19.11.2014 Если истинно утверждение, что сущность жизни состоит в накоплении и передаче опыта от поколения к поколению, то ключевой проблемой биологии, по-видимому, можно считать вопрос о том, как увековечивает свой опыт живая материя. Макс Дельбрюк План лекции Общая характеристика процесса репликации Аппарат репликации и его компоненты Репликон и молекулярные механизмы репликации Этапы репликации Особенности репликации у прокариот и эукариот 1 19.11.2014 Репликация – это молекулярный процесс точного копирования ДНК, в результате которого из одной молекулы ДНК образуются две новые молекулы. Принципы репликации Полуконсервативный синтез Комплементарный синтез Синтез новой цепи (полимеризация нуклеотидов) идет в направлении 5‘ - 3‘ Идет в двух направлениях от точки ORI, т.к. цепи антипараллельны Происходит в ядре в фазе S клеточного цикла асинхронно Требует участия целого комплекса белков и затрат энергии. Из трех возможных механизмов репликации экспериментально был подтвержден полуконсервативный механизм Мезельсон, Сталь, 1957 2 19.11.2014 Полимеризация нуклеотидов происходит только в направлении 5‘ - 3‘ верно ошибочно верно Так как цепи антипараллельны, синтез происходит на одной цепи непрерывно, а на другой цепи прерывисто – фрагментами Оказаки Репликация обеспечивает: Процесс удвоения генетического материала Передачу Г.И. от клетки к клетке, от поколения к поколению Преемственность между поколениями и постоянство Г.И. в процессе клеточного деления 3 19.11.2014 Аппарат репликации ДНК-матрица с точкой ORI Свободные нуклеозидтрифосфаты (dNTP, NTP) Комплекс белков: - геликаза - ДНК-полимераза - праймаза - топоизомеразы I и II - лигаза - белки SSB ORI - точка начала репликации • состоит из около 300 нуклеотидов • содержит участки, способные связывать специфические белки инициации репликации. ДНК-геликаза Обеспечивает локальную деспирализацию и денатурацию ДНК, используя энергию гидролиза АТФ 4 19.11.2014 ДНК-полимераза • катализирует реакцию полимеризации нуклеотидов Типы ДНК-полимераз эукариот Локализация α β γ σ ядро ядро митох ядро ядро Репликация + - + + - Репарация - + - - + Полимеразная активность + + + + + Экзонуклеазная Активность 3’5’ - - + + + Синтезируемая цепь Отстающая Репар. обе лидерная Репар. ! ДНК-полимераза самостоятельно не может начать синтез новой цепи, она способна только к удлинению этой цепи при наличии затравки. Праймаза – обеспечивает синтез небольшого фрагмента РНК, выполняющего роль затравки 5 19.11.2014 Топоизомеразы удаляют витки спирали за счет разрезов Лигаза сшивает вновь синтезированные фрагменты Белки SSB стабилизируют цепь ДНК -матрицу в выпрямленном состоянии 6 19.11.2014 Репликация обеспечивается слаженной работой всех компонентов аппарата репликации Репликон – функциональная единица репликации • состоит из 100-300 тыс.п.н. • имеет точку начала (ori) и точку окончания (terminus) • содержит две репликативные вилки • у прокариот 1 репликон, а у эукариот – много Направление синтеза в репликативной вилке 7 19.11.2014 На отстающей цепи-матрице синтез идет в виде фрагментов Оказаки Этапы репликации Инициация - присоединение специальных белков к точке ORI - расплетание ДНК при участии геликазы - синтез праймера - присоединение первых dNTP к затравке Элонгация - удлинение новой цепи за счет полимеризации нуклеотидов - выявление ошибок и их исправление Терминация - удаление праймеров - заполнение бреши - сшивание фрагментов Оказаки Инициация репликации 8 19.11.2014 Особенности репликации у прокариот (тип Θ) Один репликон и одна точка ori, которой ДНК фиксируется к плазмалемме Скорость – 1000 нукл/сек 3 типа ДНК-полимеразы (I,II,III) тип III –основной , обладает полимеразной и экзонуклеазной активностями, тип II – заполняет бреши и удаляет праймеры. • две репликативные вилки Особенности репликации у эукариот Репликация начинается во многих точках ori и происходит асинхронно Скорость репликации 100 нукл.\сек 5 типов ДНК-полимеразы Из-за удаления последнего праймера отстающая цепь всегда короче Теломерные участки реплицируются по специальному механизму Репликация теломерных участков 9 19.11.2014 Теломеры и старение Теломеры и старение 30-летний житель Токио 26-летний Альвидас 10