Презентация на тему "репликация молекулы днк". Репликация ДНК это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской

Слайд 4

Доказали существование полуконсервативной модели М. Мезельсон и Ф.Сталь в 1958 году. Они выращивали бактерии E.coli несколько поколений на минимальной среде в которой единственным источником азота бы хлорид аммония с меченым атомом N15.В результате все клеточные компоненты бактерий содержали в своем составе тяжелый азот N15.

Слайд 5

Схема опытов Мезелсона и Сталя

Слайд 6

В клеткаx репликация начинается со специфической точки в кольцевой ДНК (область начала репликации) и продолжается в обоих направлениях. В результате образуются две репликативные вилки, которые продвигаются в противоположных направлениях, т. е. обе цепи реплицируются одновременно.

Слайд 7

Каждая репликативная вилка включает по крайней мере две молекулы ДНК-полимеразы III, ассоциированные с несколькими вспомогательными белками. К последним относятся ДНК-топоизомеразы (гиразы), которые раскручивают плотно свернутую двойную спираль ДНК, и хеликазы, которые расплетают двухтяжевую ДНК на две цепи. Поскольку матричная цепь всегда читается в направлении 3"→5", только одна из цепей может считываться непрерывно. Другая цепь считывается в направлении, противоположном движению репликативной вилки. В результате на матрице вначале синтезируются короткие фрагменты новой цепи ДНК, так называемые фрагменты Оказаки, названные так по имени их первооткрывателя.

Слайд 8

Расположение основных белков в репликационной вилке

Слайд 9

Каждый фрагмент начинается с короткой РНК-затравки, необходимой для функционирования ДНК-полимеразы. Праймер синтезируется специальной РНК-полимеразой, ДНК-полимераза III достраивает этот праймер до фрагмента ДНК длиной 1000-2000 дезоксинуклеотидных звеньев. Синтез этого фрагмента далее прерывается, и новый синтез начинается со следующего РНК-праймера. Индивидуальные фрагменты Оказаки первоначально не связаны друг с другом и все еще имеют РНК на 5"-концах. На некотором расстоянии от репликативной вилки ДНК-полимераза I начинает замещать РНК-праймер последовательностью ДНК. В завершение остающиеся одноцепочечные разрывы репарируютсяДНК-лигазой. В образованной таким образом двойной спирали ДНК только одна из цепей синтезирована заново.

Нуклеиновые кислоты.

История создания нуклеиновых кислот ДНК открыта в 1868 г швейцарским врачом И. Ф. Мишером в клеточных ядрах лейкоцитов, отсюда и название – нуклеиновая кислота (лат. « nucleus » - ядро). В 20-30-х годах XX в. определили, что ДНК – полимер (полинуклеотид), в эукариотических клетках она сосредоточена в хромосомах. Предполагали, что ДНК играет структурную роль. В 1944 г. группа американских бактериологов из Рокфеллеровского института во главе с О. Эвери показала, что способность пневмококков вызывать болезнь передается от одних к другим при обмене ДНК. ДНК является носителем наследственной информации.

Фридрих Фишер Швейцарский биохимик.Из остатков клеток,содержащихся в гное,он выделил вещество,в состав которого входят азот и фосфор.Учёный назвал это нуклеином,полагая,что оно содержится лишь в ядре клетки. Позднее небелковая часть этого вещества была названа нуклеиновой кислотой

УОТСОН Джеймс Дьюи Американский биофизик, биохимик, молекулярный биолог, предложил гипотезу о том, что ДНК имеет форму двойной спирали, выяснил молекулярную структуру нуклеиновых кислот и принцип передачи наследственной информации. Лауреат Нобелевской премии 1962 года по физиологии и медицине (вместе с Фрэнсис Харри Комптоном Криком и Морисом Уилкинсом).

КРИК Френсис Харри Комптон Английский физик, биофизик, специалист в области молекулярной биологии, выяснил молекулярную структуру нуклеиновых кислот; открыв основные типы РНК, предложил теорию передачи генетического кода и показал, как происходит копирование молекул ДНК при делении клеток. в 1962 году стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине

Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, мономеры которых – нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из 3-х частей: азотистого основания, пентозы – моносахарида, остатка фосфорной кислоты.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК рибонуклеиновая кислота Состав нуклеотида в ДНК Состав нуклеотида в РНК Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Урацил (У): Рибоза Остаток фосфорной кислоты Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Тимин (Т) Дезокси- рибоза Остаток фосфорной кислоты Информационная (матричная) РНК (и-РНК) Транспортная РНК (т-РНК) Рибосомная РНК (р-РНК) Передача и хранение наследственной информации

Химическое строение азотистых оснований и углеводов

Принцип комплементарности Азотистые основания двух полинуклеотидных цепей ДНК соединяются между собой попарно при помощи водородных связей по принципу комплементарности. Пиримидиновое основание связывается с пуриновым: тимин Т с аденином А (две ВС), цитозин Ц с гуанином Г (три ВС). Таким образом, содержание Т равно содержанию А, содержание Ц равно содержанию Г. Зная последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК, можно расшифровать строение (первичную структуру) второй цепи. Для лучшего запоминания принципа комплементарности можно воспользоваться мнемоническим приемом: запомни словосочетания Т игр – А льбинос и Ц апля - Г олубая

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики

Параметры ДНК

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК ДНК

Строение и функции РНК РНК - полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение - некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Репликация ДНК Удвоение молекулы ДНК называют репликацией или редупликацией. Во время репликации часть молекулы «материнской» ДНК расплетается на две нити с помощью специального фермента, причем это достигается разрывом водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: аденином -тимином и гуанином – цитозином. Далее к каждому нуклеотиду разошедшихся нитей ДНК фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему нуклеотид.

Состав и структура РНК. I этап биосинтеза белка С помощью специального белка РНК-полимеразы молекула информационной РНК строится по принципу комплементарности по участку одной нити ДНК в процессе транскрипции (первого этапа синтеза белка). Сформированная цепочка и-РНК представляет точную копию второй (нематричной) цепочки ДНК, только вместо тимина Т включен урацил У. Мнемоника: вместо Т игра – А льбиноса есть У тка – А льбинос! и-РНК

Биосинтез белка Трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы и-РНК (матричной) в последовательность аминокислот молекулы белка. и-РНК взаимодействует с рибосомой, которая начинает двигаться по и-РНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т.е. 6 нуклеотидов).

Виды РНК В клетке имеется несколько видов РНК. Все они участвуют в синтезе белка. Транспортные РНК (т-РНК) - это самые маленькие по размерам РНК (80-100 нуклеотидов). Они связывают аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза белка. Информационные РНК (и-РНК) - они в 10 раз больше тРНК. Их функция состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка. Рибосомные РНК (р-РНК) - имеют наибольшие размеры молекулы(3-5 тыс.нуклеотидов), входят в состав рибосом.

Биологическая роль и-РНК и-РНК, являясь копией с определенного участка молекулы ДНК, содержит информацию о первичной структуре одного белка. Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в молекуле и-РНК (первооснова –ДНК!) кодирует определенный вид аминокислоты. Эту информацию сравнительно небольшая молекула и-РНК переносит из ядра, проходя через поры в ядерной оболочке, к рибосоме – месту синтеза белка. Поэтому и-РНК иногда называют « матричной », подчеркивая ее роль в данной процессе. Генетический код был расшифрован в 1965-1967 г.г., за что Х. Г. Корану была присуждена Нобелевская премия.

Рибосомные РНК Рибосомные РНК синтезируются в сновном в ядрышке и составляют примерно 85-90% всех РНК клетки. В комплексе с белками они входят в состав рибосом и осуществляют синтез пептидных связей между аминокислотными звеньями при биосинтезе белка. Образно говоря, рибосома – это молекулярная вычислительная машина, переводящая тексты с нуклеотидного языка ДНК и РНК на аминокислотный язык белков.

Транспортные РНК РНК, доставляющие аминокислоты к рибосоме в процессе синтеза белка, называются транспортными. Эти небольшие молекулы, форма которых напоминает лист клевера, несут на своей вершине последовательность из трех нуклеотидов. С их помощью т-РНК будут присоединяться к кодонам и-РНК по принципу комплементарности. Противоположный конец молекулы т-РНК присоединяет аминокислоту, причем только определенный вид, который соответствует его антикодону

Генетический код Наследственная информация записана в молекулах НК в виде последовательности нуклеотидов. Определенные участки молекулы ДНК и РНК (у вирусов и фагов) содержат информацию о первичной структуре одного белка и называются генами. 1 ген = 1 молекула белка Поэтому наследственную информацию, которую содержат ДНК называют генетической.

Свойства генетического кода: Универсальность Дискретность (кодовые триплеты считываются с молекулы РНК целиком) Специфичность (кодон кодирует только АК) Избыточность кода (несколько)

Признаки ДНК РНК СХОДСТВА Полинуклеотиды, мономеры которых имеют общий план строения. РАЗЛИЧИЯ: 1) Сахар дезоксирибоза рибоза 2) Азотистые основания аденин - тимин, цитозин - гуанин аденин – урацил, цитозин – гуанин 3) Структура двойная спираль одноцепочечная молекула 4) Местонахождение в клетке ядро, митохондрии и хлоропласты цитоплазма, рибосомы 5) Биологические функции хранение наследственной информации и передача ее из поколения в поколение участие в матричном биосинтезе белка на рибосоме, т.е. реализация наследственной информации Проверка правильности заполнения таблицы

Биологическое значение нуклеиновых кислот Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение наследственной информации в виде генетического кода, передачу ее при размножении дочерним организмам, ее реализацию при росте и развитии организма в течение жизни в виде участия в очень важном процессе – биосинтезе белков.

Итоговое тестирование 1. Молекулы ДНК представляют собой материальную основу наследственности, так как в них закодирована информация о структуре молекул а – полисахаридов б – белков в – липидов г – аминокислот 2. В состав нуклеиновых кислот НЕ входят а – азотистые основания б – остатки пентоз в – остатки фосфорной кислоты г – аминокислоты 3. Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК, - а – ионная б – пептидная в – водородная г – сложноэфирная 4. Комплементарными основаниями НЕ является пара а – тимин - аденин б – цитозин - гуанин в – цитозин - аденин г – урацил - аденин 5. В одном из генов ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего количества. Сколько нуклеотидов с гуанином? а – 200 б – 400 в – 1000 г – 1800 6. Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азотистое основание а – урацил б – аденин в – гуанин г – цитозин

Итоговое тестирование 7. Благодаря репликации ДНК а – формируется приспособленность организма к среде обитания б – у особей вида возникают модификации в – появляются новые комбинации генов г – наследственная информация в полном объеме передается от материнской клетки к дочерним во время митоза 8. Молекулы и-РНК а – служат матрицей для синтеза т-РНК б – служат матрицей для синтеза белка в – доставляют аминокислоты к рибосоме г – хранят наследственную информацию клетки 9. Кодовому триплету ААТ в молекуле ДНК соответствует триплет в молекуле и-РНК а – УУА б – ТТА в – ГГЦ г – ЦЦА 10. Белок состоит из 50 аминокислотных звеньев. Число нуклеотидов в гене, в котором зашифрована первичная структура этого белка, равно а – 50 б – 100 в – 150 г – 250

Итоговое тестирование 11 . В рибосоме при биосинтезе белка располагаются два триплета и-РНК, к которым в соответствии с принципом комплементарности присоединяются антикодоны а – т-РНК б – р-РНК в – ДНК г – белка 12. Какая последовательность правильно отражает путь реализации генетической информации? а) ген – ДНК – признак – белок б) признак – белок – и-РНК – ген – ДНК в) и-РНК – ген – белок – признак г) ген – и-РНК – белок – признак 13. Собственные ДНК и РНК в эукариотической клетке содержат а – рибосомы б – лизосомы в – вакуоли г – митохондрии 14. В состав хромосом входят а – РНК и липиды б – белки и ДНК в – АТФ и т-РНК г – АТФ и глюкоза 15. Ученые, которые предположили и доказали, что молекула ДНК – двойная спираль, это а – И. Ф. Мишер и О. Эвери б – М. Ниренберг и Дж. Маттеи в – Дж. Д. Уотсон и Ф. Крик г – Р. Франклин и М. Уилкинс

Выполнение задачи на комплементарность Комплементарность – это взаимное дополнение азотистых оснований в молекуле ДНК. Задача: фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Г Т Ц Ц А Ц Г А А Постройте по принципу комплементарности 2-ю цепочку ДНК. РЕШЕНИЕ: 1-я цепь ДНК: Г-Т-Ц-Ц-А-Ц-Г-А-А. Ц-А-Г-Г-Т-Г-Ц-Т-Т Значение комплементарности: Благодаря ей происходят реакции матричного синтеза и самоудвоение ДНК, который лежит в основе роста и размножения организмов.

Повторение и закрепление знаний: Вставьте нужные слова: В составе РНК есть сахар… В составе ДНК есть азотистые основания…; И в ДНК, и в РНК есть….; В ДНК нет азотистого основания… Структура молекулы РНК в виде… ДНК в клетках может находиться в … Функции РНК:… В составе РНК есть азотистые основания…; В составе ДНК есть сахар…; В РНК нет азотистого основания… Структура молекулы ДНК в виде… Мономерами ДНК и РНК являются…; РНК в клетках может находиться в… Функции ДНК:… (рибоза) (А,Г,Ц,Т) (А,Г,Ц,сахар, Ф) (У) (Цепочки Нуклеотидов) (В ядре, митохондриях, хлоропластах) (Участие в синтезе белков) А,Г,Ц, (У) (дезоксирибоза) (Т) (Двойной спирали) (Нуклеотиды) (В ядре, цитоплазме, митохондриях, хлоропластах) (Хранение и передача наслед. информ.)

Проверь себя–правильные ответы Б Г В В Б А Г Б Б А В А Г Г В

Выводы Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК ДНК – полимер. Мономер – нуклеотид. Молекулы ДНК обладают видовой специфичностью. Молекула ДНК – двойная спираль, поддерживается водородными связями. Цепи ДНК строятся по принципу комплиментарности. Содержание ДНК в клетке постояннно. Функция ДНК – хранение и пердача наследственной информации.

Использованные источники информации Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. - Учебник Общая биология 10-11 классы – М.: Дрофа, 2006 Мамонтов С. Г., Захаров В. Б. – Общая биология: учебное пособие – М.: Высшая школа, 1986 Бабий Т. М., Беликова С. Н. – Нуклеиновые кислоты и АТФ // «Я иду на урок» // М.: «Первое сентября», 2003 ЕГЭ 2011 Биология // Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся./ Г. С. Калинова, А. Н. Мягкова, В. З. Резникова. – М.: Интеллект-Центр, 2007

Репликация ДНК это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками.

Доказали существование полуконсервативной модели М. Мезельсон и Ф. Сталь в 1958 году. Они выращивали бактерии E.coli несколько поколений на минимальной среде в которой единственным источником азота бы хлорид аммония с меченым атомом N 15. В результате все клеточные компоненты бактерий содержали в своем составе тяжелый азот N 15.

В клетка x репликация начинается со специфической точки в кольцевой ДНК (область начала репликации) и продолжается в обоих направлениях. В результате образуются две репликативные вилки, которые продвигаются в противоположных направлениях, т. е. обе цепи реплицируются одновременно.

Каждая репликативная вилка включает по крайней мере две молекулы ДНК - полимеразы III, ассоциированные с несколькими вспомогательными белками. К последним относятся ДНК - топоизомеразы (гиразы), которые раскручивают плотно свернутую двойную спираль ДНК, и хеликазы, которые расплетают двухтяжевую ДНК на две цепи. Поскольку матричная цепь всегда читается в направлении 3"5", только одна из цепей может считываться непрерывно. Другая цепь считывается в направлении, противоположном движению репликативной вилки. В результате на матрице вначале синтезируются короткие фрагменты новой цепи ДНК, так называемые фрагменты Оказаки, названные так по имени их первооткрывателя.

Каждый фрагмент начинается с короткой РНК - затравки, необходимой для функционирования ДНК - полимеразы. Праймер синтезируется специальной РНК - полимеразой, ДНК - полимераза III достраивает этот праймер до фрагмента ДНК длиной дезоксинуклеотидных звеньев. Синтез этого фрагмента далее прерывается, и новый синтез начинается со следующего РНК - праймера. Индивидуальные фрагменты Оказаки первоначально не связаны друг с другом и все еще имеют РНК на 5"- концах. На некотором расстоянии от репликативной вилки ДНК - полимераза I начинает замещать РНК - праймер последовательностью ДНК. В завершение остающиеся одноцепочечные разрывы репарируются ДНК - лигазой. В образованной таким образом двойной спирали ДНК только одна из цепей синтезирована заново.

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Каждая репликативная вилка включает по крайней мере две молекулы ДНК-полимеразы III, ассоциированные с несколькими вспомогательными белками. К последним относятся ДНК-топоизомеразы (гиразы), которые раскручивают плотно свернутую двойную спираль ДНК, и хеликазы, которые расплетают двухтяжевую ДНК на две цепи. Поскольку матричная цепь всегда читается в направлении 3"→5", только одна из цепей может считываться непрерывно. Другая цепь считывается в направлении, противоположном движению репликативной вилки. В результате на матрице вначале синтезируются короткие фрагменты новой цепи ДНК, так называемые фрагменты Оказаки, названные так по имени их первооткрывателя. Каждая репликативная вилка включает по крайней мере две молекулы ДНК-полимеразы III, ассоциированные с несколькими вспомогательными белками. К последним относятся ДНК-топоизомеразы (гиразы), которые раскручивают плотно свернутую двойную спираль ДНК, и хеликазы, которые расплетают двухтяжевую ДНК на две цепи. Поскольку матричная цепь всегда читается в направлении 3"→5", только одна из цепей может считываться непрерывно. Другая цепь считывается в направлении, противоположном движению репликативной вилки. В результате на матрице вначале синтезируются короткие фрагменты новой цепи ДНК, так называемые фрагменты Оказаки, названные так по имени их первооткрывателя.

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Каждый фрагмент начинается с короткой РНК-затравки, необходимой для функционирования ДНК-полимеразы. Праймер синтезируется специальной РНК-полимеразой, ДНК-полимераза III достраивает этот праймер до фрагмента ДНК длиной 1000-2000 дезоксинуклеотидных звеньев. Синтез этого фрагмента далее прерывается, и новый синтез начинается со следующего РНК-праймера. Индивидуальные фрагменты Оказаки первоначально не связаны друг с другом и все еще имеют РНК на 5"-концах. На некотором расстоянии от репликативной вилки ДНК-полимераза I начинает замещать РНК-праймер последовательностью ДНК. В завершение остающиеся одноцепочечные разрывы репарируются ДНК-лигазой. В образованной таким образом двойной спирали ДНК только одна из цепей синтезирована заново. Каждый фрагмент начинается с короткой РНК-затравки, необходимой для функционирования ДНК-полимеразы. Праймер синтезируется специальной РНК-полимеразой, ДНК-полимераза III достраивает этот праймер до фрагмента ДНК длиной 1000-2000 дезоксинуклеотидных звеньев. Синтез этого фрагмента далее прерывается, и новый синтез начинается со следующего РНК-праймера. Индивидуальные фрагменты Оказаки первоначально не связаны друг с другом и все еще имеют РНК на 5"-концах. На некотором расстоянии от репликативной вилки ДНК-полимераза I начинает замещать РНК-праймер последовательностью ДНК. В завершение остающиеся одноцепочечные разрывы репарируются ДНК-лигазой. В образованной таким образом двойной спирали ДНК только одна из цепей синтезирована заново.

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Слайд 2

Расшифровка структуры молекулы ДНК помогла объяснить и принцип ее репликации (удвоения) в клетке. Этот принцип состоит в том, что каждая из двух полинуклеотидных нитей молекулы ДНК служит в качестве программы (матрицы) для синтеза новой (комплементарной) нити. В результате на основе одной двухцепочечной молекулы образуются две одинаковые двухцепочечные молекулы, в каждой из которых одна цепочка является старой, а другая - новой (вновь синтезированной). Такой принцип репликации ДНК был назван полуконсервативным.

Слайд 3

Принцип полуконсервативной репликации ДНК

Слайд 4

Поскольку две комплементарные цепочки родительской молекулы ДНК являются антипараллельными, то синтез новой полинуклеотидной цепочки на каждой из них идет в противоположном направлении. В соответствии с этим принципом нуклеотидная последовательность матричной (родительской) нити считывается в направлении 3"→ 5", тогда как синтез новой (дочерней) нити идет в направлении 5" → 3".

Слайд 5

Механизм репликации ДНК является достаточно сложным и, по всей вероятности, различается в случае организмов, содержащих относительно небольшие по размерам молекулы ДНК в замкнутой (кольцевой) форме (многие вирусы и бактерии), и эукариот, клетки которых имеют молекулы огромных размеров, находящиеся в линейной (незамкнутой) форме.

Слайд 6

Небольшая кольцевая молекула ДНК представляет собой одну структурную единицу репликации (репликон), имеющую единственную точку начала (инициации) репликации (О-пункт, coстоящий примерно из 300 нуклеотидов), в которой начинается процесс расхождения (расплетания) двух нитей родительской молекулы и матричного синтеза комплементарных копий (реплик) дочерней ДНК. Этот процесс продолжается непрерывно по длине копируемой структуры и заканчивается в этом же репликоне образованием двух молекул «полуконсервативного» типа. В больших линейных молекулах ДНК эукариот имеется много точек начала репликации и соответствующих им репликонов (от нескольких сотен до десятков тысяч), т. е. такая ДНК является полирепликон-ной.

Слайд 7

При рассмотрении современных представлений о механизме репликации ДНК эукариот можно условно выделить три последовательных этапа этого процесса, происходящего в репликоне, в каждом из которых принимают участие те или иные белки (ферменты).

Слайд 8

Первый этап связан с быстрым раскручиванием двух полинуклеотидных нитей спирализованной молекулы ДНК на определенном ее участке (в границах работающего репликона) и с их разделением путем разрушения водородных связей между парами комплементарных оснований. При этом образуются два одноцепочечных фрагмента родительской молекулы, каждый из которых может выступать в роли матрицы для синтеза комплементарной (дочерней) нити. Этот этап инициируется в соответствующей точке начала репликации и обеспечивается комплексным участием нескольких различных белков. В результате их действия формируется T-образная структура, названная вилкой репликации, в которой две родительские цепочки ДНК уже отделены друг от друга.

Слайд 9

Схема образования репликационной вилки ДНК

Слайд 10

Образовавшаяся вилка репликации быстро продвигается вдоль двойной спирали родительской молекулы ДНК благодаря активности «расплетающего» фермента ДНК-геликазы и при участии группы дестабилизирующих белков. Эти белки обладают способностью связываться только с одноцепочечными (уже раскрученными и разделенными) участками молекулы, препятствуя возникновению на них вторичных складчатых образований («шпилек») за счет случайных соединений между комплементарными нуклеотидами однонитевой структуры. Следовательно, они способствуют выпрямлению однонитевых участков молекулы, что необходимо для нормального выполнения ими матричных функций.

Слайд 11

Быстрое расплетание ДНК с помощью геликазы без дополнительного вращения нитей по отношению друг к другу должно приводить к образованию новых витков (узлов) на участках родительской молекулы перед движущейся вилкой репликации, создающих повышенное топологическое напряжение на этих участках. Такое напряжение устраняется еще одним белком (ДНК-топоизомеразой), который, перемещаясь вдоль двухспиральной родительской ДНК перед вилкой репликации, вызывает временные разрывы в одной из цепочек молекулы, разрушая фосфодиэфирные связи и присоединяясь к разорванному концу.

Слайд 12

Возникший разрыв обеспечивает последующее вращение нити двойной спирали, что, в свою очередь, приводит к расплетанию образующихся супервитков (узлов). Поскольку разрыв полинуклеотидной цепочки, вызванный топоизомеразой, носит обратимый характер, то разорванные концы быстро воссоединяются сразу после разрушения комплекса этого белка с разорванным концом.

Слайд 13

На втором этапе происходит матричный синтез новых (дочерних) полинуклеотидных цепей на основе известного принципа комплементарного соответствия нуклеотидов старой (матричной) и новой цепей. Этот процесс осуществляется путем соединения (полимеризации) нуклеотидов новой цепи с помощью ферментов ДНК-полимераз нескольких типов. Следует отметить, что ни одна из известных сегодня ДНК-полимераз не способна начать синтез нового полинуклеотида путем простого соединения двух свободных нуклеотидов.

Слайд 14

Инициация этого процесса требует наличия свободного 3"-конца какой-либо полинуклеотидной цепочки ДНК (либо РНК), которая соединена с другой (комплементарной) цепочкой ДНК. Иными словами, ДНК-полимераза способна лишь добавлять новые нуклеотиды к свободному 3"-концу имеющегося полинуклеотида и, следовательно, способна наращивать эту структуру только в направлении 5"→3".

Слайд 15

С учетом указанного обстоятельства становится понятным асимметричный характер функционирования вилки репликации. Как видно из приведенных схем, на одной из матричных нитей вилки β"→5") идет относительно быстрый и непрерывный синтез дочерней нити (ведущей, или лидирующей, цепочки) в направлении 5" →3", тогда как на другой матрице (5"→ 3") идет более медленный и прерывистый синтез отстающей цепочки короткими фрагментами (100 - 200 нуклеотидов), получившими название фрагментов Оказаки, и также в направлении 5"→ 3". Считается, что синтез ведущей и отстающей цепочек осуществляют ДНК-полимеразы разных типов.

Слайд 16

Свободный 3"-конец, необходимый для начала синтеза фрагмента Оказаки, обеспечивается короткой нитью РНК (около 10 нуклеотидов), получившей название РНК-праймера (РНК-затравки), которая синтезируется с помощью фермента РНК-праймазы. РНК-праймеры могут комплементарно спариваться сразу с несколькими участками на матричной нити ДНК, создавая условия для одновременного синтеза нескольких фрагментов Оказаки при участии ДНК-полимеразы III.

Слайд 17

Синтез ведущей и отстающей цепей ДНК в области репликационной вилки

Слайд 18

Когда синтезированный фрагмент Оказаки достигает 5"-конца очередного РНК-праймера, начинает проявляться 5"-экзонуклеазная активность ДНК-полимеразы I, которая последовательно выщепляет нуклеотиды РНК в направлении 5"→ 3". При этом удаляемый РНК-праймер замещается соответствующим фрагментом ДНК.

Слайд 19

Последний (третий) этап рассматриваемого процесса связан с действием фермента ДНК-лигазы, который соединяет 3"-конец одного из фрагментов Оказаки с 5"-концом соседнего фрагмента с образованием фосфодиэфирной связи, восстанавливая таким образом первичную структуру отстающей цепочки, синтезируемой в функционирующем репликоне. Дальнейшая спирализация появившегося «полуконсервативного» участка ДНК (закручивание спирали) происходит с участием ДНК-гиразы и некоторых других белков.

Слайд 20

Полирепликонный принцип организации молекулы ДНК различных эукариот, в том числе человека, обеспечивает возможность последовательного копирования генетического материала этих организмов без одновременного раскручивания (деспирализации) всей огромной по размерам и сложно упакованной молекулы, что значительно сокращает время ее репликации. Иными словами, в тот или иной момент времени в одной группе репли-конов молекулы процесс копирования может быть уже завершен объединением и спирализацией соответствующих участков, тогда как в другой группе он только начинается расплетаниемдвухнитевых структур.

Слайд 21

Спасибо за внимание

Посмотреть все слайды