Метаболизм ДНК

Метаболизм ДНК

Репликация – процесс точного копирования молекулы ДНК.
Репарация – поддержание целостности

Репликация

Процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетического материала и

Репликация ДНК происходит в определенной фазе клеточного цикла.
Основные свойства процесса репликации

Основные принципы репликации ДНК

Полуконсервативный механизм - каждая из 2 цепей ДНК

Субстратами для синтеза ДНК являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты – dАТФ, dГТФ, dТТФ, dЦТФ,

Точка начала репликации – origin (ориджин).
У бактерий в кольцевом геноме имеется

Репликон – это участок ДНК между двумя «ориджинами» репликации.

Родительская ДНК

Репликационный глазок

Дочерние молекулы ДНК

Репликативные вилки

Репликация идет в двух направлениях

Синтез новых цепей ДНК может протекать только в направлении
5’ →

5’

3’

3’

5’

Синтез ДНК

Вся сложность ферментативного аппарата репликации связана с требованиями высокой точности синтеза.

Ферменты репликации

Синтез новой цепи ДНК осуществляется при помощи ДНК-полимеразы.
Фермент катализирует

Синтез ДНК

У прокариот найдено 3 типа этих ферментов:
ДНК-полимераза I

ДНК-полимераза I выполняет функции проверки поддержания порядка во время репликации, репарации

ДНК-полимераза II – участвует в процессах репарации ДНК при повреждении ДНК

ДНК-полимераза III – главный фермент репликации у E.coli.
Состоит из субъединиц 10

Для создания Матрицы – одноцепочечной ДНК, необходимы хеликазы – ферменты, разделяющие

Хеликазы – это ферменты, способные расплетать две комплементарные нити в ДНК

Топоизомеразы – ферменты, изменяющие степень сверхспирализации ДНК, путем внесения одноцепочечных

Топоизомеразы находятся перед репликативной вилкой, разрезают молекулу ДНК для облегчения ее

Антибиотики – ингибиторы топоизомеразы:
Хинолоны, фторхинолоны
Норфлоксацин

белки, стабилизирующие разделенные нити ДНК – SSB (single strand binding)

Роль SSB -белков заключается в том, что они связываются с однонитчатой

ДНК-лигаза – фермент катализирующий сшивание одноцепочечных фрагментов ДНК.
ДНК-праймаза — это

Синтез ДНК

Синтез ДНК включает в себя три этапа:
инициация
элонгация
терминация

Инициация

инициация синтеза ДНК у E.coli происходит в oriC (245п.н.)
В точках начала

Процесс инициации начинается с присоединения к хромосоме белка DnaA (в origin

DnaА белки

Dna A белки садятся на oriC – участок начала репликации

Индуцируется

Это приводит к разделению цепей и способствует работе основного расплетающего белка

Хеликазы

Хеликазы разделяют ДНК в двух направлениях в районе двух вилок

вилка

вилка

Синтез ДНК

В результате действия хеликазы, топоизомеразы, SSB- белков, ионов Mg+2

Синтез ДНК

ДНК-полимераза III не способна начинать синтез новой цепи с ее

Синтез ДНК

Праймер - короткий сегмент РНК, комплементарный матричной цепи ДНК.
Праймер

Синтез ДНК

от 3’ –конца праймера начинается синтез новой цепи ДНК при

Синтез ДНК

ДНК-полимераза III удлиняет РНК-затравку, присоединяя к ней один за другим

Элонгация

Синтез лидирующей цепи.
Синтез отстающей цепи.

Синтез лидирующей цепи начинается с синтеза праймера, дезоксирибонуклеотиды добавляются к этому

Синтез отстающей цепи

Синтез осуществляется в виде коротких фрагментов ОКАЗАКИ.
Каждый фрагмент Оказаки

ДНК-полимераза III связывается с праймером и присоединяет дезоксирибонуклеотиды.
Синтез фрагментов Оказаки происходит

Реплисома присоединяет по 1000 нуклеотидов в секунду к каждой цепи (лидирующей

Оставшийся разрыв «сшивает» ДНК-лигаза.
ДНК-лигаза катализирует образование фосфодиэфирной связи между 3’-гидроксильной

Терминация

У прокариот есть специальные терминаторы (ter) – специальные последовательности нуклеотидов, прекращающие

Комплекс Ter-Tus может задержать репликативную вилку, движущуюся только в одном направлении,

Для терминации репликации линейных эукариотических хромосом на концах каждой хромосомы синтезируются

Это многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов ( у одноклеточных эукариот от 20

Теломеры присоединяются к концам эукариотических хромосом с помощью фермента теломеразы.

Одна из причин старения — закон делимости клеток, открытый американским биологом

есть клетки, которые могут делиться бесконечно, например кроветворные или раковые. В

Источники повреждения ДНК

УФ излучение
Радиация
Химические вещества
Ошибки репликации ДНК
Апуринизация -

Репарация ДНК

Репарация- процесс восстановления повреждений ДНК.
Распознавание дефекта сопровождается непосредственно при репликации,

Репарация осуществляется с помощью: специфического набора ферментов, постоянно присутствующих в нормально

У бактерий имеются 2 ферментные системы, ведущие репарацию:
прямая

Прямая репарация ДНК

Фотореактивация. Расщепление пиримидиновых димеров (приУФ облучении) осуществляется ферментом

фермент ДНК – фотолиаза - мономерный флавин-зависимый фермент и 2

Репарация ДНК

Репарация ДНК

Темновая эксцизионная репарация
Не нуждается в энергии видимого света

Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:
фермент, «узнающий» химически изменённые участки

Эксцизионная репарация

Base excision repair – BER
ДНК гликозилазы, распознают аномальные основания ДНК

Фосфодиэстераза отщепляет от ДНК
сахарофосфатную группу, к которой не
присоединено основание.

Nucleotide excision repair - NER
Узнавание повреждений.
Связывание мультисубъединичного комплекса с

Освобождение олигонуклеотида, содержащего повреждение между двумя надрезами.
Заполнение образовавшейся бреши

При некоторых типах повреждений ДНК (двухнитевые разрывы,поперечные сшивки).
Репликативная вилка наталкивается

SOS-репарация

SOS – белки всегда присутствуют в клетке, но при запуске SOS-ответа

В геноме типичной клетки млекопитающих за 24 ч аккумулируется много тысяч

Все дефекты генов белков, участвующих в эксцизионной репарации связаны с онкологическими

У человека нет ДНК-фотолиазы и эксцизионная репарация оснований – единственный способ

Молекулярные мутации

Анемия Фанкони – генетические отклонения, возникающие при репарации ДНК.
Болезнь

У 60—75 % больных также встречаются врожденные дефекты, такие как низкорослость, ненормальная