Catedra Biologie moleculară şi Genetică umană

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