-петлею. Відповідно до цього механізму, спочатку реплікується тільки одна з ланок кільцевого реплікону, тоді як другий ланцюг, залишаючись інтактною, витісняється, утворюючи петлю. Реплікація другий ланцюга починається з ін стартової точки і тільки після того, як реплікувати частину першої ланцюга. Такий механізм реплікації виявлений, наприклад у мітохондріальних ДНК.

Реплікація РНК (синтез РНК на РНК-матриці) вивчена менше. Вона здійснюється тільки в деяких вірусів (напр., у вірусів поліомієліту та сказу). Фермент, що каталізує цей процес - РНК-залежна РНК-полімераза (його називають також РНК-репликазу або РНК-синтетазою). Відомо кілька типів реплікації, РНК:

1. віруси, що містять матричні РНК, або мРНК [т. зв. (+) РНК], в результаті реплікації утворюють комплементарную їй ланцюг [(-) РНК], яка не є мРНК, яка використовується як матриця для синтезу (+) РНК;

2. віруси, що містять (-) РНК, в результаті реплікації синтезують (+) РНК;

3. віруси, що містять двухцепочечную РНК [(+) PHK і (-) РНК], в результаті асиметричної реплікації синтезують (+) РНК.

Гіпотеза про механізм реплікації сформульована в 1953 Дж. Уотсоном і Ф. Криком, які припустили, що дві комплементарні ланцюга ДНК після їх поділу можуть виконувати функції матриць для утворення на них нових ланцюгів ДНК. У 1958 М. Мезельсон і Ф. Сталь експериментально підтвердили такий механізм реплікації.

3. Основні ферменти реплікації ДНК

ДНК - полімераза

ДНК-полімераза - фермент, що бере участь у реплікації ДНК. Ферменти цього класу каталізують полімеризацію дезоксирибонуклеотидів уздовж ланцюжка ДНК, який фермент «зчитує» і використовує як шаблон. Тип нового нуклеотиду визначається за принципом комплементарності до шаблону, з якого ведеться зчитування. Зібрана молекула комплементарна до шаблонного ланцюжкa і ідентична до другої компоненти подвійної спіралі.

Розрізняють ДНК-залежну ДНК-полімеразу, що використовує як матрицю один з ланцюжків ДНК, і РНК-залежну ДНК-полімеразу, здатну до зчитування інформації з РНК (зворотня транскрипція).

ДНК-полімераза є холоферменту, оскільки для нормального функціонування вона потребує присутності іонів магнію як кофактора. У відсутності іонів магнію про неї можна говорити як про апоферментe.

ДНК-полімераза починає реплікацію ДНК, зв'язуючись з відрізком ланцюга нуклеотидів. Середня кількість нуклеотидів, що приєднується ферментів ДНК-полімеразою за один акт зв'язування / дисоціації з матрицею, називають процесивністю.

ДНК - лігази

Лігаза - фермент, що каталізує з'єднання двох молекул з утворенням нової хімічного зв'язку (лігування). При цьому зазвичай відбувається відщеплення (гідроліз) невеликої хімічної групи від однієї з молекул.

Лігази відносяться до класу ферментів EC 6.

У молекулярній біології лігази поділяють на дві великі групи - РНК-лігази і ДНК-лігази. ДНК-лігаза, що здійснює репарацію ДНК

ДНК-лігази - ферменти, що каталізують ковалентное зшивання ланцюгів ДНК в дуплексі при реплікації, репарації та рекомбінації. Вони утворюють фосфодіефірні містки між 5'-фосфорильної і 3'-гідроксильної групами сусідніх дезоксинуклеотидов у місцях розриву ДНК або між двома молекулами ДНК. Для утворення цих містків лігази використовують енергію гідролізу пірофосфорільной зв'язку АТФ. Один з найпоширеніших комерційно доступних ферментів - ДНК-лігаза бактеріофага Т4.

ДНК - геліказа

ДНК геліказа - ферменти розкручують двуцепочечную спіраль ДНК з витратою енергії гідролізу трифосфато NTP. Утворена одноланцюжкова ДНК бере участь у різних процесах, таких як реплікація, рекомбінація, і репарація. ДНК геліказа необхідні для реплікації, репарації, рекомбінації і транскрипції. Геліказа присутні у всіх організмах.

ДНК-топоізомерази

ДНК-топоізомерази-ферменти, що змінюють ступінь сверхспіральності і тип сверхспіралі. Шляхом одноланцюжковою розриву вони створюють шарнір, навколо якого нереплецірованний дуплекс ДНК, що знаходиться перед виделкою, може вільно обертатися. Це знімає механічне напруження, що виникає при розкручуванні двох ланцюгів в реплікативної вилці, що є необхідною умовою для її безперервного руху. ) обеспечивают разделение или образование катенанов - сцепленных кольцевых ДНК (образуются в результате репликации кольцевой ДНК), а также устранение узлов и спутанных клубков из длинной линейной ДНК. Крім того, топоізомерази (типу II) забезпечують поділ або освіту катенанів - зчеплених кільцевих ДНК (утворюються в результаті реплікації кільцевої ДНК), а також усунення вузлів і поплутаних клубків з довгої лінійної ДНК. Існує два типи топоізомераз. уменьшают число сверхвитков в ДНК на единицу за один акт. Топоізомерази типу I зменшують число сверхвітков в ДНК на одиницю за один акт. Ці топоізомерази надрізають одну з двох ланцюгів, в результаті чого фланкирующие дуплексні області можуть повернуться навколо інтактною ланцюга, і потім возз'єднують кінці розрізаної ланцюга. Ця реакція не потребує енергії АТФ, тому що енергія фосфодіефірних зв'язку зберігається завдяки тому, що тирозинових залишок у молекулі ферменту виступає то в ролі акцептора, то в ролі донора фосфорильного кінця розрізаної ланцюга.

вносят временные разрывы в обе комплиментарные цепи, пропускают двухцепочечный сегмент той же самой или другой молекулы ДНК через разрыв, а затем соединяют разорванные концы. Топоізомерази типу II вносять тимчасові розриви в обидві компліментарні ланцюга, пропускають дволанцюжкової сегмент тієї ж самої або іншої молекули ДНК через розрив, а потім з'єднують розірвані кінці. У результаті за один акт знімаються два позитивних чи негативних сверхвітка. тоже используют тирозиновые остатки для связывания 5 ¢ -конца каждой разорванной цепи в то время . Топоізомерази типу II теж використовують тирозинових залишки для зв'язування 5 ¢-кінця кожної розірваної ланцюга в той час. коли інший дуплекс проходить через місце розриву.

Праймазою

и дальнейшем для синтеза отстающей цепи. Праймазою-фермент, що володіє РНК-полімеразної активністю; служить для утворення РНК-праймерів, необхідних для ініціації синтезу ДНК в точці ori і надалі для синтезу відстає ланцюга.

4. Реплікація у прокаріотів та еукаріотів

Комплементарність азотистих основ у молекулі ДНК становить головну сутність молекулярних основ спадковості і дозволяє зрозуміти, як при діленні клітини синтезуються тотожні молекули ДНК.

Перед кожним подвоєнням хромосом і діленням клітини відбувається реплікація (подвоєння) ДНК. Реплікацією називають процес самокопірованія молекули ДНК з дотриманням порядку чергування нуклеотидів, властивого материнським комплементарним ниткам.

Спіралеподібна двухцепочная ДНК спочатку розплітається (розкручується) уздовж осі, водневі зв'язки між азотистими підставами рвуться і ланцюги розходяться. Потім, до кожної ланцюга прилаштовуються комплементарні азотисті основи, і утворюються дві нові дочірні молекули ДНК. Такий спосіб подвоєння молекул, при якому кожна дочірня молекула містить одну материнську і одну знову синтезовану ланцюг, називають напівконсервативним.

Процес реплдікаціі здійснюється за допомогою ферментів, які отримали назву ДНК-полімераз. Ділянка молекули ДНК, в якому почали розплітатися комплементние нитки, називається виделкою реплікації. Вона утворюється у прокаріотів в певній генетично детермінованої точці. У молекулі ДНК у еукаріот таких точок ініціації реплікації («стартових точок») буває декілька. У еукаріотів процес реплікації ДНК йде неоднаково. Пояснюється це тим, що полінуклеотидні ланцюга в молекулі ДНК антіпараллельни, тобто 5'-кінець одного ланцюга з'єднується з 3'-кінцем іншого, і навпаки. Материнська ланцюг, на якій синтез йде від точки старту 5'-> 3 'у вигляді суцільної лінії, називається лідируючої, а другий ланцюг, на якій синтез йде від 3'-> 5' (в протилежному напрямку) окремими фрагментами отримала назву запізнілої. Синтез цього ланцюга складніше синтезу лідируючої ланцюга. Він протікає з участю ферменту лігази окремими фрагментами. Ці фрагменти (ділянки кодової нитки ДНК) містять у еукаріотів 100-200, а у прокаріот 1000-2000 нуклеотидів. Вони отримали назву фрагментів Окадзакі, на ім'я відкрив їх японського вченого.

Фрагмент ДНК від однієї точки початку реплікації до іншої точки утворює одиницю реплікації - реплікону. Реплікація починається з певної точки (локус ori) і триває до тих пір, поки весь реплікону не буде дуплеціпрован. Молекули ДНК прокаріотичних клітин містять велику кількість реплікону, тому удваеніе ДНК починається в декількох точках. У різних реплікону подвоєння може йти в різний час або одночасно.

Реплікація молекул ДНК у прокаріотів протікає трохи інакше, ніж у еукаріотів. У прокаріотів одна з ниток ДНК розривається і один кінець її прикріплюється до клітинної мембрани, а на протилежному кінці відбувається синтез дочірніх ниток. Такий синтез дочірніх ниток ДНК отримав назву «котиться обруча». Реплікація ДНК протікає швидко. Так, у бактерії швидкість реплікації становить 30 мкм в хвилину. За хвилину до нитки-матриці приєднується близько 500 нуклеотидів, у вірусів за цей час - близько 900 нуклеотидів. У еукаріотів процес реплікації протікає повільно. У них дочірня нитка подовжується на 1,5-2,5 мкм у хвилину.

ДНК всіх живих істот влаштований однаково. ДНК різних видів різняться коефіцієнтом видоспецифічності, що є ставлення молекулярної суми А + Т до молекулярної сумі Г + Ц. видоспецифічність ДНК виражається відсотком або часток у ній ГЦ-пар. Коефіцієнт видової специфічності різний у різних видів, але загалом спостерігається зміна ГЦ-пар від прокаріотів до еукаріотів, а в межах останніх - від нижчих до більш високоорганізованим формам.

Вуглеводно-фосфатний кістяк по всій довжині у всіх молекулах ДНК має однотипну структуру і не несе генетичної інформації. Спадкова інформація зашифрована різною послідовністю підстав. А якщо послідовність підстав визначає характер білків собаки, корови, бактерії, вірусу і т. д., то відповідна спадковість може передаватися з покоління в покоління.

Таким чином, в структорной організації молекули ДНК можна виділити первинну структуру - полінуклеотидний ланцюг, вторинну структуру - дві комплементарні один одному полінуклеотидні ланцюга, з'єднані водневими зв'язками, і третинну структуру - тривимірну спіраль з певними просторовими характеристиками.

Висновок

Суть реплікації ДНК полягає в тому, що спеціальний фермент розриває слабкі водневі зв'язки, які з'єднують між собою нуклеотиди двох ланцюгів. У результаті ланцюга ДНК роз'єднуються, і з кожної ланцюга «стирчать» вільні азотисті основи.

Потрібно відзначити, що існує ряд об'єктів, реплікація яких проходить за дещо іншим механізмом, ніж було описано вище. -петель (сначала начинает реплицироваться одна цепь, в результате чего образуется структура в форме D , а после репликации более половины первой нити, начинает синтезироваться вторая); ряд плазмид и ДНК некоторых вирусов реплицируется по типу катящегося кольца и т.п. Так, наприклад, кільцева ДНК мітохондрій і хлоропластів реплікується з утворенням D-петель (спочатку починає реплицироваться один ланцюг, в результаті чого утворюється структура у формі D, а після реплікації більше половини першої нитки, починає синтезуватися друга); ряд плазмід і ДНК деяких вірусів реплікується за типом кільця, що котиться і т.п. Однак принципова схема реплікації для всіх біологічних об'єктів залишається однією і тією ж.

Джерела

1. Степто Г., Келіндар Р., Молекулярна генетика, пров. з англ. 1981

2. М. Сінгер, П. Берг., Гени та геноми. 1998

3. Фаворову О.О., Збереження ДНК в ряді поколінь: Реплікація ДНК. 1996

4. Ратнер В. А., Принципи організації і механізми молекулярно-генетичних процесів

5. http://www.wikipedia.ru

Посилання (links):
  • http://www.wikipedia.ru/
  • Додати в блог або на сайт

    Цей текст може містити помилки.

    Біологія | Реферат
    67.8кб. | скачати


    Схожі роботи:
    Реплікація різних ДНК її регуляція і репарація
    Реплікація збереження і модифікація геному
    ДНК і РНК
    Рекомбінантниехімерние ДНК
    ДНК-ідентифікація
    Тріумф рекомбінантних ДНК
    ДНК-віруси і фаги
    Наша історія записана в ДНК
    Функції ДНК і її біологічна роль
    © Усі права захищені
    написати до нас
    Рейтинг@Mail.ru