ДНҚ биосинтезі туралы қазақша реферат

Қабілеті жасушалар қолдау жоғары реттілікті өз ұйымының байланысты генетикалық ақпарат сақталады нысанында дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ). ДНҚ — бұл зат, оның тұрады гендер. Көбейту тірі организмдердің беру тұқым қуалайтын қасиеттері ұрпақтан-ұрпаққа және дамыту многоклеточного ағзаның бірі-ұрықтандырылған жұмыртқа болуы мүмкін, өйткені ДНК қабілетті — самовоспроизведению. Процесі самовоспроизведения ДНК деп аталады репликацией. Кейде пайдаланады, сондай-ақ атауы-синонимі — редупликация.

Матрицалық ДНҚ синтезі

Белгілі болғандай, генетикалық ақпарат жазылған ДНҚ тізбегіндегі түріндегі реттілігі нуклеотидных қалдықтарын қамтитын бірі төрт гетероциклді негіздер: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) және тимин (T). Ұсынған Дж. Уотсонмен және Ф. Айқайлап 1953 жылы ДНҚ құрылыстың үлгісі нысанында тұрақты қос спираль бірден түсінуге мүмкіндік берді принципі бөліну ДНК. Ақпараттық мазмұны екі ДНҚ тізбегінің бірдей, өйткені олардың әрқайсысы құрамында нуклеотидтердің бірізділігі қатаң тиісті ретпен басқа да тізбектері. Бұл сәйкестікке қол жеткізіледі болуының арқасында сутегі арасындағы байланыстар бағытталған бір-біріне қарама-негіз, екі тізбектерінің — жұп G және C немесе A және T. Суреттей бұл қасиет қос спираль, молекулярлық биологтар бұл тізбек ДНК комплементарны есебінен білім уотсон-криковских жұп GРC және АРТ. Өйткені екі тізбек бар қарама-қарсы бағытта, оларды атайды антипараллельными. Оңай елестету, бұл екі еселену ДНК жүреді, сонымен қатар, тізбектің тарайды, ал содан кейін әрбір тізбек қызмет етеді емес, жиналады комплементарная оған жаңа тізбек ДНК’ нәтижесінде түзілетін екі еншілес, двуспиральные, неотличимые бойынша жіктелуі, от, ата-аналық ДНҚ молекуласының. Олардың әрқайсысы тұрады бір тізбектің бастапқы ата-аналық ДНК молекулалары және бір жаңадан синтезированной тізбектері. Мұндай репликация механизмі ДНҚ, онда ұрпақтан ұрпаққа беріледі бір тізбектерін құрайтын, ата-аналар молекула бар, ДНҚ атауын алды полуконсервативного және эксперименталды дәлелденген 1958 жылы М. Мезельсоном және Ф. Сталь.

Сонымен қатар, ситезу ДНҚ тән мұндай қасиеттер, антипараллельность және униполярность. Әр тізбегі ДНҚ белгілі бір бағыттылықты. Бір ұшы көтереді ылғалдандыратын тобына (ОЛ) жалғанған 3′-углероду «сахара дезоксирибозе, басқа соңында тізбектері орналасқан қалдығы фосфор қышқылының 5′-жағдайы қант. Екі комплементарные тізбекті ДНҚ молекуласындағы бағытталған қарама-қарсы бағытта — антипараллельно (параллель бағдар қарама-қарсы 3′-соңына бір тізбектің болған еді 3′-соңындағы басқа). Ферменттер, синтезирующие жаңа жіптер ДНК деп аталатын ДНҚ-полимеразами, қозғала алады бойындағы матрицалық тізбектің тек бір бағытта — олардың 3′-ұштарын 5′-ұштары. Џри бұл синтез комплементарных жіптерден әрдайым жүргізіледі 5′ 3′ бағытында, яғни униполярно. Сондықтан репликация процесінде бір мезгілде синтезі жаңа тізбектердің жүріп антипараллельно.

ДНК полимеразы бере алады «задний ход», яғни жылжи 3′ 5′. Жағдайда соңғы төреші қосқан қосымша синтезі кезінде нуклеотидное буыны болып шықты некомплементарным нуклеотиду матрицалық тізбек болса, замещено комплементарным нуклеотидом. Отщепив «қате» нуклеотид, ДНҚ-полимераза жалғастыруда синтезі 5′ 3′ бағытында. Мұндай қабілеті қателерді түзету атауын алды корректорской функциялары ферментінің (төменде қараңыз).

ДНК полимеразы

1957 жылы А. Корнберг қария өзінің соғыс ардагері екенін ішек таяқшасының фермент, катализирующий полимеризация процесі ДНК-ның нуклеотидтер; ол деп аталды ДНК-полимеразой. Содан кейін ДНК полимеразы анықтады және басқа да организмдер. Көрсетілді, бұл субстраттары болып барлық осы ферменттердің қызметін атқарады дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ), полимеризующиеся арналған одноцепочечной ДНҚ-матрицасы. ДНК полимеразы жүйелі түрде арттырып одноцепочечную тізбегі ДНҚ қадам присоединяя оған мынадай буындары бағытында 5′, 3′-соңында, әрі таңдау кезекті дНТФ матрицамен белгіленеді. Қосылу әрбір жаңа нуклеотидного қалдық 3′-соңында өсіп келе жатқан тізбектің жүреді гидролизом бай энергиясымен арасындағы байланыс бірінші және екінші фосфатными қалдықтары » дНТФ және отщеплением пирофосфата, бұл реакция жалпы энергетикалық тиімді.

Жасушаларында, әдетте, бар бірнеше типті ДНҚ-полимераз орындайтын түрлі функциялары бар әр түрлі құрылымы бар: олар болуы мүмкін салынған әр түрлі санын ақуыз тізбектерінің (субъединиц), бір ондаған. Алайда, олар кез-келген последовательностях нуклеотидтердің матрица; міндеті осы ферменттер — дәл көшірмесін әрбір матрица.

Дәлдігі ДНҚ синтезі механизмі және түзету

Генетикалық материал тірі организмдердің бар үлкен мөлшері мен реплицируется жоғары дәлдікпен. Орташа процесінде ойнату геномның млекопитающего тұратын ДНҚ ұзындығы 3 млрд жұп нуклеотидтер туындайды үш қателер. Бұл ретте ДНК синтезируется өте жылдам (жылдамдық, оның полимерлеу шегінде ауытқиды 500 нуклеотидтер/с бактериялардың 50-ге дейін нуклеотидтер/с сүтқоректілер). Жоғары дәлдік репликация, сонымен қатар, оны жоғары жылдамдықпен болуымен қамтамасыз етіледі арнайы тетіктерін жүзеге асыратын, түзетуге, яғни жоятын қате. Мәні тетігін түзету ерекшелігі ДНК полимеразы екі рет сәйкестігін тексереді, әрбір нуклеотида матрицасы: бір рет қосар алдында, оның құрамына өсіп келе жатқан тізбек және екінші рет алдында қосу келесі нуклеотид. Кезекті фосфодиэфирная байланыс синтезируется жағдайда ғана, егер соңғысы (3′-шеткі) нуклеотид өсіп келе жатқан ДНҚ тізбегінің ол дұрыс уотсон-криковскую жұбын тиісті нуклеотидом матрица. Егер алдыңғы сатыда реакция болды қате спаривание негіздер болса, одан әрі полимерлеу тоқтайды болғанша қате түзетіледі. Ол үшін фермент жылжиды кері бағытта және вырезает соңғы төреші қосқан қосымша буын, содан кейін оның орын алуы мүмкін дұрыс нуклеотидпредшественник. Басқаша айтқанда, көптеген (бірақ барлық емес) ДНК полимеразы ие, басқа 5′-3′-синтетикалық белсенділік, және 3′-гидролизующей белсенділігі, ол қамтамасыз етеді, жою қате қосақталған байланысты матрицалы нуклеотидтер.

Негізгі принциптері репликация

Негізгі ережелер, оған сәйкес жүреді репликация, анықталуға тәжірибелерден отырып, бактериялар, бірақ олар сондай-ақ, әділ және жоғары организмдер.

Бастама ДНҚ тізбегінің

ДНК полимеразы алмайды бастауға ДНҚ синтезі негізінде матрицасы, ал қабілетті ғана қосуға жаңа дезоксирибонуклеотидные буындары 3′-соңында қолда бар полинуклеотидной тізбектері. Осындай алдын-ала құрылған тізбек, оған қосылады нуклеотидтер деп атайды затравкой. Қысқа РНК — затравку синтезирует бірі рибонуклеозидтрифосфатов фермент, ие емес түзетуші белсенділігі және деп аталатын ДНҚ-праймазой (ағылш. primer — затравка). Праймазная белсенділігі тиесілі болатын не жеке ферменту, не бір субъединиц ДНК полимеразы. Затравка, синтезированная бұл дәл емес ферментом, умеющим қателерді түзеп, ерекшеленеді қалған новосинтезированной тізбек ДНК, өйткені тұрады рибонуклеотидов, және бұдан әрі алынбауы керек.

Мөлшері рибонуклеотидной таңғы ас мардымсыз (кемінде 20 нуклеотидтердің) салыстырғанда өлшемі тізбек ДНК құратын ДНҚ-полимеразой. Ол өз функциясын РНҚ-затравка жойылады арнайы ферментом, ал құрылған бұл ретте брешь заделывается ДНК-полимеразой пайдаланатын ретінде таңғы ас 3′-соңына көрші Оказаки фрагменті (см. төмен). Жою шеткі РНҚ-праймеров, комплементарных 3′-ұштары екі тізбектердің сызықтық ана ДНК молекулалары әкеледі еншілес тізбек көрсетіледі қысқа 10-20 нуклеотидтер (әр түрлі мөлшері РНҚ-затравок әртүрлі). Бұл жасалады деп аталатын «проблемасы недорепликации ұштарын сызықтық молекулалардың». Жағдайда репликация сақиналы бактериялық ДНҚ-мен осы проблема жоқ, өйткені алғашқы уақыты бойынша білім РНҚ-таңғы ас жойылады ферментом, ол бір мезгілде толтырады образующуюся брешь арттыру жолымен 3′-соңына өсіп келе жатқан ДНҚ тізбегінің бағытталған «құйрығы» удаляемому праймеру. Проблема недорепликации 3′-ұштарын сызықтық молекулалардың ДНК шешіледі эукариотическими жасушалары көмегімен арнайы ферменттер — теломеразы.

Жұмыс теломеразы

1985 жылы ол табылып, у равноресничной инфузории Tetrahymena thermophila, ал кейіннен дрожжах, өсімдіктер мен жануарлардың, соның ішінде яичниках адам және иммортализованных(өшпес) желілерде рак клеткаларының HeLa. Теломераза болып табылады ДНК-полимеразой, достраивающей 3′-ұштары сызықтық молекулалардың ДНК хромосомалардың қысқа (6-8 нуклеотидтер) қайталанатын последовательностями (омыртқалы TTAGGG). Номенклатураға сәйкес, бұл ферменттер деп атайды ДНК — уклеотидилэкзотрансферазой немесе теломерной терминалдық трансферазой. Басқа ақуызды бөлігінің теломераза құрамында РНҚ, выполняющую рөлі матрица арттыру үшін ДНК повторами. Ұзындығы теломеразной РНҚ ауытқиды 150 нуклеотидтер бар қарапайым 1400 дейін нуклеотидтер бар ашытқы, адам — 450 нуклеотидтер. Өзі фактісін молекуласындағы РНК кезектілігі, жүріп матрицалық синтезі ДНК-кесек, жатқызуға мүмкіндік береді теломеразу — өзіндік кері транскриптазе, яғни ферменту, дұрыс жүргізуге синтезі ДНК матрицасы бойынша РНК.

Нәтижесінде, ол кейін әр репликация еншілес тізбек ДНК көрсетіледі қысқа, аналық мөлшеріне бірінші РНҚ-праймера (10-20 нуклеотидтер), құрылады шығыңқы однонитевые 3′-ұштары аналық тізбектер. Олар узнаются теломеразой, ол дәйекті өсіріп, аналық тізбек (адам жүздеген повторов) пайдалана отырып, 3′-ұштары ретінде затравок, ал РНҚ құрамына кіретін ферментінің ретінде матрица. Пайда болған ұзын одноцепочечные ұштары, өз кезегінде, қызмет етеді оны есептеу үшін синтез еншілес тізбек бойынша дәстүрлі репликативному механизмі.

Қос ДНК спираль өте тұрақты; үшін ол раскрылась қажет ерекше белоктар. Арнайы ферменттер ДНК-хеликазы тез движутся бойынша бір тізбектің ДНҚ пайдалана отырып, тасымалдау үшін энергия АТФ гидролиздеу. Армысың жолында учаскесі қос спираль, олар разрывают арасындағы сутекті байланыстар, негіздер, ортақ тізбектер және ілгерілетеді репликационную ашасын. Артынша жалғыз тізбегін ДНҚ-мен байланысады арнайы дестабилизирующие спираль белоктар, емес, мүмкіндік береді жеке тізбек ДНК сомкнуться. Бұл ретте олар жабады негіздер ДНҚ қалдырып, оларды қолжетімді шағылысу.

Ұмытуға болмайды, бұл комплементарные тізбек ДНК закручены дос айналасындағы дос спираль. Демек, үшін репликационная айыр еді алға қарай ілгерілей барлық әлі екі есе еселенген бөлігі ДНК керек еді тез айналатын. Бұл топологическая проблемасы шешіледі арқылы білім беру спираль іспеттес «шарнир» мүмкіндік беретін тізбек ДНК раскрутиться. Тиесілі ерекше класы белоктар деп аталатын ДНҚ-топоизомеразами енгізеді тізбегі ДНҚ одноили двухцепочечные алшақтықты мүмкіндік беретін тізбек ДНК қақ жарылуға, содан кейін заделывают бұл алшақтықтар. Топоизомеразы қатысады, сондай-ақ расцеплении зацепленных двухцепочечных сақиналар, репликация кезінде пайда болатын сақиналы двунитевых ДНК. Көмегімен осы маңызды ферменттердің қос спиральды ДНҚ-ның клеткадағы қабылдай алады «недокрученную» нысанын аз саны бар ораммен; мұндай ДНК оңай жүреді алшақтық екі тізбек ДНК репликационной вилке.

Прерывистый ДНҚ синтезі

Оңай елестету, репликация жолымен жүргізіледі үздіксіз өсу нуклеотида үшін нуклеотидом екі жаңа тізбектің қарай жылжыту репликационной шанышқылар; бұл ретте, өйткені екі тізбекті спираль, ДНК антипараллельны бірі еншілес тізбектерін тиіс еді өсе бағытында 5′-3′, ал басқа бағытта 3′-5′. Шын мәнінде, алайда, бұл еншілес тізбек өсуде ғана бағытта 5′-3′, яғни әрқашан созылады 3′-соңына таңғы ас, ал матрица считывается ДНК-полимеразой бағытында 3′-5′. Бұл бекіту бірінші көзқарас, меніңше, несовместимым қозғалысымен репликационной шанышқы бір бағытта, сопровождающемся бір мезгілде считыванием екі антипараллельных жіптердің. Разгадка құпиясы мынада: ДНҚ синтезі жүреді үздіксіз тек бір матрицалық тізбек. Екінші матрицалық тізбектің ДНҚ синтезируется салыстырмалы түрде қысқа фрагменттерімен (ұзындығы 100до 1000 нуклеотидтердің түріне байланысты), аталған атындағы обнаружившего олардың ғылыми фрагменттерімен Оказаки). Жаңадан құрылған тізбек, ол синтезируется үздіксіз деп аталады жетекші, ал екіншісі жинайтын бірі Оказаки фрагменттерін, отстающей. Синтездеу әрбір осы фрагменттері басталады РНҚ-таңғы ас. Біраз уақыттан кейін РНҚ-таңғы ас жойылады, exploits застраиваются ДНК-полимеразой үзінділер тігіледі бір үздіксіз тізбегі ДНҚ арнайы ферментом.

Кооперативтік әрекет белоктар репликационной шанышқы.

Әлі күнге дейін біз айтқан қатысуы туралы жекелеген ақуыздардың репликация осылай сияқты еді, олар бір бірінен тәуелсіз жұмыс істейді. Сонымен қатар, шындыққа басым бөлігі осы белоктар біріктірілді ірі кешені, ол тез қозғалады бойында ДНҚ және келісіп жүзеге асырады процесс-репликация жоғары дәлдікпен. Бұл кешен салыстырады крошечной «тігін машинасы» : «детальдармен» қызмет етеді, оның жекелеген белоктар, ал энергия көзі — реакция гидролиз нуклеозидтрифос фатов. Спираль расплетается ДНК-хеликазой; бұл процеске көмектеседі ДНК — топоизомераза, раскручивающая тізбек ДНК, және көптеген молекулалардың тұрақсыздандыратын ақуыз, связывающихся бастап екі жалғыз тізбегін ДНҚ. Саласындағы шанышқы жұмыс істейді екі ДНК полимеразы — жетекші және отстающей тізбектері. «Жетекші тізбек ДНК-полимераза үздіксіз жұмыс істейді, ал отстающей фермент уақыт тоқтатады және қайта жаңғыртады, пайдалана отырып, қысқа РНК-таңғы ас, синтезируемые ДНК-праймазой. Молекуласы ДНК-праймазы тікелей байланысты ДНК-хеликазой құра отырып, құрылымын, деп аталатын праймосомой. Праймосома бағытта қозғалады раскрывания репликационной шанышқы және қозғалыс синтезирует РНҚ-затравку үшін Оказаки фрагменттері. Осы бағытта қозғалады ДНК-полимераза жетекші тізбек және, әрине, бірінші көзқарас, бұл елестету қиын, ДНҚ-полимераза отстающей тізбектері. Ол үшін пайымдауынша, последня жүктейді тізбегі ДНК, ол қызмет етеді, оған емес, өзіне, бұл қамтамасыз етеді және бұрылу ДНК полимеразы отстающей тізбегі 180 градус. Келісілген қозғалыс екі ДНҚ-полимераз қамтамасыз етеді координированную репликациясын бұзады және қос жіптер. Осылайша, репликационной вилке бір мезгілде жұмыс істейді жиырмаға жуық түрлі белоктар (оның ішінде біз атаған бір бөлігі ғана) жүзеге асыра отырып, күрделі, высокоупорядоченный және энергоемкий процесс.

Келісу процестерді репликация ДНК және клоеточного бөлу

Эукариотическая тор алдында бөлуге тиіс синтездеу көшірмесін, өзінің барлық хромосомалардың. Репликация ДНК эукариотической хромосоманың арқылы жүзеге асырылады разделени хромосоманың көптеген жекелеген репликонов. Мұндай репликоны есептеп жазылады да белсендіріледі барлық бір мезгілде, бірақ клеточному бөлініс өтуге тиіс міндетті бір рет репликациясы. Бірі айтқандарына анық, бұл хромосомада эукариот кез келген уақытта қозғала алатын бір-біріне тәуелсіз көптеген репликационных шанышқы. Аялдама жылжыту шанышқы тек соқтығысқан кезде, басқа шанышқымен салады, қозғалатын қарама-қарсы бағытта, немесе жеткенде соңына хромосоманың. Нәтижесінде барлық ДНК хромосо біз қысқа мерзімде көрсетіледі реплицированной. Кейін құрастыру молекуласындағы хромосомдық ДНК белоктар әрбір жұп хромосомалардың процесінде митоза упорядоченно бойынша бөлінеді еншілес жасушаларға.

Қорытындылар

Процесс-репликация ДНК келісілген жасушалық бөлумен және требуетсовместного әрекеттер көптеген белоктар. Оған қатысады:

1. ДНҚ-хеликаза және дестабилизирующие белоктар; олар расплетают екі есе шиыршық ата-аналық ДНҚ қалыптастырады репликационную ашасын.

2. ДНК полимеразы, катализируют синтезі полинуклеотидной тізбек ДНК бағытында 3′-5, копируя» репликационной вилке матрицасын дәрежесі жоғары дәлдік. Өйткені екі тізбектің қос спиральді ДНҚ антипараллельны бағытта 5′-3′ үздіксіз синтезируется бір-екі тізбектерінің, жүргізуші; басқа тізбек, отстающа, синтезируется түрінде қысқа фрагменттер Оказаки. ДНК-полимераза қабілетті түзету меншікті қателер, бірақ өз бетімен бастау синтезі жаңа тізбектері.

3. ДНҚ праймаза, ол физиологиялық қысқа РНҚ молекулалары-таңғы ас. Кейіннен РНК фрагменттері жойылады — оларды ауыстырады ДНК.

4.Теломераза, заканчивающая құру недорепликацированых 3′-ұштарын сызықтық молекулалардың ДНК.

5. ДНК топоизомеразы көмектесетін мәселесін шешуге кручения және спутывания спиральді ДНК.

6. Инициаторные белоктар, связывающиеся басталған нүктеде репликация және ықпал ететін білім беру жаңа репликационного тесіктің бір немесе екі айыры бар. Әр шанышқы артынан инициаторными ақуыз — расплетенной ДНК алдымен қосылатын ақуызды кешені, тұратын ДНҚ-хеликазы және ДНК-праймазы (праймосома).

Содан кейін — праймосоме қосылады басқа белоктар болады «репликационная машина, ол жүзеге асырады ДНК синтезі.

Әдебиет

1. О. О. Фаворова. Сақтау ДНҚ-ның бірқатар популяциялар: репликация ДНК. Соросовский білім беру журналы, 1996 ж.

2. Г. М. Дымшиц. Проблема раепликации ұштарын сызықтық молекулалардың және теломераза. Соросовский білім беру журналы, 2000 ж.