Репликация ДНК

 

Когда растущий 3¢-гидроксильный конец каждого фрагмента Оказаки доходит до 5¢ –дезоксинуклеотидного конца соседнего фрагмента, вступает в действие ДНК- лигаза и образуется непрерывная отстающая цепь. Роль ДНК-полимеразы II в репликации не выяснена.

   Обнаружен специальный  белок терминации – Tus-белок. Он задерживает геликазу, в результате  чего прекращается расплетение нити и происходит терминация репликации.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Репликация у эукариот.

 

Как и в случае с E.coli исследования  репликации в эукариотических клетках сначала были сосредоточены на характеристике различных ДНК-полимераз (см. табл.2).

 

свойство / тип полимеразы	a	b†	d	g	e
полимеризация: 5¢-3¢	+	+	+	+	+
экзонуклеазная активность: ‡3¢-5¢	--	--	+	+	+
синтез от:
ДНК-праймера	+	+	+	+	+
РНК-праймера	+	--	--	+	?
связь с ДНК-праймазой	+	--	--	--	--
расположение в клетке:
ядро	+	+	--	+	+
митохондрии	--	--	+	--	--

                  

                    Табл.2 Свойства ДНК-полимераз клеток млекопитающих *.                       

                        *  ДНК-полимеразы дрожжей аналогичны полимеразам a, b ,g соответственно

     ^{†    ДНК-полимераза наиболее активна на молекулах ДНК с брешами около 20               нуклеотидов и  предположительно  участвует в репарации ДНК}                         

                                      ^{‡   FEN1-} эукариотическая 5¢-3¢ экзонуклеаза, удаляющая РНК-праймеры; по своей

структуре и  функциям она схожа с доменом ДНК-полимеразы I E.coli имеющего 5¢-3¢                         экзонуклеазную активность.[3].

 

Следующим этапом стало создание систем для репликации хромосом вирусов  животных in vitro. В результате в настоящее время хромосома вируса SV40 может быть реплицирована in vitro с использованием всего лишь восьми компонентов клеток млекопитающих. По своим свойствам эти белки напоминают белки необходимые для репликации в E.coli. Репликация ДНК эукариот также идёт в двух направлениях; для синтеза ДНК нужны праймеры синтезируемые праймазой; синтез лидирующей цепи непрерывен, а отстающей прерывистый. Как показано на рис.7, инициация репликации ДНК вируса SV40 происходит в уникальном сайте, точке начала репликации, путём связывания кодируемого вирусом белка, называемого T antigen, или T_ag.

Этот полифункциональный белок  расплетает дуплекс ДНК благодаря  своей геликазной активности. Расплетание дуплекса требует также наличия АТФ и белка репликации A (RPA), кодируемого клеткой-хозяином и обладающего способностью связываться с однонитчатой ДНК (как SSB-белки в E.coli). Одна молекула ДНК-полимеразы α (Pol α) прочно связывается с праймазой и затем связывается с образовавшейся однонитчатой ДНК. Праймаза образует РНК-праймеры, которые затем удлиняются на небольшую длину Pol α , образуя первую часть ведущих цепей, которые растут от точки ori в противоположных направлениях. Активность Pol α стимулируется фактором репликации C (RFC).

Затем  c 3-концамb удлинённых Pol α РНК-праймеров связывается PCNA (proliferating cell nuclear antigen) и замещает Pol α на обоих растущих ведущих цепях, прерывая их синтез. На следующем этапе Pol δ связывается с PCNA на 3¢-концах растущих цепей. PCNA повышает процессивность Pol δ так, что полимераза может непрерывно продолжать синтез ведущих цепей. Таким образом, функция PCNA аналогична функции β-субъединицы полимеразы III E.coli, т.к. оба белка образуют сходные структуры (“кольца”), охватывающие ДНК и способствующие удержанию полимераз на цепи ДНК. Они, однако, имеют различные первичные структуры; кроме того PCNA-тример, а не димер как β-субъединица полимеразы III E.coli.

Комплекс праймаза- Pol α. садится  на цепь, являющуюся матрицей для отстающей цепи и вместе с RFC осуществляют синтез запаздывающей цепи.

Наконец, как и в E.coli топоизомеразы снимают механическое напряжение, возникающее при расплетании ДНК в репликативной вилке, и участвуют в разделении двух дочерних хромосом. Однако топоизомеразы эукариот имеют некоторые отличия от прокариотических: 1.топоизомеразы I эукариот взаимодействуют с 3¢-фосфорильным концом разорванной цепи (прокариотические –

с 5¢-фосфорильным концом) 2. топоизомеразы I эукариот устраняют как отрицательные, так и положительные сверх витки (прокариотические—только отрицательные) 3.топоизомеразы II эукариот не способны индуцировать образование отрицательных сверхвитков (как это делает в релаксированных кольцевых ДНК гираза бактерий).

Итак, получено много данных об эукариотических белках, осуществляющих репликацию ДНК вируса SV40 in vitro. Как упоминалось ранее, инициация репликации ДНК SV40 in vitro требует наличие вирусного белка - T антигена. Для инициации же репликации у эукариот хромосомной ДНК  необходим целый комплекс белков. Так, у дрожжей с сайтом ori в течение всего жизненного цикла связан комплекс из 6 разных белков (ORC), к которому в интерфазе присоединяется ещё целый ряд белков и образованный комплекс инициирует процесс репликации. Такие же белки синтезируются всеми эукариотическими клетками.

Хромосомы эукариот линейны и их концы представлены теломерами, состоящими из повторяющихся олигомерных последовательностей; у человека это 25-200 копий последовательности TTAGGG. Наличие специальной области на концах эукариотических хромосом абсолютно необходимо. Дело в том, что при удалении последнего РНК-праймера отстающей цепи, на 5-конце этой цепи остаётся брешь, которую не способна заполнить ни одна из ДНК-полимераз, т.к. всем им для работы необходим праймер со свободным 3-ОН концом. Без существования какого-либо специального механизма дочерняя нить ДНК, синтезируемая на отстающей цепи, укорачивалась бы с каждым клеточным делением. Ферментом, предотвращающим такое укорочение, является теломераза. Этот фермент имеет ассоциированную с ним короткую нить РНК, комплиментарную шестичленной последовательности, повторяющейся в теломере и служащую матрицей для синтеза ДНК теломеров. Благодаря этому механизму эукариотические хромосомы могут реплицироваться полностью. Репликация в большинство соматических клеток проходит без участия теломеразы, поэтому с каждым делением длина хромосом клетки укорачивается и после определённого числа делений хромосомы утрачивают теломеры и начинают терять смысловые участки , что приводит к гибели клетки.  Теломераза активна в половых, раковых клетках и клетках одноклеточных эукариот.

       

Заключение.

 

Нужно отметить, что существует ряд объектов, репликация которых  проходит по несколько иному механизму, чем было описано выше. Так, например, кольцевая ДНК митохондрий и хлоропластов реплицируется с образованием D-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. Однако принципиальная схема репликации для всех биологических объектов остаётся одной и той же.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

 

1. Гены и геномы.  М.Сингер, П.Берг.   – М.: Мир, 1998. –376 с.
2. Molecular Biology of the Cell. 3rd ed.   
   Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Watson, James D.  
   New York and London: Garland Publishing; c1994
3. Molecular Cell Biology. 4th ed.  
   Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. 
   New York: W H Freeman & Co; c2000.

4. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор – Биология.

5. З.А. Шабарова и А.А. Богданов – Химия нуклеиновых кислот и их полимеров.
6. А.П. Пехов – Биология и общая гинетика.
7. А. Микельсон – Химия нуклеозидов и нуклеотидов.
8. 0. Гауптман, Ю. Грефе, Х. Ремане – Органическая химия.
9. Опарин А.И. Возникновение жизни на Земле (3-е изд.).
10. Альтштейн А.Д. Происхождение генетической системы: гипотеза прогенов
11. Б.А.Павлов, А.П.Терентьев «Курс органической химии».

 

 

 

 

4