Лекция девятая РЕПЛИКАЦИЯ ДНК Репликация воспроизведение

Лекция девятая

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК Репликация – воспроизведение новых молекул ДНК, полностью идентичных исходной – материнской – молекуле

Эксперимент Мезельсона и Сталя 1957 год

Опыт Тэйлора

ВЫВОД Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом

Синтез ДНК in vitro Артур КОРНБЕРГ

Синтез ДНК in vitro ДНК-полимераза I

Для синтеза ДНК in vitro необходимы: Нуклеотиды в форме 5’трифосфатов ДНК-матрица ДНК-затравка ДНК-полимераза

Новая цепь синтезируется в одном направлении от 5’ к 3’-концу Матрица прочитывается в противоположном направлении Растущая цепь и матрица антипараллельны Копируется любая последовательность оснований матрицы

5’ 3’ 5’

Опыт Кэрнса

Обе дочерние цепи ДНК синтезируются одновременно Синтез новых цепей происходит в участке, получившем название вилка репликации

Правила репликации Репликация начинается в определенной точке на хромосоме – области начала репликации (ОНР – origin) и завершается в точке окончания репликации (terminus). Эти контрольные элементы определяют единицу репликации ДНК, называемую репликоном.

Правила репликации *В точке ОНР формируются репликационные вилки *При репликации обе нити ДНК реплицируются одновременно. Синтез новой цепи идет в направлении 5’ 3’. Матричная нить прочитывается в противоположном направлении *В репликационной вилке синтез одной нити, лидирующей, идет непрерывно, а другой, отстающей – прерывисто, в виде фрагментов Оказаки

Правила репликации *В репликации принимает участие большое количество ферментов и белков. Основной фермент, ведущий синтез новой цепи – ДНК-полимераза. *Для инициации репликации и синтеза каждого фрагмента Оказаки требуется затравка – праймер (primer). Затравкой служит небольшой фрагмент РНК. Синтез затравки ведет специальный фермент праймаза.

Число и размер репликонов Организм Escherichia coli Число ОНР Средний размер репликона, п. о. 1 4200000 Sacharomyces cerevisiae 500 40000 Drosophila melanogaster 3500 40000 Xenopus laevis 15000 200000 Mus musculus 25000 150000

Кольцевые хромосомы бактерий реплицируются по θ-модели

Хромосомы эукариот также реплицируются по «тэта» модели (θ)

РЕПЛИКАЦИЯ ХРОМОСОМ ЭУКАРИОТ • Репликация происходит в нескольких репликонах одновременно • В точке ОНР образуются две репликационные вилки, которые движутся в противоположных направлениях • Изменяя число репликонов, клетка регулирует общую скорость репликации • При репликации линейных хромосом концевые участки оказываются недореплицированными

Модель однонаправленной репликации rolling circle

Модель D-петли Репликация ДНК митохондрий

Основные свойства ДНК-полимераза I II III Молекулярная масса к. Да Структурный ген субъединицы, осуществляющей полимеризацию 103 pol A 88 pol B ≈ 900 pol C (dna. E) Количество субъединиц 1 ≥ 4 ≥ 10 400 50 10 -20 Да Да 16– 20 3 -200 Да Нет ≈7 ≥ 10 000 Да Нет 250– 1000 ≥ 500 000 Количество молекул на клетку 3’ 5’ экзонуклеаза 5’ 3’ экзонуклеаза Скорость полимеризации* Процессивность

Перемещение надреза (nick-трансляция)

Субъединицы ДНК-полимеразы III E. coli Субъединица Масса Ген Функция α ε 132000 27 000 pol C (dna E) dna Q (mut D) θ τ 10 000 71 000 hol E dna X γ 52 000 dna X* Комплекс погрузчика зажима δ δ' χ ψ β 39 000 37 000 15 000 41 000 hol A hol B hol C hol D dna N Комплекс погрузчика зажима Полимеризация 3'→ 5' экзонуклеаза – коррекция ошибочно включенного нуклеотида Компонент минимального фермента Стабильное связывание с матрицей; димеризация минимального фермента Комплекс погрузчика зажима Скользящий зажим

Структура холофермента ДНКполимеразы III E. coli

ДНК-полимераза Функции Мол. масса субъединиц в к. Д S. cerevisiae ДНК-полимераза - праймаза, инициация и синтез отстающей нити Человек Митохондриальная ДНК-полимераза Главная полимераза ведущей и отстающей нитей; репарация, рекомбинация Полимераза ведущей и отстающей нитей; репарация, рекомбинация 68 58 55 48 - 39 143, 5 139, 5 125 58 50 55 66 12 256 261 80 59 23 17 22 86 - Эксцизионная репарация 180 49 165 17 Синтез ДНК на поврежденной матрице при SOSответе 173 Синтез ДНК на поврежденной матрице с включением остатка А напротив тиминовых димеров 70 29

МОДИФИКАЦИЯ ДНК

Системы поддержания стабильности генетического материала

Устранение ошибочного включения нуклеотида ДНК-полимеразой Репарация неправильно спаренных оснований Mismatch-repair

Mismatch-repair требует: Mut S Mut H Mut L ДНК-геликаза II Экзонуклеаза II SSB ДНК-полимераза III Лигаза

Удаление модифицированных оснований

УФ-лучи вызывают образование пиримидиновых димеров

ФОТОРЕАКТИВАЦИЯ

ЭКСЦИЗИОННАЯ РЕПАРАЦИЯ

Эксцизионная репарация в клетках E. coli требует: Uvr ABC эксцинуклеаза, продукт генов uvr A, uvr B, uvr C Геликаза II – продукт гена uvr D ДНК-полимераза I – продукт гена pol A Лигаза – продукт гена lig

Нарушение эксцизионной репарации приводит к ряду наследственных болезней у человека

SOS-репарация

Гены SOS-ответа находятся под контролем репрессора Lex A (продукт гена lex A). Избыток нарушений индуцирует протеазную активность Rec A белка, которая разрезает Lex A репрессор пополам. В итоге начинается транскрипция около 20 генов SOS-ответа

РЕКОМБИНАЦИОННАЯ РЕПАРАЦИЯ