лекция. лекция № 1 Матричные биосинте -сборная1. Лекция 1 Термин матричные биосинтезы
 Скачать 1.26 Mb.
|
Матричные биосинтезы. Нуклеиновые кислоты – носители генетической информации. Связь структуры и функции. Репликация, репарация и рекомбинация ДНК. Специальность « Медицинская биохимия» ЛЕКЦИЯ № 1Термин «матричные биосинтезы» подразумевает способность клетки синтезировать полимерные молекулы, такие как НК и белки, на основе шаблона матрицы. Это обеспечивает точную передачу сложнейшей структуры от уже существующих молекул к новосинтезируемым. Основной фигурой матричных биосинтезов являются НК (ДНК и РНК). Сходство и различие ДНК и РНК.Первичная структура НК—порядок чередования дезоксирибонуклеозидмоно фосфатов(дНМФ) и рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Полинуклеотидные цепи стабилизируются 3',5'-фосфодиэфирными связями. Эти связи возникают между соседними нуклеотидами в одной цепи. В1953г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму спирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидные цепи в ней антипараллельны т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3'->5', то вторая — в направлении 5'-3'. Поэтому на каждом из концов молекулы ДНК расположены 5΄ конец одной цепи и 3΄ конец другой цепи. Под комплементарностью понимают соответствие каждому азотистому основанию одной цепи ДНК строго определённого основания другой цепи. ДНК удерживается в двойной спирали за счёт комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей, двух в паре А-Т и трёх в паре Г-Ц. Третичная структура ДНК – (суперспирализация ДНК)Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом. Общая длина ДНК всех хромосом клетки составляет 1,74 м, но она упакована в ядре, диаметр которого в миллионы раз меньше. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гистоновые и негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.Упаковка ДНК в хроматин обеспечивает многократное сокращение линейных размеров ДНК, необходимое для размещения её в ядре. Хроматин имеет компактную упаковку, в которой ДНК не активна.Установлено, что генетическая программа закладывается и хранится в ДНК хромосом ядер и митохондрий клеток.Передача генетической информации осуществляется от ДНК через РНК к белку, который является главным носителем жизни.Перенос генетической информации от ДНК к ДНК (т.е. биосинтез ДНК в клетке) получил название репликация или редупликация или самоудвоение. Репликация происходит во время деления клеток и размножения вирусов, когда необходимо целиком передать информацию от одного организма к другому.
Особенности биосинтеза ДНК (репликация):1) участие всех четырех видов дезоксирибонуклеозид-5/-трифосфатов (дАТФ,дГТФ,дЦТФ,дТТФ);2) биосинтез ДНК идет при каталитическом воздействии комплекса ферментов: ДНК-репликазной системы или реплисемы, включающей более 40т.н. репликативных ферментов и белковых факторов, в том числе ДНК-полимеразы I, II, III, РНК- полимеразы, ДНК- лигазы, ДНК- связывающего, ДНК- закручивающего и ДНК-раскручивающего белка и др; 3) для осуществления синтеза необходимо наличие «затравки» в виде олигорибонуклеотида и ДНК-матрицы. Это обеспечивает специфический биосинтез со строго заданной последовательностью нуклеотидных остатков в синтезируемой молекуле по механизму комплементарности азотистых оснований дочерней ДНК и ДНК- матрицы.
С этой ОН-группы праймера начинается затем истинный синтез дочерней ДНК по принципу комплементарности азотистых оснований под влиянием ДНК– полимеразы III в направлении 5/→3/, обратному направлению исходной цепи ДНК. На второй цепи ДНК- матрицы (т.н. отстающей цепи) также идет синтез ДНК, при участии праймера, но в виде фрагментов (т.н. фрагментов Оказаки) в направлении 5/→3/ В последующем фрагменты ДНК объединяются при участии ДНК- лигаз в единую полинуклеотидную цепь. Праймер разрушается рибонуклеазой Н с последующей заменой на фрагмент ДНК с помощью ДНК-полимеразы I. В процессе синтеза строго соблюдается принцип комплементарности, т.е. против аденина матрицы становится тимин, против гуанина матрицы- цитозин нуклеозидтрифосфатов. Между ними возникают водородные связи. Вновь синтезированная цепь не только комплементарна матричной цепи, но и имеет противоположную полярность, т.е. антипаралллельна Каждая образовавшаяся двух спиральная молекула ДНК имеет одну старую (родительскую) и одну новую (дочернюю) цепь.При синтезе ДНК происходит прямое копирование структуры матрицы и поэтому этот процесс получил название редупликации (или репликации) – самоудвоения.Пять процессов в живых организмах: репликация, репарация, транскрипция, обратная транскрипция, трансляцияВ подавляющем большинстве случаев передача наследственной информации от материнской клетки к дочерней осуществляется при помощи ДНК (репликация). Для использования генетической информации самой клетке необходимы РНК, образуемые на матрице ДНК (транскрипция). Далее РНК непосредственно участвует на всех этапах синтеза белковых молекул (трансляция), обеспечивающих структуру и деятельность клетки. Трансляция- перевод информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов, на язык аминокислотной последовательности белка.Репарация - процесс, позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения, возникающие в ДНК. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на матрице одноцепочечной РНК. Центральная догма молекулярной биологии Репликация.Репликация происходит перед делением клетки и происходит не беспорядочно, а в строго определенный период жизни клетки. Всего выделяют 4 фазы клеточного цикла: митоз (М),синтетическую (S), пресинтетическую (G1),постсинтетическую(G2). Репликация ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла, когда клетка готовится к делению. Механизм репликации - полуконсервативный, т.е. на каждой нити материнской ДНК синтезируется дочерняя копия ДНК. Репликация включает стадии- инициацию, элонгацию и терминацию. Точки начала репликации. Репликативные вилки и репликативный пузырек.
Ферменты, снижающие сверхспирализацию ДНК.Ферменты (хеликаза, топоизомераза) и ДНК связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. 1. ДНК-топоизомеразы, находясь перед репликативной вилкой, разрезают молекулу ДНК для облегчения ее расплетания и раскручивания. 2. ДНК-хеликазы, следуя за топоизомеразами, раскручивают и расплетают молекулу ДНК. 3. ДНК-связывающие белки (ДСБ) связывают расплетенные нити ДНК и стабилизируют их, не допуская обратного "слипания" друг с другом. ДНК-полимеразы. Лидирующая и отстающая цепи.На лидирующей цепи - ДНК-зависимая ДНК-полимераза согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепи дочерней ДНК начиная с праймера (РНК-затравки) в направлении 5‘ 3' на матрице материнской нити ДНК по направлению от ее 3'-конца к 5'-концу. На отстающей цепи синтез дочерней цепи протекает по такому же принципу, но только фрагментами, которые называются –фрагментами Оказаки. Эти фрагменты сшиваются ферментами ДНК-лигазами. ДНК – лигазы.ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки. ДНК-лигазы - ферменты, катализирующие ковалентное сшивание цепей ДНК в дуплексе при репликации, репарации и рекомбинации. Они образуют фосфодиэфирные мостики между 5'-фосфорильной и 3'-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрыва ДНК или между двумя молекулами ДНК. ДНК-лигаза, осуществляющая репарацию ДНК Повреждения и репарация ДНК.Виды повреждения: 1 Спонтанные повреждения: -Депуринизация (апуринизация) ДНК каждой клетки человека теряет за сутки около 5000 пуриновых остатков вследствие разрыва N-гликозидной связи между пурином и дезоксирибозой. Тогда в молекуле ДНК на месте этих оснований образуется участок, лишённый азотистых оснований, названный АП-сайтом (апуриновый сайт). Этот тип повреждений устраняет фермент ДНК-инсертаза (от англ, insert - вставлять), который может присоединять к дезоксирибозе основание в соответствии с правилом комплементарности. В этом случае нет необходимости разрезать цепь ДНК, вырезать неправильный нуклеотид и репарировать разрыв. -Дезаминирование Реакции дезаминирования цитозина и превращение его в урацил, аденина в гипоксантин. 2. Индуцируемые повреждения: -Образование димеров пиримидиновых оснований; -Повреждения оснований ДНК химическими мутагенами. Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Для репарации необходима одна неповрежденная цепь ДНК. Типы репарации: Эксцизионная репарация включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы. Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов.
Генетическая рекомбинация - это перераспределение генетического материала (ДНК), приводящее к возникновению новых комбинаций генов.Пути рекомбинации:- обмен клеточными ядрами
|