Vodeći lanac u replikaciji DNK. Procesi replikacije i transkripcije

DNK replikacija je proces njegovog udvostručavanja prije diobe stanice. Ponekad se naziva "replikacija DNK". Udvostručenje se događa u S-fazi interfaze staničnog ciklusa.

Očito je nužnost samokopiranja genetskog materijala u divljim životinjama. Samo na taj način stanice kćeri koje nastaju tijekom stanične diobe mogu sadržavati onoliko DNK koliko je izvorno bila u izvornoj. Zahvaljujući replikaciji, sve genetski programirane značajke strukture i metabolizma prenose se u niz generacija.

U procesu stanične diobe, svaka molekula DNK iz para identičnih ide u svoju ćerku stanicu. To osigurava točan prijenos nasljednih informacija.

Tijekom sinteze DNK energija se troši, tj. ovo je proces koji troši energiju.

Mehanizam replikacije DNK

Sama molekula DNK (bez udvostručavanja) je dvostruka spirala. U procesu reduplikacije prekidaju se vodikove veze između njegova dva komplementarna lanca. I na svakom pojedinom lancu, koji sada služi kao predložak-matrica, gradi se novi komplementarni lanac. Tako nastaju dvije molekule DNK. Za svaki ona dobiva jedan lanac iz majčine DNK, drugi se novo sintetizira. Stoga je mehanizam replikacije DNK polukonzervativan(jedan lanac stari, jedan novi). Ovaj mehanizam replikacije dokazan je 1958. godine.

U molekuli DNK lanci su antiparalelni. To znači da jedan pramen ide u smjeru od kraja od 5" do kraja 3", a komplementarni ide obrnuto. Brojevi 5 i 3 označavaju brojeve ugljikovih atoma u deoksiribozi, koja je dio svakog nukleotida. Nukleotidi su povezani preko ovih atoma fosfodiesterskim vezama. A gdje jedan lanac ima 3 "veza, drugi ima 5", pošto je naopako, odnosno ide u drugom smjeru. Radi jasnoće, možete zamisliti da stavite ruku na ruku, poput učenika prvog razreda koji sjedi za stolom.

Glavni enzim koji provodi produžetak novog lanca DNK može to učiniti samo u jednom smjeru. Naime: pričvrstiti novi nukleotid samo na 3" kraj. Dakle, sinteza može ići samo u smjeru od 5" do 3".

Lanci su antiparalelni, što znači da im sinteza mora ići u različitim smjerovima. Kada bi se lanci DNK prvo potpuno razišli, a onda bi se na njima izgradio novi komplementarni, onda to ne bi bio problem. U stvarnosti, lanci se u određenom razilaze početne točke replikacije, a na tim mjestima na matricama odmah počinje sinteza.

Takozvani replikacijske vilice. Istovremeno, na jednom roditeljskom lancu, sinteza se odvija u smjeru divergencije vilica, a ta se sinteza odvija kontinuirano, bez prekida. Na drugom predlošku sinteza se odvija u smjeru suprotnom od smjera divergencije lanaca izvorne DNK. Stoga se takva obrnuta sinteza može odvijati samo u komadima, koji se nazivaju ulomci Okazakija. Kasnije se takvi ulomci "šivaju" zajedno.

Poziva se podređeni lanac koji se neprekidno replicira vodeći ili vodeći. Onaj koji je sintetiziran kroz Okazakijeve fragmente - zaostajanje, ili zaostajanje jer je fragmentirana replikacija sporija.

Na dijagramu se lanci roditeljske DNK postupno razilaze u smjeru u kojem se sintetizira vodeći lanac kćeri. Sinteza zaostalog lanca ide u smjeru suprotnom od divergencije, stoga se mora izvoditi u komadima.

Još jedna značajka glavnog enzima sinteze DNA (polimeraze) je da ne može pokrenuti samu sintezu, već samo nastaviti. On treba temeljni premaz ili temeljni premaz. Stoga se mala komplementarna RNA regija najprije sintetizira na roditeljskom lancu, a zatim se lanac produžuje pomoću polimeraze. Kasnije se temeljni premazi uklanjaju i rupe se izgrađuju.

Na dijagramu su sjemenke prikazane samo na zaostalom lancu. Zapravo, oni su na vodećim. Međutim, ovdje je potreban samo jedan temeljni premaz po vilici.

Budući da lanci majčinske DNK ne odstupaju uvijek od krajeva, već na točkama inicijalizacije, zapravo se ne formiraju toliko vilice koliko oči ili mjehurići.

Svaki mjehur može imati dvije vilice, tj. lanci će se razilaziti u dva smjera. Međutim, oni mogu samo jedno. Ako je, ipak, neslaganje dvosmjerno, tada će od točke inicijalizacije na jednom DNK lancu sinteza ići u dva smjera - naprijed i natrag. U tom slučaju će se kontinuirana sinteza izvoditi u jednom smjeru, a Okazaki fragmenti u drugom smjeru.

Prokariotska DNK nije linearna, već ima kružnu strukturu i samo jedno podrijetlo replikacije.

Na dijagramu su dva lanca roditeljske molekule DNA prikazana crvenom i plavom bojom. Novi filamenti koji se sintetiziraju prikazani su isprekidanim linijama.

U prokariota je samokopiranje DNK brže nego u eukariota. Ako je stopa reduplikacije u eukariota stotine nukleotida u sekundi, tada u prokariota doseže tisuću ili više.

Enzimi replikacije

Replikaciju DNK provodi kompleks enzima tzv replisome. Ukupno postoji više od 15 enzima i proteina replikacije. Najznačajniji su navedeni u nastavku.

Glavni enzim replikacije je već spomenuti DNA polimeraza(u stvari, postoji nekoliko različitih), što izravno provodi rast lanca. Ovo nije jedina funkcija enzima. Polimeraza je u stanju "provjeriti" koji nukleotid pokušava spojiti kraj. Ako nije prikladno, onda ga briše. Drugim riječima, djelomični popravak DNK, odnosno njezina korekcija replikacijskih pogrešaka, događa se već u fazi sinteze.

Nukleotidi koji se nalaze u nukleoplazmi (ili citoplazmi u bakterijama) postoje u obliku trifosfata, odnosno nisu nukleotidi, već deoksinukleozid trifosfati (dATP, dTTP, dGTP, dCTP). Oni su slični ATP-u, koji ima tri fosfatna ostatka, od kojih su dva povezana makroergijskim vezama. Kada se te veze pokidaju, oslobađa se puno energije. Također, u deoksinukleozid trifosfatima, dvije su veze makroergijske. Polimeraza odvaja posljednja dva fosfata i koristi oslobođenu energiju za reakciju polimerizacije DNA.

Enzim helikaza razdvaja niti matrične DNA razbijanjem vodikovih veza između njih.

Budući da je molekula DNK dvostruka spirala, prekid veze izaziva još više uvijanja. Zamislite uže od dva užeta upletena jedno u odnosu na drugo, a s jedne strane povlačite jedan kraj udesno, drugi ulijevo. Tkani dio će postati još više uvijen, bit će čvršći.

Da bi se uklonila takva napetost, potrebno je da se dvostruka spirala koja se još nije raspala brzo okreće oko svoje osi, "resetirajući" rezultirajuću superzavojnicu. Međutim, ovo je previše energetski intenzivno. Stoga se u stanicama ostvaruje drugačiji mehanizam. Enzim topoizomeraza prekida jednu od niti, drugu provlači kroz prazninu i ponovno šije prvu. Time se eliminiraju superzavojnice koje se pojavljuju.

Nizovi matrične DNA koji su se raspršili kao rezultat djelovanja helikaze pokušavaju se ponovno povezati sa svojim vodikovim vezama. Da se to ne bi dogodilo, Proteini koji vežu DNA. Oni nisu enzimi u smislu da ne kataliziraju reakcije. Takvi su proteini pričvršćeni na lanac DNA cijelom svojom duljinom i ne dopuštaju zatvaranje komplementarnih lanaca DNA predloška.

Prajmeri se sintetiziraju RNA primaza. I uklanjaju se egzonukleaza. Nakon što se temeljni premaz ukloni, druga vrsta polimeraze stvara "rupu". Međutim, u ovom slučaju pojedinačni dijelovi DNK nisu spojeni zajedno.

Odvojeni dijelovi sintetiziranog lanca umreženi su pomoću enzima replikacije kao što je DNA ligaza.

Nukleinske kiseline imaju važnu ulogu u osiguravanju vitalne aktivnosti stanica živih organizama. Važan predstavnik ove skupine organskih spojeva je DNK, koja nosi sve genetske informacije i odgovorna je za ispoljavanje potrebnih značajki.

Što je replikacija?

U procesu diobe stanice potrebno je povećati količinu nukleinskih kiselina u jezgri kako ne bi došlo do gubitka genetske informacije u procesu. U biologiji, replikacija je umnožavanje DNA kroz sintezu novih lanaca.

Glavni cilj ovog procesa je prijenos genetske informacije u stanice kćeri u nepromijenjenom obliku bez ikakvih mutacija.

Enzimi i proteini replikacije

Dupliciranje molekule DNA može se usporediti s bilo kojim metaboličkim procesom u stanici koji zahtijeva odgovarajuće proteine. Budući da je replikacija važna komponenta stanične diobe u biologiji, stoga su ovdje uključeni mnogi pomoćni peptidi.

• DNA polimeraza je najvažniji enzim reduplikacije, koji je odgovoran za sintezu lanca kćeri.U citoplazmi stanice, u procesu replikacije, obavezna je prisutnost nukleinskih trifosfata koji donose sve nukleinske baze.

Ove baze su monomeri nukleinskih kiselina pa je od njih izgrađen cijeli lanac molekule. DNA polimeraza je odgovorna za proces sklapanja ispravnim redoslijedom, inače je pojava svih vrsta mutacija neizbježna.

• Primaza je protein koji je odgovoran za formiranje primera na lancu DNK šablona. Ovaj početnik se također naziva početnim, ima prisutnost početnih monomera iz kojih je moguća daljnja sinteza cijelog polinukleotidnog lanca za enzim DNA polimeraze. Ovu funkciju obavlja početnica i odgovarajući enzim.
• Helikaza (helikaza) tvori viljušku za replikaciju, što je divergencija matričnih lanaca razbijanjem vodikovih veza. To olakšava polimerazama da pristupe molekuli i započnu sintezu.
• Topoizomeraza. Zamislite li molekulu DNK kao upleteno uže, dok se polimeraza kreće duž lanca, zbog jakog uvijanja nastat će pozitivan napon. Taj problem rješava topoizomeraza, enzim koji na kratko razbija lanac i odvija cijelu molekulu. Nakon toga, oštećeno područje se ponovno spaja, a DNK ne doživljava stres.
• Ssb proteini se vežu poput klastera za lance DNA na vilici replikacije kako bi spriječili ponovno stvaranje vodikovih veza prije kraja procesa reduplikacije.
• Ligaz. sastoji se u šivanju Okazakijevih fragmenata na zaostalom lancu molekule DNA. To se događa izrezivanjem prajmera i umetanjem nativnih monomera deoksiribonukleinske kiseline na njihovo mjesto.

U biologiji je replikacija složen proces u više koraka koji je iznimno važan u diobi stanica. Stoga je za učinkovitu i ispravnu sintezu neophodna uporaba različitih proteina i enzima.

mehanizam reduplikacije

Postoje 3 teorije koje objašnjavaju proces umnožavanja DNK:

1. Konzervativni tvrdi da jedna kćer molekula nukleinske kiseline ima matričnu prirodu, a druga je potpuno sintetizirana od nule.
2. Polukonzervativan koji su predložili Watson i Crick i potvrđen 1957. u eksperimentima na E. Coli. Ova teorija kaže da obje kćeri DNK molekule imaju jedan stari lanac i jedan novosintetiziran.
3. Mehanizam disperzije temelji se na teoriji da molekule kćeri imaju izmjenične dijelove duž cijele duljine, koji se sastoje od starih i novih monomera.

Polukonzervativni model sada je znanstveno dokazan. Što je replikacija na molekularnoj razini? Na početku helikaza prekida vodikove veze molekule DNA, otvarajući tako oba lanca za enzim polimerazu. Potonji, nakon formiranja sjemena, započinju sintezu novih lanaca u smjeru 5'-3'.

Svojstvo antiparalelnosti DNK glavni je razlog za stvaranje vodećih i zaostalih niti. Na vodećem lancu DNA polimeraza se kreće kontinuirano, a na zaostalom tvori Okazaki fragmente, koji će se u budućnosti povezivati ​​uz pomoć ligaze.

Značajke replikacije

Koliko se molekula DNK nalazi u jezgri nakon replikacije? Sam proces podrazumijeva udvostručenje genetskog skupa stanice, dakle, tijekom sintetskog razdoblja mitoze, diploidni skup ima dvostruko više molekula DNA. Takav se unos obično označava kao 2n 4c.

Osim biološkog značenja replikacije, znanstvenici su pronašli primjenu za proces u raznim područjima medicine i znanosti. Ako je u biologiji replikacija umnožavanje DNK, onda se u laboratoriju reprodukcija molekula nukleinske kiseline koristi za stvaranje nekoliko tisuća kopija.

Ova metoda se naziva lančana reakcija polimeraze (PCR). Mehanizam ovog procesa sličan je replikaciji in vivo, stoga se za njegov tijek koriste slični enzimi i puferski sustavi.

zaključke

Replikacija je od velike biološke važnosti za žive organizme. Prijenos tijekom stanične diobe nije potpun bez umnožavanja molekula DNA, pa je usklađen rad enzima važan u svim fazama.

1. Kada se događa replikacija?- U sintetskoj fazi interfaze, mnogo prije stanične diobe. Razdoblje između replikacije i profaze mitoze naziva se postsintetska faza interfaze, u kojoj stanica nastavlja rasti i provjerava je li se udvostručenje ispravno dogodilo.

2. Ako je prije udvostručenja bilo 46 kromosoma, koliko će ih biti nakon udvostručenja?- Broj kromosoma se ne mijenja kada se DNK duplicira. Prije udvostručenja, osoba ima 46 pojedinačnih kromosoma (koji se sastoje od jednog dvostrukog lanca DNK), a nakon udvostručenja, 46 dvostrukih kromosoma (koji se sastoje od dva identična dvostruka lanca DNK međusobno povezana na centromeri).

3. Zašto nam je potrebna replikacija?- Tako da tijekom mitoze svaka stanica kćer može dobiti svoju kopiju DNK. Tijekom mitoze, svaki od 46 dvostrukih kromosoma dijeli se na dva pojedinačna; dobivaju se dva seta od 46 pojedinačnih kromosoma; ova dva skupa razilaze se u dvije stanice kćeri.

Tri principa strukture DNK

polukonzervativan- svaka kćerka DNK sadrži jedan lanac iz roditeljske DNK i jedan novosintetizirani.

komplementarnost- AT/CH. Nasuprot adeninu jednog lanca DNK uvijek je timin drugog lanca DNK, nasuprot citozinu uvijek je gvanin.

antiparalelizam DNK niti su jedna nasuprot drugoj. Ovi se krajevi ne uče u školi, pa još malo (i dalje - u divljinu).

Monomer DNK je nukleotid, središnji dio nukleotida je deoksiriboza. Ima 5 atoma ugljika (na najbližoj slici donji lijevi atomi deoksiriboze su numerirani). Gledamo: dušična baza je vezana na prvi atom ugljika, fosforna kiselina određenog nukleotida je spojena na peti, treći atom je spreman za vezanje fosforne kiseline sljedećeg nukleotida. Dakle, svaki lanac DNK ima dva kraja:

• 5"-kraj, na njemu se nalazi fosforna kiselina;
• Kraj od 3" sadrži ribozu.

Pravilo antiparalelizma je da na jednom kraju dvostrukog lanca DNK (na primjer, na gornjem kraju najbliže figure), jedan lanac ima kraj od 5 inča, a drugi kraj od 3 inča. Za proces replikacije važno je da DNA polimeraza može produžiti samo kraj od 3 inča. Lanac DNA može rasti samo na svom kraju od 3 inča.

Na ovoj slici proces umnožavanja DNK teče odozdo prema gore. Vidi se da lijevi lanac raste u istom smjeru, dok desni lanac raste u suprotnom smjeru.

Sljedeća slika vrhunski novi lanac("vodeći pramen") produljuje se u istom smjeru u kojem dolazi do udvostručenja. Donji novi lanac("zaostali lanac") ne može se produžiti u istom smjeru, jer tu ima 5" kraj, koji, kao što se sjećamo, ne raste. Stoga, donji lanac raste koristeći kratke (100-200 nukleotida) Okazaki fragmente, svaki od kojih raste u smjeru 3". Svaki Okazaki fragment raste iz 3'-kraja primera ("RNA primeri" na slici, početnici su crveni).

Enzimi replikacije

opći smjer replikacije smjer u kojem se DNK duplicira.
Roditeljski DNK- stari (majčin) DNK.
Zeleni oblak pored "roditeljskog DNK"- enzim helikaza, koji razbija vodikove veze između dušičnih baza starog (majčinskog) lanca DNK.
Sivi ovali na nitima DNK koji su upravo razdvojeni- destabilizirajući proteini koji sprječavaju povezivanje lanaca DNK.
DNA pol III- DNA polimeraza, koja dodaje nove nukleotide na 3" kraj gornjeg (vodećeg, kontinuirano sintetiziranog) DNK lanca (vodeći niz).
Primase- enzim primaza, koji čini primer (crveni komad iz Lego-a). Sada brojite početnike s lijeva na desno:

• prvi primer je još nedovršen, tek ga izrađuje primasa;
• od drugog prajmera DNA polimeraza gradi DNK – u smjeru suprotnom od smjera udvostručenja DNK, ali u smjeru 3' kraja;
• od trećeg primera, lanac DNK je već izgrađen (zaostali pramen), približila se četvrtom bukvaru;
• četvrti primer je najkraći jer DNA polimeraza (DNK pol I) uklanja ga (aka RNA, nema veze s DNK, trebao nam je samo desni kraj od njega) i zamjenjuje ga DNK;
• peti primer više nije na slici, potpuno je izrezan, ostavljajući prazninu na svom mjestu. DNA ligaza (DNA ligaza) zašije ovaj jaz tako da donji (zaostali) lanac DNK bude netaknut.

Enzim topoizomeraza nije naznačen na superslici, ali će se pojaviti kasnije u testovima, pa recimo nekoliko riječi o njemu. Ovdje je konop koji se sastoji od tri velike niti. Ako tri druga uhvate ova tri niti i počnu ih vući u tri različita smjera, vrlo brzo će se uže prestati odmotavati i uvijati u uske petlje. S DNK, koja je dvolančano uže, isto bi se moglo dogoditi da nije topoizomeraze.

Topoizomereza presijeca jedan od dva lanca DNK, nakon čega (druga slika, crvena strelica) DNK omotava jednu od svojih niti tako da se ne stvaraju uske petlje (smanjuje se topološki stres).

Podreplikacija terminala

Iz superslike s enzimima replikacije jasno je da na mjestu koje je ostalo nakon uklanjanja primera DNA polimeraza dovršava konstrukciju sljedećeg Okazakijevog fragmenta. (Je li stvarno jasno? Ako ništa drugo, Okazaki fragmenti na superslici označeni su brojevima u krugovima.) Kada replikacija u superslici dostigne svoj logički (lijevi) kraj, tada posljednji (krajnji lijevi) Okazaki fragment neće imati "sljedeći “, tako da neće imati tko dovršiti DNK na praznom mjestu koje je rezultat uklanjanja primera.

Evo još jednog crteža za vas. Crni DNK lanac je star, majčinski. Udvostručenje DNK, za razliku od superslike, događa se s lijeva na desno. Budući da nova (zelena) DNK ima kraj od 5" na desnoj strani, ona zaostaje i izdužuje se u odvojenim fragmentima (Okazaki). Svaki Okazaki fragment raste iz 3" kraja svog temeljnog uzorka (plavi pravokutnik). Prajmere, kao što se sjećamo, uklanja DNA polimeraza, koja dovršava sljedeći Okazaki fragment na ovom mjestu (ovaj proces je označen crvenom točkom). Na kraju kromosoma nema tko zatvoriti ovaj odjeljak, budući da nema sljedećeg Okazakijevog fragmenta, već postoji prazan prostor (praznina). Tako se nakon svake replikacije skraćuju oba 5" kraja kromosoma kćeri. (nedovoljna replikacija terminala).

Matične stanice (u koži, crvenoj koštanoj srži, testisima) moraju se podijeliti mnogo više od 60 puta. Stoga u njima funkcionira enzim telomeraza, koji produljuje telomere nakon svake replikacije. Telomeraza produljuje izbočeni 3' kraj DNA tako da naraste do veličine Okazakijevog fragmenta. Nakon toga primaza sintetizira početnik na njemu, a DNA polimeraza produljuje nedovoljno replicirani 5' kraj DNK.

testiki

1. Replikacija je proces u kojem:
A) sintetizira se prijenosna RNA;
B) dolazi do sinteze (kopiranja) DNK;
C) ribosomi prepoznaju antikodone;
D) nastaju peptidne veze.

2. Spojite funkcije enzima uključenih u replikaciju prokariota s njihovim nazivima.

3. Tijekom replikacije u eukariotskim stanicama, brisanje početnica
A) provodi enzim koji ima samo aktivnost DNaze
B) tvori Okazaki fragmente
B) javlja se samo u zaostalim lancima
D) javlja se samo u jezgri

4. Ako izdvojite DNK bakteriofaga fX174, otkrit ćete da ima 25% A, 33% T, 24% G i 18% C. Kako biste objasnili ove rezultate?
A) Rezultati pokusa su pogrešni; negdje je došlo do greške.
B) Moglo bi se pretpostaviti da je postotak A približno jednak onome T, što vrijedi i za C i G. Dakle, Chargaffovo pravilo nije narušeno, DNK je dvolančana i replicira se polukonzervativno.
C) Budući da su postoci A i T i, prema tome, C i G različiti, DNK je jedan lanac; replicira se posebnim enzimom slijedeći poseban mehanizam replikacije s jednim lancem kao predloškom.
D) Budući da niti A nije jednako T, niti G nije jednako C, DNK mora biti jednolančana, ona se replicira sintetiziranjem komplementarnog lanca i korištenjem ovog dvolančanog oblika kao šablona.

5. Dijagram se odnosi na replikaciju dvolančane DNA. Za svaki od kvadrata I, II, III odaberite jedan enzim koji djeluje u ovom području.

A) telomeraza
B) DNA topoizomeraza
B) DNA polimeraza
D) DNK helikaza
D) DNK ligaza

6. Kultura bakterija iz medija s laganim izotopom dušika (N-14) prebačena je u medij koji sadrži teški izotop (N-15) na vrijeme koje odgovara jednoj podjeli, a zatim vraćena u medij s lagani izotop dušika. Analiza sastava bakterijske DNK nakon razdoblja koje odgovara dvije replikacije pokazala je:

7. Jedan rijedak genetski poremećaj karakteriziraju imunodeficijencija, mentalna i tjelesna retardacija te mikrocefalija. Pretpostavimo da u ekstraktu DNK pacijenta s ovim sindromom nalazite gotovo jednake količine dugih i vrlo kratkih segmenata DNK. Koji enzim najvjerojatnije nedostaje/neispravan u ovom pacijentu?
A) DNK ligaza
B) Topoizomeraza
B) DNA polimeraza
D) Helikaza

8. Molekula DNK je dvostruka spirala koja sadrži četiri različite vrste dušičnih baza. Koja je od sljedećih tvrdnji o replikaciji i kemiji DNK točna?
A) Bazni nizovi dvaju nizova su isti.
B) U dvostrukom lancu DNK sadržaj purina jednak je sadržaju pirimidina.
C) Oba lanca se kontinuirano sintetiziraju u smjeru 5'→3'.
D) Dodatak prve baze novosintetizirane nukleinske kiseline katalizira DNA polimeraza.
E) Aktivnost DNA polimeraze ispravljanja pogrešaka je u smjeru 5'→3'.

9. Većina DNA polimeraza također ima aktivnost:
A) ligaza;
B) endonukleaza;
C) 5"-egzonukleaza;
D) 3"-egzonukleaza.

10. DNA helikaza je ključni enzim za replikaciju DNK koji odmotava dvolančanu DNK u jednolančanu. Eksperiment za razjašnjavanje svojstava ovog enzima opisan je u nastavku.

Koja je od sljedećih tvrdnji o ovom eksperimentu točna?
A) Traka koja se pojavljuje na vrhu gela je samo ssDNA, veličine 6,3 kb.
B) Traka koja se pojavljuje na dnu gela je 300 bp označena DNK.
C) Ako se hibridizirana DNA tretira samo s DNA helikazom i reakcija se dovede do kraja, raspored traka izgleda kao što je prikazano u stazi 3 na slici b.
D) Ako se hibridizirana DNA tretira samo kuhanjem bez obrade helikazom, raspored vrpci se pojavljuje kao što je prikazano u stazi 2 na slici b.
E) Ako se hibridizirana DNA tretira samo kuhanom helikazom, raspored vrpci izgleda kao što je prikazano u stazi 1 na slici b.

Okružna olimpijada 2001
- Sveruska olimpijada 2001
- Međunarodna olimpijada 2001
- Međunarodna olimpijada 1991
- Međunarodna olimpijada 2008
- Okružna olimpijada 2008
- Međunarodna olimpijada 2010
Cijele tekstove ovih olimpijada možete pronaći ovdje.

replikacija- prijenos informacija s DNK na DNK, samoduplikacija DNK (biosinteza DNA).

Molekula DNK sastoji se od dva lanca parovi tijekom diobe stanice. udvostručavanje DNK temelji se na činjenici da se pri raspletu niti svaka nit može dovršiti komplementarna kopija, čime se dobivaju dva lanca molekule DNK, kopirajući originalni.

Uvjeti potrebni za replikaciju: 1.) Matrica- niti DNK. Razdvajanje niti se zove vilica za replikaciju. Može se formirati unutar molekule DNK. Kreću se u različitim smjerovima, formirajući se replikativno oko. U molekuli DNK eukariota postoji nekoliko takvih očiju, svaka ima dvije vilice. 2.) supstrat. Plastični materijal je deoksinukleotid trifosfati: dATP, dGTP, dCTP, dTTP. Zatim se raspadaju na deoksinukleotid monofosfati, dvije molekule anorganskog fosfata uz oslobađanje energije, t.j. oni su i izvor i energije, I plastični materijal. 3.) Ioni magnezij. 4.) Replikacijski kompleks enzima. ali) DNK odmotava proteine: - DNA-A(uzrokuje divergenciju niti); - helikaze(razdvojiti lanac DNK) - topoizomeraze 1 I 2 (odmotati preko spirale). rastrgati (3",5")-fosfodiesterske veze. Topoizomeraza 2 u prokariotima se zove giraza. b) Proteini koji sprječavaju povezivanje lanaca DNK ( SSB proteini). u) DNA polimeraza(katalizuje stvaranje fosfodiesterskih veza). DNA polimeraza samo produljuje već postojeći lanac, ali ne može povezati dva slobodna nukleotida. G) Primaza(katalizuje stvaranje "sjeme" za sintezu). To je u svojoj strukturi RNA polimeraza koja povezuje pojedinačne nukleotide. e) DNA ligaza. 5.) Primeri- "sjeme" za replikaciju. Ovo je kratki isječak ribonukleotid trifosfati(2 - 10). Formiranje temeljnog premaza je katalizirano primase.

Koraci replikacije: 1.) Inicijacija(formiranje replikacijske vilice); 2.) Produljenje(sinteza novih niti); 3.) Isključivanje primera; 4.) Raskid(završetak sinteze dva podređena lanca).

Pokretanje replikacije:- reguliraju signalne proteinske molekule - faktori rasta;- pružiti enzimi I posebne bjelančevine.

Potrebni enzimi: DNA topoizomeraze Enzimi koji odmotavaju DNK superzavojnice. DNK helikaza- razbija vodikove veze u dvolančanoj molekuli DNA. Kao rezultat toga, a vilica za replikaciju (replikativno oko).

Proteini koji se vežu na jednolančane lance DNA vežu se na jednolančane DNA i sprječavaju njihovo komplementarno spajanje.

produljenje replikacije. Supstrati za sintezu su deoksinukleozid trifosfati, koji djeluje kao građevinski materijal i izvor energije.

Potrebni enzimi: DNK primaza, koji katalizira sintezu kratkih molekula RNA primera za DNA polimerazu. DNA polimeraza osigurava uključivanje u rastući "novi" lanac nukleotida komplementarnih "starom", odnosno šablonskom lancu.

Sinteza novih lanaca DNK može se odvijati samo u smjeru od 5' kraja do 3' kraja. Na jednom lancu, DNK se kontinuirano sintetizira "vodeći" krug, a na drugoj nastaju kratki ulomci - "retardirani" lanac (ulomci Okazakija).

Nakon uklanjanja temeljnih premaza DNA ligaza spaja kratke Okazaki fragmente ( raskida).

Informacija se prenosi matrični način. polukonzervativan Mehanizam replikacije DNK.

U procesu replikacije, dvostruka spirala DNA, koja se sastoji od dva komplementarna polinukleotidna lanca, odmotava se u zasebne lance i istovremeno počinje sinteza novih polinukleotidnih lanaca; u ovom slučaju početni lanci DNK igraju ulogu šablona. Novi lanac sintetiziran na svakom od izvornih niti identičan je drugom izvornom lancu. Kada je proces završen, formiraju se dvije identične dvostruke spirale, od kojih se svaka sastoji od jednog starog (izvornog) i jednog novog lanca (slika 1). Dakle, samo jedan od dva lanca koji čine izvornu molekulu DNK prenosi se s jedne generacije na drugu – takozvani polukonzervativni mehanizam replikacije.

Replikacija se sastoji od velikog broja uzastopnih faza, koje uključuju prepoznavanje početne točke replikacije, odmotavanje izvornog dupleksa (helixa), držanje njegovih lanaca u stanju izolacije jedan od drugog, pokretanje sinteze novih lanaca kćeri na njima, njihovo rast (elongacija), uvijanje lanaca u spiralu i završetak (kraj) sinteze. Sve ove faze replikacije, koje se odvijaju velikom brzinom i iznimnom preciznošću, osigurava kompleks koji se sastoji od više od 20 enzima i proteina, tzv. DNA replikazni sustav ili replizom. Funkcionalna jedinica replikacije je replikon, koji je segment (dio) kromosoma ili ekstrakromosomske DNK, ograničen početnom točkom na kojoj se replikacija pokreće i krajnjom točkom na kojoj se replikacija zaustavlja. Brzina replikacije kontrolira se u fazi inicijacije. Jednom pokrenuta, replikacija se nastavlja sve dok se cijeli replikon ne duplicira (udvostruči). Učestalost inicijacije određena je interakcijom posebnih regulatornih proteina s ishodištem replikacije. Bakterijski kromosomi sadrže jedan replikon: inicijacija na jednom ishodištu replikacije dovodi do replikacije cijelog genoma. U svakom staničnom ciklusu replikacija se pokreće samo jednom. Plazmidi i virusi, koji su autonomni genetski elementi, zasebni su replikoni sposobni za višestruku inicijaciju u stanici domaćinu. Eukariotski kromosomi (kromosomi svih organizama osim bakterija i modro-zelenih algi) sadrže veliki broj replikona, od kojih se svaki također pokreće jednom po staničnom ciklusu.

Počevši od točke inicijacije, replikacija se događa u ograničenoj zoni koja se kreće duž izvorne spirale DNK. Ova aktivna zona replikacije (tzv. replikacijska vilica) može se kretati u oba smjera. Kod jednosmjerne replikacije jedna se replikacijska vilica pomiče duž DNK. U dvosmjernoj replikaciji, dvije replikacijske vilice odstupaju od točke inicijacije u suprotnim smjerovima; njihove brzine mogu varirati. Tijekom replikacije DNK kod bakterija i sisavaca, brzina rasta lanca kćeri je odn. 500 i 50 nukleotida u 1 s; kod biljaka ta vrijednost ne prelazi 20 nukleotida u sekundi. Kretanje dviju vilica u suprotnim smjerovima stvara petlju koja izgleda kao "mjehurić" ili "oko". Nastavak replikacije proširuje "oko" sve dok ne uključi cijeli replikon.

Tijekom replikacije, rast lanca odvija se zbog interakcije deoksiribonukleozid trifosfata s 3"-OH terminalnim nukleotidom već izgrađenog dijela DNK; u tom slučaju dolazi do cijepanja pirofosfata i fosfodiesterske veze Nastaje rast polinukleotidnog lanca samo s njegovog 3" kraja, tj. u smjeru 5" :3". Enzim koji katalizira ovu reakciju je DNA polimeraza.

Energija koja se troši na stvaranje svake nove fosfodiesterske veze u lancu DNA osigurava se cijepanjem fosfatne veze između a- i b-fosfatnih skupina nukleozid trifosfata.

DNA polimeraza ima jedno vezno mjesto za nukleozid trifosfat zajedničko za sva četiri nukleotida. Odabir nukleotida iz okoline, čija je baza komplementarna sljedećoj bazi predloška, ​​odvija se bez pogrešaka zbog određujućeg utjecaja DNA šablona (izvornog DNA lanca). S nekim mutacijskim oštećenjem strukture DNA polimeraze, u nekim slučajevima dolazi do uključivanja nekomplementarnih nukleotida.

U procesu replikacije formalne DNA kratko se vrijeme pojavljuju rijetki tautomerni oblici sve 4 dušične baze nukleotida s vjerojatnošću 10-4-10-5, koji tvore nepravilne parove. Visoka točnost replikacije (vjerojatnost pogrešaka ne prelazi 10-9) posljedica je prisutnosti mehanizama koji provode ispravak (popravak).

Replikacijska vilica je asimetrična. Od dva sintetizirana lanca kćeri DNK, jedan se gradi kontinuirano, a drugi povremeno. Prvi se naziva vodeći, ili vodeći, lanac, a drugi se naziva zaostalim. Sinteza drugog lanca je sporija; iako je u cjelini ovaj lanac građen u smjeru 3" : 5" svaki njegov fragment pojedinačno raste u smjeru 5" : 3". Zbog ovog diskontinuiranog mehanizma sinteze, replikacija oba antiparalelna lanca odvija se uz sudjelovanje jednog enzima, DNA polimeraze, koja katalizira produljenje nukleotidnog lanca samo u smjeru 5" : 3".

Kratki RNA segmenti komplementarni predlošku DNA lanca služe kao sjemenke za sintezu fragmenata zaostalog lanca. Ovi RNA početnici (primeri), koji se sastoje od oko 10 nukleotida, sintetiziraju se u određenim intervalima na šabloni lanca koji zaostaje iz ribonukleozid trifosfata u smjeru 5" : 3" pomoću enzima RNA primaze. RNA početnice se zatim produžuju s deoksinukleotidima s 3' kraja pomoću DNA polimeraze, koja se nastavlja širiti sve dok lanac koji se gradi ne dosegne RNA primera pričvršćenu na 5' kraj prethodnog fragmenta. Tako nastali fragmenti (tzv. Okazaki fragmenti) zaostalog lanca u bakterijama imaju 1000-2000 deoksiribonukleotidnih ostataka; u životinjskim stanicama njihova duljina ne prelazi 200 nukleotida.

Kako bi se osiguralo stvaranje kontinuiranog lanca DNK iz mnogih od ovih fragmenata, u igru ​​dolazi poseban sustav za popravak DNK koji uklanja RNA primer i zamjenjuje ga DNK. U bakterijama se RNA primer uklanja nukleotid po nukleotid zbog 5':3' egzonukleazne aktivnosti DNA polimeraze. U ovom slučaju, svaki odcijepljeni ribonukleotidni monomer je zamijenjen odgovarajućim deoksiribonukleotidom (3"-kraj fragmenta sintetiziranog na starom lancu koristi se kao sjeme). Enzim DNA ligaze dovršava cijeli proces, katalizirajući stvaranje fosfodiestera veza između 3"-OH grupe novog fragmenta DNA i 5" fosfatne grupe prethodnog fragmenta. Formiranje ove veze zahtijeva energiju, koja se nabavlja tijekom konjugirane hidrolize pirofosfatne veze koenzima-nikotinamid-adenindinukleotida (u bakterijskim stanicama) ili ATP (u životinjskim stanicama i bakteriofagima).

Odmotavanje dvostruke spirale i razmaka. razdvajanje lanca provodi se pomoću nekoliko posebnih proteina. Helikaze odmotavaju kratke dijelove DNK neposredno prije replikacijske vilice. Odvajanje svakog para baza troši energiju hidrolize dviju molekula ATP-a u adenozin difosfat i fosfat. Nekoliko molekula proteina koji vežu DNA vezano je za svaki od odvojenih lanaca, što sprječava stvaranje komplementarnih parova i obrnuto ponovno ujedinjenje lanaca. Zbog toga su nukleotidni slijedovi DNA lanaca dostupni za sustav replikacije. Drugi specifični proteini pomažu primazi da pristupi predlošku zaostalih niti. Kao rezultat toga, primaza se veže na DNA i sintetizira RNA prajmere za fragmente zaostalog lanca. Formiranje novih spirala ne zahtijeva nikakav utrošak energije niti sudjelovanje komplementarnog enzima "uvijanja".

U slučaju kružnog replikona (npr. u plazmidu), opisani proces se naziva q-replikacija. Kružne molekule DNK su uvrnute na sebe (superzamotane), pri odmotavanju dvostruke spirale u procesu replikacije, moraju se kontinuirano okretati oko vlastite osi. U tom slučaju nastaje torzijsko naprezanje, koje se eliminira lomljenjem jednog od lanaca. Oba kraja se tada odmah ponovno spajaju jedan s drugim. Ovu funkciju obavlja enzim DNA topoizomeraza. Replikacija se u ovom slučaju obično događa u dva smjera, t.j. postoje dvije vilice za replikaciju. Nakon dovršetka replikacije pojavljuju se dvije dvolančane molekule koje su najprije povezane jedna s drugom kao karike u istom lancu. Kada se razdvoje, jedan od dva prstena je privremeno slomljen.

Alternativna varijanta replikacije kružnog replikona uključuje prekid jednog od lanaca dvolančane molekule DNA. Rezultirajući slobodni 3'-kraj se kovalentno produžuje, ostaje vezan za šablonu (drugi, neprekinuti lanac), a 5'-kraj se postupno zamjenjuje novim polinukleotidnim lancem. Na taj se način jedan lanac odmotava i kontinuirano produžuje dok replikacijska vilica klizi oko prstenastog matričnog lanca (mehanizam kotrljajućeg prstena). Kako novi lanac raste, pomaknuti lanac sa oslobođenim 5"-krajem postaje linearni predložak za sintezu novog komplementarnog lanca. Ova sinteza na linearnom predlošku se nastavlja sve dok se ne formira kćer lanac DNK koji je komplementaran jednom zavoju kružnog predloška, ​​tj. u cjelinu. Na taj način iz kružnog predloška može proizaći veliki broj komplementarnih kopija. Ovaj mehanizam nalazimo u nekim virusima, kao i u nizu eukariotskih stanica.

Druga shema replikacije uključuje formiranje strukture nazvane D-petlja. Prema ovom mehanizmu, prvo se replicira samo jedan od lanaca kružnog replikona, dok se drugi lanac, koji je ostao netaknut, pomiče, tvoreći petlju. Replikacija drugog lanca počinje s druge početne točke i tek nakon što je dio prvog niza repliciran. Takav mehanizam replikacije pronađen je, na primjer, u mitohondrijskoj DNK.

Replikacija RNA (sinteza RNA na RNA predlošku) je manje proučavana. Provodi se samo kod nekih virusa (npr. kod virusa poliomijelitisa i bijesa). Enzim koji katalizira ovaj proces je RNA-ovisna RNA polimeraza (također nazvana RNA replikaza ili RNA sintetaza). Postoji nekoliko vrsta replikacije, RNA:

1. virusi koji sadrže glasničku RNA, ili mRNA [tj. pozvao (+)RNA], kao rezultat replikacije, tvore komplementarni lanac [(-)RNA], koji nije mRNA, koji se koristi kao predložak za sintezu (+)RNA;

2. virusi koji sadrže (--) RNA sintetiziraju (+) RNA kao rezultat replikacije;

3. Virusi koji sadrže dvolančanu RNA [(+)RNA i (--)RNA] sintetiziraju (+)RNA kao rezultat asimetrične replikacije.

Hipotezu o mehanizmu replikacije formulirali su 1953. J. Watson i F. Crick, koji su sugerirali da dva komplementarna lanca DNA nakon njihovog odvajanja mogu djelovati kao šabloni za stvaranje novih lanaca DNA na njima. Godine 1958. M. Meselson i F. Stahl eksperimentalno su potvrdili ovaj mehanizam replikacije.