Структура ДНК,репликация ДНК

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранениеинформации о структуре РНК и белков.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы. В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали».

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепиводородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин — только с цитозином. Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции. Кроме того, в геноме эукариот часто встречаются участки, принадлежащие «генетическим паразитам», например,транспозонам.

РЕПЛИКАЦИЯ - удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называется удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация ДНК. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к поколению. Принципы репликации: Инициация цепей ДНК. ДНК-полимеразы способны добавлять но­вые дезоксирибонуклеотидные звенья к 3'-концу уже имеющейся полинуклеотидной цепи. Заранее образованную цепь, к ко­торой добавляются нуклеотиды - затравка. РНК-затравку синтезирует фермент ДНК-праймаза. Затравка от­личается от остальной новосинтезированной цепи ДНК, т. к. состоит из ри­бонуклеотидов, и далее может быть удалена. Образовавшиеся бреши застраиваются ДНК-поли­меразой. Расплетание двойной спирали ДНК. Область репликации, которая перемещается вдоль родительской спирали ДНК и характеризующуюся мест­ным расхождением двух ее цепей была названа репликационной вилкой. В ней ДНК-по­лимеразы синтезируют дочерние моле­кулы ДНК. Область, ко­торая уже реплицирована, имеет вид глазка внутри нереплицировавшейся ДНК. Глазок образуется в местах моле­кулы, где на­ходятся специфиче­ские нуклеотидные последовательности - точки начала репликации. В зависи­мости от направления репликации глазок содержит 1или 2 репликационные вилки. Ферменты ДНК-хеликазы быстро движутся по одиночной цепи и, встречая на пути участок двойной спирали, они разрывают водо­родные связи между основаниями, разделяют цепи и продвигают репликаци­он­ную вилку. Белки ДНК-топоизоме­разы вносят в цепь ДНК цепочечные разрывы, позволяющие цепям ДНК разделиться, а затем заделывают эти разрывы. То­поизомеразы участвуют в расцеплении зацепленных двухце­почечных колец, обра­зующихся при репликации кольцевых ДНК. Прерывистый синтез ДНК. Дочер­ние цепи растут в направлении 5'-3' (удлиняется 3'-конец затравки), а мат­рица считывается ДНК-полимеразой в направлении 3'-5'. Синтез ДНК происходит на одной из мат­ричной цепей. На вто­рой ДНК синтезируется короткими фрагментами (фрагменты Ока­заки). Вновь образованная цепь, которая синтезируется непрерывно, называ­ется ведущей, а другая, собираемая из фрагментов Оказаки, отстающей. Синтез ка­ждого из этих фрагментов начинается с РНК-затравки. Через некото­рое время РНК-затравки удаляются, бреши застраиваются ДНК-полимеразой и фрагменты сшиваются в одну непрерывную цепь ДНК специ­альным фермен­том.

Молекула ДНК-прай­мазы с ДНК-хеликазой образуют структуру - праймосо­му. Она движется в направлении раскрывания репликационной вилки и по ходу дви­жения синтезирует РНК-затравку для фрагментов Оказаки. В репликацион­ной вилке одновременно работают около двадцати разных белков. Процесс репликации хромосомы бактерий начинается в области ДНК (точке Ori) и продолжается до тех пор, пока не удво­ится вся ДНК хромосомы. Бактериальная хромосома представ­ляет собой единицу ре­пликации - репликон. Итоги: В процессе репликации участвуют: 1. ДНК-хеликаза, которая расплетает двойную спираль и формирует репликационную вилку. 2. ДНК-полимеразы катализируют синтез полинуклеотидной цепи ДНК в направле­нии 3'-5. В направлении 5'-3' непрерывно син­тезируется одна цепь - ведущая; другая цепь, отстающая, синтезируется в виде коротких фрагментов Оказаки. 3. ДНК-праймаза катализирует короткие молекулы РНК-за­травки. Впоследствии фрагменты РНК удаляются - их заменяет ДНК. 4. ДНК-топоизомеразы помогают решить проблемы кручения и спуты­вания спирали ДНК. 5. Инициаторные белки связываются в точке начала репликации и спо­собствуют обра­зованию нового репликационного глазка с одной или двумя вилками.