Способността на клетките да се поддържа висока системност на организацията зависи от генетична информация, която се съхранява под формата на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). ДНК - веществото, което прави гени. Възпроизвеждането на живи организми, предаването на наследствени характеристики поколения и развитие на многоклетъчен организъм от оплодената яйцеклетка е възможно, тъй като ДНК е способна самостоятелно репликация. Самият процес на самостоятелно репликация на ДНК се нарича репликация. Понякога се използва като синоним на името - удвояване.
синтез матрица ДНК
ДНК полимераза
През 1957 г., A. Kornberg открити в Ешерихия коли ензим катализира процеса на полимеризация на ДНК нуклеотид; Той е обявен за ДНК-полимераза. След това, ДНК полимераза идентифицирани в други организми. Показано е, че всички тези ензимни субстрати са дезоксирибонуклеозид трифосфати (дНТФ), полимеризирани в едноверижна
ДНК матрица. ДНК полимераза, едноверижна верига от последователно увеличаване
ДНК, стъпка по стъпка, чрез прибавяне към него на следните единици в посока от 5 'към
3'-края, изборът на следващия дНТФ се диктува от матрицата. Поставяне всеки нови нуклеотидни остатъци в 3'-края на нарастващата верига е придружено от хидролиза на богати на енергия връзка между първия и втория фосфатни остатъци в разцепването на дНТФи и пирофосфат, което прави общ реакцията енергично изгодно.
Клетките обикновено съдържа няколко типа ДНК полимерази, с различни функции и с различна структура: те могат да бъдат изградени от различен брой протеинови вериги (субединици), един до десетки.
Въпреки това, всички те работят на всяка последователност от нуклеотиди на матрицата; задачата на тези fermentov- направи точно копие на всяка матрица.
Точността на синтеза на ДНК и корекционен механизъм
Генетичният материал на живите организми е огромен размер и повторен с висока точност. Като цяло по време на възпроизвеждане на генома на бозайник, състоящ се от дължина на 3 милиарда ДНК базови двойки, няма повече от три грешки. Когато това ДНК се синтезира изключително бързо (степен на полимеризация е в диапазона от 500 нуклеотида / сек в бактерии до 50 нуклеотида / сек при бозайници). Високата точността на репликация, заедно с висока скорост, при условие, от наличието на специални механизми за извършване на корекция, т.е. премахване на грешки. Същността на механизма за поправка е, че ДНК полимераза, двойна проверка матрица съвпадение всяка нуклеотидна: е включена веднъж преди да се включи в нарастващата верига и втори път преди следващата нуклеотид. Друг фосфодиестерна връзка се синтезира само в случая, когато последната (3'-терминал) ДНК нуклеотидна нарастващата верига образува подходяща Watson-Crick двойки със съответната нуклеотидна матрицата. Ако стъпката предишната реакция беше разминаване, без допълнително полимеризацията се спира, докато грешката се коригира. За този ензим се премества назад и намалява последното звено добавя, след което може да се осъществи дясното nukleotidpredshestvennik. С други думи, много (но не всички) на ДНК полимерази имат, в допълнение към синтетична активност на 5'-3 ', и още 3'-хидролизиране активност, която премахва несъответстващи нуклеотиди от матрицата.
Основни принципи на репликация
Основни правила, в съответствие с който се среща репликацията, са изяснени в експериментите с бактерии, но те също са валидни за висшите организми.
Започване на ДНК вериги
ДНК полимераза не може да инициира синтеза на ДНК на матрица, и са в състояние да се добавят нови връзки само деоксирибонуклеотидни към 3'-края на съществуваща полинуклеотидна верига. Такова предварително образуван верига, към която се прибавят нуклеотиди, наречена семена. Той синтезира кратко РНК праймер на Рибонуклеозидно ензим не притежаващ коригиране активност и наречен ДНК примазен (от английски праймер -. Семена). Praymaznaya активност може да принадлежи или единичен ензим или субединица на ДНК полимераза. Грунд синтезира от този ензим, неточни, не знаят как да се поправят грешките, различни от останалата част на новопроизведени ДНК веригата, тъй като тя се състои от рибонукелотиди, а след това може да бъде отстранен.
Размер рибонуклеотид семена е малък (по-малко от 20 нуклеотида) в сравнение с размера на веригата на ДНК, образуван от ДНК полимераза. Да изпълнява своята функция
РНК праймер се отстранява чрез специфичен ензим и получената разлика се запечатва с ДНК полимераза, като се използва като праймер 3'-ОН край на съседен Okazaki фрагмент (виж по-долу). Изваждането екстремни РНК праймери комплементарни краища на двете вериги на линейни майки ДНК молекули 3 'води до факта, че дъщерни са по-къси вериги от 10-20 нуклеотида
(Различни видове размер РНК праймери варира). Това е така наречената "Проблемът underreplication всички линейни молекули." В случай на бактериална ДНК репликация пръстеновиден този проблем не съществува, тъй като за първи път на образуването на РНК праймер се отстранява от ензима, което запълва междината, образувана чрез увеличаване на 3'-ОН края на вегетативния ДНК веригата, насочени към "опашка" се отстранява праймер. Проблем underreplication 3'-края на линейни ДНК молекули, еукариотни клетки се постига с помощта на специален ензим - теломераза.
работа теломераза
През 1985 г., той се намира в ravnoresnichnoy ресничести Tetrahymena thermophila, а по-късно - в дрожди, растения и животни, включително и на яйчниците и обезсмъртени човешки (безсмъртни) ракови клетъчни линии
HeLa. Теломераза е ДНК полимераза, dostraivalos 3'-края на линейните молекули на ДНК хромозоми къси (6-8 нуклеотида) повтарящи се последователности (TTAGGG в гръбначни животни). Съгласно номенклатурата на този ензим, наречен ДНК ukleotidilekzotransferazoy или теломерите терминална трансфераза. В допълнение протеин част съдържа теломеразен РНК, която изпълнява ролята на матрица за разширяване на ДНК повторения. Дължина на теломеразата
РНК варира от нуклеотиди 150-1400 в най-простите нуклеотидите в дрожди, мъж - 450 нуклеотиди. Фактът, да има в молекулата на РНК последователност, при която ДНК синтез е матрица парче може да се дължи на особен теломераза обратна транскриптаза, ензим, който е в състояние за провеждане на ДНК синтеза на шаблона на РНК.
Поради факта, че след ДНК репликация всяко дете на основния верига са по-къси в размер на първите РНК праймери (10-20 нуклеотида), са оформени изпъкнали едноверижни 3 'края на веригата майка. Те също призната от теломераза, която е последователно увеличаване на майка верига
(При хората за стотици пъти) при използване на 3'-ОН завършва от тях като праймери, и РНК, която е част от ензима, като шаблон.
Сформирана дълги едноверижни краища, от своя страна, да служат като образци за синтез на традиционните схеми за деление дъщерни механизъм.
Постепенно скъсяване на хромозомна ДНК по време на репликация е една от теориите на "стареене" клетъчни колонии. През 1971 г. руският учен
AM Olovnikov marginotomii в неговата теория (от латински marginalis -kraevoy, том -. Раздел) предполага, че това явление е на базата на ограничен потенциал за удвояване наблюдава при нормални соматични клетки, растящи в култура ин витро, така наречената "Hayflick граница".
Американски учен Леонард Hayflick в началото на 60-те години показва, че ако културата се вземат клетки на новородените деца, а след това те могат да отидат
80-90 разделение, а соматичните клетки на 70-годишните са разделени в само 20 до 30 пъти. Ограничение за броя на клетъчното делене и призова границата Hayflick.
Развиване на двойната спирала на ДНК
Тъй като настъпва синтеза на ДНК в едноверижна матрица, трябва да се предхожда от разделянето е необходимо (поне временно) на двете ДНК вериги.
Проучванията в началото на 60-те години до реплициращи хромозоми разкриват специфични, добре определен обхват репликация, се движи майки по ДНК спирала и като местен отклонение на две от неговите вериги. Тази активна област, защото на Y-форма се нарича репликация вилка. Това е в нейните ДНК полимерази синтезират ДНК молекули дъщерни. Използване на електронна микроскопия възпроизвеждане ДНК udalosustanovit тази област, която вече е повторен тип отвор вътре некопирана ДНК. Важно е, че очите на репликация се образува само в области на молекулата, които са специфични нуклеотидни последователности. Тези последователности, известни като източници на репликация, се състоят от около 300 нуклеотиди. В зависимост от това дали се проявява една или две посоки репликация (това зависи от естеството на тялото), око съдържа един или два репликация вилки.
Последователно движение на вилката на репликацията води до разширяване на отвора.
На двойната спирала на ДНК е много стабилна; така че да се яви, той изисква специфични протеини. Специални ензими ДНК хеликаза бързо се движи по протежение на единична ДНК нишка, използвайки енергията на АТР хидролиза движение.
Възникване по пътя на двойната спирала на земята, те се прекъсне водородните връзки между бази, разделение верига и насърчаване на репликация вилка. След това единични ДНК вериги се свързват специфично дестабилизиращ спирала на протеини, които не позволяват на единични вериги на ДНК връзка нагоре. По този начин те не се затвори базите на ДНК, оставяйки ги на разположение за сдвояване.
Не трябва да се забравя, че допълнителната ДНК веригата се усукват около един срещу друг в спирала. Ето защо, за да се репликация вилици може да се движи напред, всичко все още е част от ДНК се удвои би трябвало да се върти много бързо. Това топологична проблем е решен чрез образуване на спирала в един вид "панти", което позволява на ДНК веригите, за да се отпуснат.
Принадлежността към определен клас на протеини, наречени ДНК-топоизомерази са въведени в една верига на ДНК прекъсвания на двойната верига, позволява нишките на ДНК се разделят и след това запечатани тези прекъсвания. Топоизомерази също са включени в освобождаването захващащи пръстени на двойно-верижен, образуван по време на репликацията на кръгова двойноверижна ДНК. С помощта на тези важни ензими на двойната спирала
ДНК в клетката може да получи форма "Underturned" с по-малък брой на навивките; ДНК по такъв несъответствие настъпва по-лесно двете ДНК вериги в вилката на репликацията.
Периодично ДНК синтез
Лесно е да си представим, че репликацията става чрез непрекъснат растеж нуклеотид-по-нуклеотид две нови вериги като движещи репликация вилица; в този момент, тъй като и двете вериги в антипаралелен спирала на ДНК, един от дъщерни вериги ще трябва да растат в посока
5'-3 'посока, а другият в 3'-5'. В действителност, обаче, изглежда, че веригите на деца растат само в 5'-3 ', т.е. винаги удължава 3'-края на праймера, и матрицата се чете от ДНК полимераза в посока на 3'-5'. Това твърдение на пръв поглед изглежда, че са несъвместими с движението на разклона за репликация в една посока, придружен от едновременното четене на два паралелни нишки. Отговорът се крие в секрецията, синтеза на ДНК се провежда непрекъснато само на един от веригата за матрица. Във втория шаблон верига на ДНК се синтезира относително къси фрагменти (100do дължина от 1000 нуклеотида, в зависимост от вида), наречени за учения, които ги открили Okazaki фрагменти).
Новообразуваната веригата, която се синтезира непрекъснато, наречена лидер, а другият събира от Оказаки фрагменти, изостава. Синтезът на всяка от тези части започва с РНК праймер. С течение на времето
РНК праймер се отстранява пропуски са изградени ДНК полимераза и фрагментите са телбод в една непрекъсната ДНК спирала специфичен ензим.
Кооперативно действие на протеините на вилката на репликацията.
Досега говорихме за участието на отделни протеини в репликацията, като че ли те работят независимо една от друга. Междувременно, в действителност, повечето от тези протеини са комбинирани в голям комплекс, който бързо се движи по протежение на ДНК и последователно изпълнява процеса на репликация с висока точност. Този комплекс е в сравнение с една малка
"Шевната машина." "Части" са нейните отделни протеини и източник на енергия - реакцията хидролиза nukleozidtrifos Fatov. Спирална челно ДНК хеликаза; Този процес помага ДНК топоизомераза, развива веригата
ДНК и множество дестабилизиращи протеинови молекули, които се свързват двете ДНК с единична верига. В областта на тапи два ДНК полимерази - на водещия и задния верига. На водещата верига на ДНК полимераза работи непрекъснато, и изоставане ензима от време на време прекъсва и отново възстановява своята работа, като се използват къси РНК праймери са синтезирани
ДНК примазен. ДНК молекулата примазен е пряко свързана с ДНК хеликаза, образуване на структура, наречена primosome. Primosome се движи в посока на разкриването на репликация разклона и на посоката на движение синтезира
РНК-праймер за фрагментите Okazaki. В същата посока се движи ДНК полимеразна верижна диск и, въпреки че на пръв поглед е трудно да си представим,
ДНК полимераза изоставане верига. За тази цел, тъй като се смята, последният налага ДНК нишка, която служи е матрица за себе си, което осигурява обръщане на веригата на ДНК полимераза изостава 180 градуса.
Координирано движение на двете ДНК полимерази осигурява координиран репликация на двете вериги. По този начин, репликация вилка около двадесет различни протеини работят едновременно (от които са наречен само част), провеждане на комплекс, силно подреден и енергоемки процес.
процес репликация Последователност на ДНК и kloetochnogo подразделение
Еукариотните клетки преди всяко разделяне трябва да синтезират копия на всички хромозоми. Репликацията на хромозома ДНК от еукариотна хромозомата се извършва, като се раздели на множество отделни репликони. Такива репликони не се активират в същото време, обаче, клетъчното делене трябва да се предхожда от задължително еднократно репликация на всеки от тях. От изложеното по-горе става ясно, че еукариотната хромозомата по всяко време може да се движи независимо един от друг множество репликация вилки. вилица стоп насърчаване се появява само при сблъсък с друг вилица, движещи се в обратна посока, или чрез достигане на края на хромозома. В резултат на това всички от ДНК-то на хромозоми имаме в краткосрочен план е повторен. След сглобяване на ДНК молекула на хромозомните протеини, всяка двойка на хромозомите по време на митоза подреден отделя в дъщерните клетки.
данни
Процесът на ДНК репликация координира с клетъчно делене и trebuetsovmestnogo действие на много протеини. То включва:
1. ДНК хеликаза и дестабилизиращи протеини; те обвива двойната спирала родителска ДНК и форма репликация вилка.
2. ДНК полимерази които катализират синтеза на ДНК полинуклеотидна верига в посока на 3'-5, копиране матрица репликация вилица с висока степен на точност. Тъй като двете вериги са антипаралелни двойна спирала на ДНК в 5'-3 'непрекъснато синтезира само една от двете вериги, което води; друга верига, задния синтезирани под формата на къси фрагменти
Оказаки. ДНК-полимераза е в състояние да поправи собствените си грешки, но не можете да започнете свой собствен синтез на новата верига.
3. ДНК примазен който катализира къса РНК праймер молекула.
След това фрагментите РНК се отстраняват - те се заменят с ДНК.
4.Telomeraza завърши изграждането nedoreplikatsirovanyh 3'-края на линейни ДНК молекули.
5. ДНК топоизомераза, че да помогне за решаването на проблемите на усукване и заплитане на ДНК спирала.
6. инициаторни протеини, които се свързват към източник на репликация и репликация насърчаване на образуването на нови пъпки с една или две тапи. Във всяка от вилиците след протеин започване на развиването
ДНК първо се присъединява към протеинов комплекс, състоящ се от ДНК хеликаза и
ДНК примазен (primosome).
След primosome добавя към други протеини и има "репликация машина", която извършва синтеза на ДНК.
Свързани статии