Матричный биосинтез.

Генетическая догма: информация записана в ДНК и передаётся на дочерние молекулы ДНК из поколения в поколение с помощью процесса репликации.

ДНК >РНК > белок

РЕПЛИКАЦИЯ - процесс самоудвоения ДНК. Этот процесс стал полностью изучен только после того, как УОТСОН и КРИК предложили структуру ДНК в виде двойной спирали, полинуклеотидные цепи которой связаны комплиментарными азотистыми основаниями (А:::Т. Г=Ц). Если азотистые основания комплиментарны друг другу, то и полинуклеотидные цепи тоже комплиментарны. В основе механизма репликации лежит принцип комплиментарности.

К механизму репликации относится матричный биосинтез. Репликация ДНК идёт полуконсервативным способом: на каждой материнской полинуклеотидной цепи синтезируется дочерняя цепь.

Условия необходимые для репликации:

1. Матрица - нити ДНК. Расплетение нити называется РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА. Она может образовываться внутри молекулы ДНК. Они движутся в разных направлениях, образуя РЕПЛИКАТИВНЫЙ ГЛАЗОК. Таких глазков в молекуле ДНК ЭУКАРИОТ несколько, каждый имеет две вилки.

2. Субстрат. Пластическим материалом являются ДЕЗОКСИНУКЛЕОТИДТРИФОСФАТЫ: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ. Затем происходит их распад до ДЕЗОКСИНУКЛЕОТИДМОНОФОСФАТОВ, двух молекул фосфата неорганического с выделением энергии, т.е. они одновременно являются источником и энергии, и пластического материала.

Д-АТФ— > Д-АМФ + ФФ +- Е.

3. Ионы магния.

4. Репликативный комплекс ферментов:
А) ДНК -раскручивающие белки:

DNА-А (вызывает расхождение нитей) ХЕЛИКАЗЫ (расщепляют цепь ДНК)

ТОПОИЗОМЕРАЗЫ I и 2 (раскручивают сверх спирали). Разрывают (3,5)-фосфодиэфирные связи. ТОПОИЗОМЕРАЗА 2 у ПРОКАРИОТ называется ГИРАЗА.

В) Белки, препятствующие соединению нитей ДНК (SSВ -белки)

С) ДНК-ПОЛИМЕРАЗА (катализирует образование фосфодиэфирных связей). ДНК-ПОЛИМЕРАЗА только удлиняет уже существующую нить, но не может соединить два свободных НУКЛЕОТИДА.

D) ПРАЙМАЗА (катализирует образование «затравки» к синтезу). Это по своей структуре РНК- ПОЛИМЕРАЗА, которая соединяет одиночные НУКЛЕОТИДЫ.
Е) ДНК-ЛИГАЗА.

5. ПРАЙМЕРЫ - «затравка» для репликации. Это короткий фрагмент, состоящий из РИБОНУКЛЕОТИДТРИФОСФАТОВ (2 - 10). Образование ПРАЙМЕРОВ катализируется ПРАЙМАЗОЙ.

Основные этапы репликации.

I. ИНИЦИАЦИЯ репликации.

Происходит под влиянием внешних стимулов (факторов роста). Белки соединяются с рецепторами на плазматической мембране и вызывают репликацию в синтетическую фазу клеточного цикла. Смысл инициации заключается в присоединении в точку репликации DNА-А, стимулирующего расхождение двойной спирали. В этом принимает участие и ХЕЛИКАЗА. Действуют ферменты (ТОПОИЗОМЕРАЗЫ), вызывающие раскручивание сверх спирали. SSВ-белки препятствуют соединению дочерних цепей. Образуется РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА.

2. Образование дочерних нитей.

Этому предшествует образование ПРАЙМЕРОВ с помощью фермента ПРАЙМАЗЫ. Действует ДНК-ПОЛИМЕРАЗА и образуется дочерняя нить ДНК. Этот процесс происходит в соответствии с принципом комплиментарности, и синтез идёт от 5* к 3* концу синтезируемой нити.

На одной из материнских нитей будет строиться непрерывная цепь, а на противоположной нити - цепь из коротких фрагментов которые называются ОКАЗАКИ.

3. Удаление ПРАЙМЕРОВ с помощью ЭКЗОНУКЛЕАЗЫ,

4. Соединение коротких фрагментов с помощью ДНК-ЛИГАЗЫ.

Дочерние нити КОМПЛИМЕНТАРНЫ материнским. Дочерние молекулы ДНК являются копией материнской ДНК.

Значение репликации: воспроизведение генотипа в поколениях.

РЕПАРАЦИЯ ДНК.

ДНК человека содержит примерно 3 млрд. НУКЛЕОТИДОВ. Если появится одна ошибка на 1млн. НУКЛЕОТИДОВ, то в целом в молекуле ДНК будет 3000 ошибок за один процесс репликации. Ошибки в репликации могут привести к летальному исходу. В организме существует система, исправляющая ошибки - система репарации ДНК. Она состоит из трех ферментов:

· ЭНДОНУКЛЕАЗА,

· ЭКЗОНУКЛЕАЗА,

· ДНК-ПОЛИМЕРАЗА РЕПАРИРУЮЩАЯ.

ЭНДОНУКЛЕАЗА вызывает разрыв фосфодиэфирных связей поврежденного НУКЛЕОТИДА с соседним, с той или с другой стороны. В результате образуется два конца. В действие вступает ЭКЗОНУКЛЕАЗА, отщепляющая НУКЛЕОТИДЫ с образующихся концов ДНК в обе стороны. В результате действия этих ферментов на одной нити ДНК возникает дефект. В работу вступает ДНК-ПОЛИМЕРАЗА РЕПАРИРУЮЩАЯ. Она достраивает повреждённую цепь в соответствии с принципом комплиментарности. Т.о. поврежденный НУКЛЕОТИД удаляется.

ТРАНСКРИПЦИЯ ГЕНА.

Транскрипция - передача информации с ДНК на РНК (биосинтез РНК).

Транскрипции, в отличие от репарации, подвергаются только определённые части молекулы ДНК. Эта часть называется ТРАНСКРИПТОНОМ - фрагмент ДНК, транскрибируемый в РНК. ДНК эукариот прерывистая: участки, несущие информацию (ЭКЗОНЫ), чередуются с участками, не несущими информацию (ИНТРОНЫ).

В ДНК с 5'-конца выделяют ПРОМОТОРНУЮ область - место присоединения РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ. С 3'-конца - ТЕРМИНАТОРНАЯ зона. Эти области не транскрибируются.

УСЛОВИЯ ТРАНСКРИПЦИИ.

1. Матрица - 1 нить ДНК. Образуется транскрипционный глазок.

2. Структурные компоненты - РИБОНУКЛЕОЗИД-3-ФОСФАТЫ (АТФ, ГТФ, ЦТФ. УТФ). Они будут распадаться до МОНОФОСФАТОВ с выделением энергии.

3. ДНК-зависимая РНК-ПОЛИМЕРАЗА.

Основные этапы транскрипции.

1. ИНИЦИАЦИЯ. Заключается в присоединении РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ к ПРОМОТОРУ, что приводит к расхождению нитей ДНК, Импульсом к присоединению РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ является присоединение ТВР-белка к ТАТА-САЙТУ.

2. ЭЛОНГАЦИЯ (удлинение).

Соединение РИБОНУКЛЕОЗИДМОНОНУКЛЕОТИДОВ и образование фосфодиэфирных связей между НУКЛЕОТИДАМИ с помощью РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ, которая передвигается вдоль нити ДНК. Присоединение НУКЛЕТИДОВ идёт в соответствии с принципом комплиментарности, только вместо ДЕЗОКСИНУКЛЕОТИДОВ будут РИБОНУКЛЕОТИДЫ, и вместо ТМФ - УМФ.

Синтез идёт со скоростью 30 - 50 НУКЛЕОТИДОВ в секунду, пока не дойдёт до Т-зоны.

3. ТЕРМИНАЦИЯ (окончание).

Заключается в том, что со стороны 3'-конца образованной РНК присоединяется множество (до 200 - 300) АДЕНИЛОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ - полиА. Образуется точная копия гена. АДЕНИЛОВЫЕ НУКЛЕОТИДЫ защищают 3'-конец от действия ЭКЗОНУКЛЕАЗ. С 5*-конца образуется защита, так называемый «САР» (чаще всего УДФ). Эта образовавшаяся копия гена называется ТРАНСКРИПТ.

4. ПРОЦЕССИНГ (созревание).

Заключается в СПЛАЙСИНГЕ - удаление неинформативных участков, и соединение ЭКЗОНОВ между собой. Играет важную роль в эволюции организмов, т.к, возможен альтернативный СПЛАЙСИНГ. Это свидетельствует о том. что из одной пре - ИРНК образуется несколько ИРНК и соответственно несколько белков, что проявляется в разнообразии признаков у организмов.