Репликация и репарация

Но с начала выясним, каким образом генетическая информация распределяется в дочерние клетки при делении?

Происходит это в результате репликации, т.е. удвоения, воспроизведения, молекулы ДНК.

Г. Стент предложил рассматривать три способа репликации ДНК:

- консервативный – при котором новые молекулы не содержат материала родительской ДНК;

- полуконсервативный – новая молекула представлена одной родительской и одной вновь синтезированной цепями;

- дисперсный – материал исходной молекулы случайно распределяется в обеих дочерних молекулах.

В 1957 г. М. Мезельсон и Ф. Сталь подтвердили представления Дж. Уотсона и Ф. Крика о полуконсервативном механизме воспроизведения ДНК.

Процесс репликации осуществляется с помощью самых различных ферментов.

Необходимой предпосылкой репликации – это раскручивание суперспирализованной ДНК, разделение и удержание комплементарных цепей в расправленном состоянии (хеликаза – разрывает водородные связи между азотистыми основаниями; ДНК-связывающие белки – препятствует соединению цепей между собой; ДНК-гераза – раскручивает цепь).

Далее идёт процесс образования новых цепей на матрице старых. Формируется «вилка» репликации. Инициирует начало репликации РНК-полимераза. А само построение новых цепей на матрице старых осуществляется ДНК-полимеразой. Различают ведущую цепь и отстающую цепь. Ведущая цепь синтезируется в направлении от 5' к 3' концу (при этом синтез на родительской цепи начинается с 3' конца поскольку все ДНК-полимеразы нуждаются в свободных 3' концах) непрерывно. Отстающая цепь синтезируется в виде коротких фрагментов, фрагментов Оказаки, синтез каждого фрагмента осуществляется от 5' к 3' концу. Отдельные фрагменты сшиваются с помощью ДНК-лигазы.

В процессе удвоения ДНК, как и под воздействием других факторов, могут возникать ошибки. В клетках всех живых организмов есть специальные системы восстановления, или репарации, устраняющие из ДНК возникающие в ней повреждения. В систему репарации входят те же самые ДНК-полимеразы, что осуществляют синтез новых цепей. Они обладают экзонуклеазной активностью и способны заменять неправильно вставленный нуклеотид на нужный.

Особенности репликации эукариот. У эукариот репликация идёт с гораздо меньшей скоростью, чем у прокариот. Поскольку хромосомы эукариот полирепликоны в отличие от прокариот, у которых вся хромосома – один репликон. Репликон – это единица репликации, в пределах которой она начинается и заканчивается. У эукариот образуется сразу несколько репликационных вилок, а потом фрагменты сшиваются.

Транскрипция днк

Транскрипцией называется перенос информации с двуцепочечной молекулы ДНК на одноцепочечные молекулы РНК. При этом матрицей для синтеза РНК служит только одна цепь ДНК, называемая смысловой цепью. И транскрибируется только короткий участок ДНК.

Осуществляется процесс ДНК-зависимой РНК-полимеразой в направлении от 5' к 3' концу цепи.

Процесс транскрипции хорошо изучен у прокариот.

В транскрипции различают три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Сигналом инициации транскрипции являются особые участки ДНК, получившие название промоторов, последовательности промотров обычно богаты парами А и Т. Для узнавания стартовых участков – промоторов – к РНК-полимеразе должен присоединиться σ(сигма)-фактор. После присоединения РНК-полимераза способна присоединиться к ДНК и начать транскрипцию. После инициации транскрипции σ-фактор покидает фермент. Только после этого происходит построение цепи РНК на матрице ДНК по принципу комплементарности. Завершается процесс транскрибции после присоединения другого белкового фактора – ρ-фактора, или фактора терминации. Терминация транскрипции происходит в специальных участках ДНК – терминаторах, содержащих инвертированные повторы.

У прокариот РНК-полимераза катализирует реакции получения всех типов РНК: и(м)РНК, рРНК, тРНК. У эукариот известны три типа полимераз, каждый из которых ответственен за синтез одного типа РНК.

Полученная в результате транскрипции РНК не обладают активностью. Они «созревают» в результате дальнейших ферментативных превращений, которые называются постранскрипционным процессингом. Процессингу подвергаются рРНК, тРНК и мРНК эукариот. Бактериальные мРНК сразу синтезируются в зрелом виде.

Созревание предшественников тРНК и рРНК включает расщепление и метилирование, дезаминирование и восстановление специфических азотистых оснований, присоединение определённых последовательностей.

Процессинг мРНК у эукариот более сложен. В мРНК эукариот присутствует два типа участков: интроны – некодирующие участки, и экзоны – с которых осуществляется снятие информации. При созревании мРНК интроны удаляются с помощью мяРНК (водородные связи) путём вырезания и соединения, и этот процесс называется сплайсингом РНК. Созревание мРНК эукариот так же включает присоединение к 5'-концу 7-метилгуанозина или «кепа», а так же добавление к 3'-концу от нескольких десятков до нескольких сотен остатков адениловой кислоты – полиаденилирование.