Высшая структурная организация ДНК
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Под высшей организацией ДНК понимают организацию ДНК внутри ядер клеток млекопитающих. Двойная спираль ДНК дважды обернута вокруг гистонов (октомеры). Эта суперспираль формирует центральную часть (10 нм в диаметре), называемую нуклеосомами:

Нуклеосома состоит из участка ДНК длиной около 146 нуклеотидных пар и 8 молекул гистонов четырех видов, которые в количестве по два каждого вида образуют комплекс – нуклеосомный кор. ДНК и белки удерживаются друг с другом за счет ионных связей. Линкерный участок ДНК связан с гистоном Н1.

Основная функция нуклеосомы - собрать и стабилизировать ДНК. Комплекс гистона и ДНК называется хроматином. Длина ДНК очень большая, она содержит 7 × 109 пар нуклеотидов. Состояние хроматина меняется в зависимости от клеточного цикла. В фазе покоя он распределен по всему ядру. В фазе деления образуются компактные частицы - хромосомы.

Когда клетка делится, дочерние клетки должны получить идентичную копию генетической информации от материнской клетки. Копирование (удвоение) ДНК происходит в течение S-фазы, предшествующей клеточное деление. Процесс образования идентичной копии, то есть, удвоение ДНК, называется репликацией.

Наиболее последовательно изучен процесс репликации для прокариот, и его изучение позволяет лучше понять процесс репликации эукариот и его особенности, которые тщательно изучаются и в наши дни.

Биосинтез ДНК (репликация)

Репликация - матричный процесс. Во время репликации каждая из двух цепей ДНК служит матрицей для образования новой цепи. Субстратами и источниками энергии для синтеза ДНК являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ).

Процесс включает следующие основные этапы.

I. Формирование репликативной вилки.

II. Синтез новых цепей ДНК.

III. Исключение праймеров. Завершение формирования отстающей цепи ДНК.

I. Формирование репликативной вилки (рис. 5) идет при участии:

ДНК-топоизомеразы, которая является «обратимой нуклеазой». Сначала фермент разрывает 3'-,5'-фосфодиэфирную связь в одной из цепей ДНК;

ДНК-хеликаз - ДНК-зависимых АТФаз, использующих энергию АТФ для расплетения двойной спирали ДНК;

SSB (single strand binding) -белков, связывающихся с одноцепочечными участками ДНК. Эти белки, не закрывая оснований, предотвращают повторное комплементарное скручивание матричных цепей и образование шпилек.

II. Синтез новых цепей ДНК.

На этой стадии дочерние нити ДНК образуются на обеих нитях материнской ДНК. Процесс катализирует несколько ДНК-полимераз, которые синтезируют полинуклеотидные цепи из дНТФ: дАТФ, дГТФ, дТТФ и дЦТФ в направлении от 5'- к 3'-концу антипараллельно матрице, имеющей направление от 3'- к 5'-концу.

 

Рис.: Синтез новых цепей в области репликативной вилки

 

Новые цепи синтезируются по-разному. На матрице ДНК с направлением от 3'- к 5'-концу цепь растет непрерывно по ходу движения репликативной вилки и называется лидирующей. На матрице с направлением от 3'- к 5'-концу вторая цепь синтезируется против движения репликативной вилки в виде коротких отрезков - фрагментов Оказаки. Рост этой цепи начинается только тогда, когда на матрице ДНК появляется одноцепочечный участок длиной около 200 нуклеотидов, поэтому ее называют запаздывающей или отстающей.

Лидирующая нить растет непрерывно, а отстающая - в виде фрагментов Оказаки, каждый из которых включает:

- РНК-праймер (~10 нуклеотидов);

- участок ДНК, примерно равный длине цепи из 150 нуклеотидов

ДНК-полимеразы δ, β и ε не способны инициировать синтез новых цепей ДНК, они могут лишь удлинять имеющуюся нуклеотидную цепь. Синтез лидирующей и отстающей нитей начинается с образования затравки или праймера-олигорибонуклеотида (РНК), включающего около 10 мононуклеотидов. Его образование катализирует праймаза -субъединица ДНК-полимеразы α. Далее этот же фермент, используя в качестве субстратов дНТФ, переключается на образование ДНК и включает во вновь синтезируемую нить 20-50 дезоксирибонуклеотидов, после чего заменяется другими ДНК-полимеразами. Синтез лидирующей цепи продолжает ДНК-полимераза δ, а отстающей - ДНК-полимераза δ или ε. Оба фермента, помимо, полимеразной обладают еще и экзонуклеазной активностью. В ходе синтеза они могут исправлять допущенную ошибку и отщеплять неправильно включенный нуклеотид, что обеспечивает высокую точность синтеза ДНК.

III. Исключение праймеров. Завершение формирования отстающей цепи ДНК

В отстающей нити праймер удаляется эндонуклеазой или РНКазой. Затем ДНК-полимераза β заполняет образованную «брешь», присоединяя по принципу комплементарности матрице дезоксирибонуклеотиды в количестве, равном вырезанному праймеру. Связывание 3'-ОН-группы одного фрагмента с 5'-фосфатом предыдущего фрагмента и образование фосфодиэфирной связи катализирует ДНК-лигаза. Фермент, используя энергию АТФ, из множества фрагментов Оказаки образует непрерывную цепь ДНК.

2. Результатом процесса является образование дочерних цепей, комплементарных и антипараллельных нитям материнской ДНК.



Репарация ДНК

Репарация – особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки (рис. 8). Ряд наследственных болезней, к примеру, пигментная ксеродерма, связан с нарушениями системы репарации.

Рис. 8. Репарация эукариотической ДНК

 

Дата: 2018-12-21, просмотров: 263.