Репликация ДНК. (Лекция 3)

Август 2, 2022

Главная
Биология
Репликация ДНК. (Лекция 3)

Содержание

2. План лекции: Механизмы репликации ДНК Репликационная вилка Современная модель репликации Ферменты репликации Особенности репликации про- и
3. Механизмы репликации ДНК Во время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной
4. Механизмы репликации ДНК Три альтернативные гипотезы. 1958 г. Подтверждена гипотеза полуконсервативной репликации (эксперимент Мезельсона-Сталя) Схематически представленные
5. Репликационная вилка 1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I – фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов.
6. Механизмы репликации ДНК у прокариот Реплицирующуюся ДНК бактерии можно наблюдать в электронном микроскопе, у нее вначале
7. Современная модель репликации © http://www.nature.com/encode/#/threads Схема репликации ДНК у E.coli. На панели а схематически показаны белки
8. Ферменты репликации Чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперёд, вся хромосома впереди неё должна быстро вращаться. Это
9. ДНК – полимераза I: репаративный синтез ДНК в двух процессах: вырезает повреждённые участки одной цепи и
10. Действие топоизомераз I и II © http://helicase.pbworks.com/w/page/17605720/Tyler-Huff © http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Deoxy_Ribose_Nucleic_Acid4-Super_Coiling.htm
11. Типы репликации ДНК © http://biology.ru/course/content/chapter8/section2/paragraph2/theory.html#.VcIFtPPtlBc
12. В кольцевой хромосоме репликационный глазок образует Ө-структуру. Ө-механизм
13. Если в кольцевой ДНК разрывает одну цепь и свободный 3’-конец наращивается с помощью ДНК-полимеразы, то вновь
14. В митохондриальной ДНК наблюдается тип репликации носящий название D-петель (displacement – вытеснение). D-петля © http://genesdev.cshlp.org/content/19/20/2466/F1.expansion.html
15. Специфические мембранные белки обеспечивают контакт ДНК с внутренней поверхностью цитоплазматической мембраны. Наиболее типичным является формирование подобного
16. А — бактериальная клетка содержит частично реплицированную хромосому, прикрепленную к мембране в точке (или точках) репликации;
17. Нуклеозидной природы Ненуклеозидной природы Ингибирование репликации
18. Отличия репликации эукариот В эукариотическом геноме имеется множество точек начала репликации (А-Т-богатых сайтов) и различные формы
19. Отличия репликации эукариот Участки эукариотической ДНК обвиты вокруг белковых частиц, образуя нуклеосомы, поэтому репликация этой ДНК,
20. Отличия репликации эукариот Репликация концов (теломер) линейной эукариотической хромосомы создает определенные трудности, которые решаются с помощью
21. - отсчёта клеточных делений и старения, вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Чтобы
22. Теломерная гипотеза старения Максимальное число делений зависит от типа клеток и для большинства человеческих клеток этот
23. Лимит (предел) Хейфлика Лимит Хейфлика для различных животных граница количества делений соматических клеток Эта граница была
24. © http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0005_008.pdf Строение и работа теломеразы В результате деятельности теломеразы длина теломерных участков хромосом клетки увеличивается
25. В ходе исследования этого фермента (состоящего, из РНК-компонента и белкового компонента) выяснилось, что РНК-компонент экспрессируется на
26. В октябре 2009 года в Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Это
28. Скачать презентацию

Слайд 2

План лекции:
Механизмы репликации ДНК
Репликационная вилка
Современная модель репликации
Ферменты репликации

Особенности репликации про- и эукариот

Слайд 3

Механизмы репликации ДНК
Во время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит

матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи.
Репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному механизму, т.е. одна из цепей дочерних молекул ДНК является частью родительской молекулы ДНК, а другая является вновь синтезированной.

Слайд 4

Механизмы репликации ДНК
Три альтернативные гипотезы.
1958 г. Подтверждена гипотеза полуконсервативной репликации (эксперимент

Мезельсона-Сталя)
Схематически представленные тяжелая, меченная 15N родительская ДНК (обозначена красным), гибридная (15I\1/14N) ДНК первой генерации (обозначена красным/синим) и легкая (14N/14N) дочерняя ДНК (обозначена синим) разделяются в равновесном градиенте плотности CsCI, как показано справа. Сдвиг в плотности фрагментов в процессе переноса из «тяжелой» среды в «легкую» анализировали через 0, 1 и 2 генерации соответственно.

Слайд 5

Репликационная вилка
1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I – фермент, катализирующий процесс

полимеризации ДНК из нуклеотидов. Этот фермент способен наращивать ДНК только на 3΄– конце.
Исследования с радиоактивными метками, проведённые в 1960-х гг. выявили особую ограниченную область репликации, перемещающуюся вдоль родительской спирали ДНК. Эта активная область из-за своей Y-образной формы была названа репликационной вилкой.

рис. из книги «Власть над геном», 1989

Слайд 6

Механизмы репликации ДНК у прокариот
Реплицирующуюся ДНК бактерии можно наблюдать в электронном

микроскопе, у нее вначале образуется "глазок", затем он расширяется, в конце концов вся кольцевая молекула ДНК оказывается реплицированной.
Репликация всегда начинается в определенной области, OriС, и идет в основном симметрично по правому и левому полукружию хромосомы к конечной точке, ТегС.
Такой механизм носит название Ө-механизм.
Завершение репликации служит началом для клеточного деления.
Дуплицированные геномы сегрегируют по одному в каждую дочернюю клетку.

Слайд 7

Современная модель репликации
© http://www.nature.com/encode/#/threads
Схема репликации ДНК у E.coli. На панели а схематически

показаны белки в Y– раскрученной вилке репликации ДНК, но в реальности вилка репликации свернута в трех измерениях и образует структуру, подобную той, что изображена на вставке б.

Слайд 8

Ферменты репликации
Чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперёд, вся хромосома впереди неё

должна быстро вращаться. Это решается образованием в спирали своего рода «шарнира», особого класса белков, называемых ДНК-топоизомеразами (типа I и II), которые разрывают цепь и присоединяются к разорванному концу.
Ферменты ДНК-геликазы присоединяются к одноцепочечной ДНК и двигаясь вдоль расплетают двойные участки. В области репликационной вилки работают две ДНК-геликазы, одна из которых перемещается по ведущей, а другая по отстающей цепи, т.е. движутся в противоположных направлениях.
Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК (SSB-белки) оставляют основания доступными для спаривания.
ДНК-полимеразы способны только добавлять новые нуклеотиды к уже имеющему с 3’-ОН-концу полинуклеотидной цепи. Эту предобразованную цепь называют затравкой или праймером.
Фермент синтезирующий из рибонуклеозидтрифосфатов праймеры называется ДНК-праймазой.
Молекула праймазы непосредственно сцепленная с ДНК-геликазой – расплетающим двойную спираль ферментом, образуют вместе с ней на отстающей цепи структуру, называемую праймосомой.
Позади «репликационной машины» по ходу её движения остаётся на отстающей цепи ряд несшитых фрагментов Оказаки, всё ещё содержащих РНК-затравки, которые должны быть сшиты при помощи репарирующих ферментов, работающих позади репликационной вилки – ДНК-лигаз.

Слайд 9

ДНК – полимераза I: репаративный синтез ДНК в двух процессах: вырезает

повреждённые участки одной цепи и застраивает брешь комплиментарными нуклеотидами; удаляет затравочную РНК.
ДНК – полимераза II: обуславливает начало синтеза каждого нового фрагмента (инициация), окончание синтеза фрагмента (терминация).
ДНК – полимераза III: наращивание синтезируемой цепи в длину – элонгация.

ДНК-полимеразы

Слайд 10

Действие топоизомераз I и II
© http://helicase.pbworks.com/w/page/17605720/Tyler-Huff
© http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Deoxy_Ribose_Nucleic_Acid4-Super_Coiling.htm

Слайд 11

Типы репликации ДНК
© http://biology.ru/course/content/chapter8/section2/paragraph2/theory.html#.VcIFtPPtlBc

Слайд 12

В кольцевой хромосоме репликационный глазок образует Ө-структуру.
Ө-механизм

Слайд 13

Если в кольцевой ДНК разрывает одну цепь и свободный 3’-конец наращивается

с помощью ДНК-полимеразы, то вновь синтезируемая цепь вытесняет исходную родительскую.

Модель «катящегося кольца»

Слайд 14

В митохондриальной ДНК наблюдается тип репликации носящий название D-петель (displacement –

вытеснение).

D-петля

Слайд 15

Специфические мембранные белки обеспечивают контакт ДНК с внутренней поверхностью цитоплазматической мембраны.

Наиболее типичным является формирование подобного контакта в зоне мезосомы, положение которого соответствует точке старта репликации ДНК.
Завершение репликации служит началом для клеточного деления.
Дуплицированные геномы сегрегируют по одному в каждую дочернюю клетку.

Расхождение хромосом

Слайд 16

А — бактериальная клетка содержит частично реплицированную хромосому, прикрепленную к мембране

в точке (или точках) репликации;
Б — репликация хромосомы завершена. В бактериальной клетке две дочерние хромосомы, каждая из которых прикреплена к ЦПМ. Показан синтез клеточной стенки и ЦПМ;
В — продолжающийся синтез мембраны и клеточной стенки приводит к разделению дочерних хромосом. Показано начало деления клетки путем образования поперечной перегородки.
1 — ДНК; 2 — прикрепление хромосомы к ЦПМ: 3 — ЦПМ; 4 — клеточная стенка: 5 — синтезированный участок ЦПМ; 6 — новый материал клеточной стенки.

Расхождение хромосом

Деление клетки B. licheniformis (иллюстрация Lee D. Simon / Science Photo Library)
© http://science.compulenta.ru/555361/

Слайд 17

Нуклеозидной природы
Ненуклеозидной природы
Ингибирование репликации

Слайд 18

Отличия репликации эукариот
В эукариотическом геноме имеется множество точек начала репликации (А-Т-богатых

сайтов) и различные формы ДНК-полимераз.
Эукариотическая ДНК также реплицируется в двух направлениях, но репликативные вилки движутся очень медленно (50 нуклеотидов в секунду), раз в 10 медленней, чем у Е. coli. Если бы на каждую хромосому приходилась только одна пара репликативных вилок, то из-за больших размеров эукариотических ДНК их репликация продолжалась бы почти два месяца. Оказалось, что репликация эукариотической ДНК начинается одновременно во многих точках (число которых, вероятно, превышает тысячу).

Слайд 19

Отличия репликации эукариот
Участки эукариотической ДНК обвиты вокруг белковых частиц, образуя нуклеосомы,

поэтому репликация этой ДНК, помимо раскручивания, должна сопровождаться еще механическими и геометрическими изменениями структуры ДНК.

Слайд 20

Отличия репликации эукариот
Репликация концов (теломер) линейной эукариотической хромосомы создает определенные трудности,

которые решаются с помощью РНК-содержащего фермента теломеразы.

Слайд 21

- отсчёта клеточных делений и старения, вследствие недорепликации последовательностей ДНК на

концах хромосом (теломерных участков).
Чтобы клетки не растеряли при делении часть генетического материала, теломерные повторы обладают способностью восстанавливать свою длину. В этом и заключается суть процесса «концевой репликации». Но учёные не сразу поняли, каким образом наращиваются концевые последовательности. Было предложено несколько различных моделей.
Российский учёный А. М. Оловников предположил существование специального фермента (теломеразы), наращивающего теломерные повторы и тем самым поддерживающего длину теломер постоянной.

Теория маргинотомии А. Оловникова

Слайд 22

Теломерная гипотеза старения
Максимальное число делений зависит от типа клеток и для большинства человеческих

клеток этот предел составляет 52 деления. Этот предел был назван лимитом Хейфлика.
Чем короче теломеры, тем старее клетка, и наоборот: если активность теломеразы, достраивающей теломеры, высока и постоянно поддерживается одинаковая длина теломер, – клетка не стареет. По последнему «сценарию» развиваются раковые клетки.

Слайд 23

Лимит (предел) Хейфлика
Лимит Хейфлика для различных животных
граница количества делений соматических клеток

Эта граница была найдена в культурах всех полностью дифференцированных клеток. Максимальное число делений различно в зависимости от типа клеток и ещё сильнее различается в зависимости от организма. Для большинства человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления (у новорожденных 70- 80 раз, у 70-летнего человека – 20-30 раз).

Слайд 24

© http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0005_008.pdf
Строение и работа теломеразы
В результате деятельности теломеразы длина теломерных

участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, компенсируя таким образом концевую недорепликацию и позволяя клетке делиться неограниченно долго.

Слайд 25

В ходе исследования этого фермента (состоящего, из РНК-компонента и белкового компонента)

выяснилось, что РНК-компонент экспрессируется на постоянном уровне практически во всех клетках, и для индуцирования теломеразной активности необходима экспрессия белкового компонента, названного поэтому каталитическим компонентом теломеразы.
Искусственно индуцированная экспрессия гена каталитического компонента теломеразы (путём введения гена при помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру иммортальной (бессмертной), то есть способной делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для культуры предел Хейфлика.
Теломераза экспрессируется в стволовых, половых и некоторых других типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования определённых тканей (например, клетки эпителия кишечника).
Обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности.
Клетки 85 % раковых опухолей обладают теломеразной активностью, поэтому считается, что активация теломеразы является одним из событий на пути клетки к злокачественному перерождению.

Строение и работа теломеразы

Слайд 26

В октябре 2009 года в Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии

по физиологии и медицине. Это американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth Н. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak), удостоившиеся самой престижной научной награды дословно «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы».

Теломеры и теломераза

Репликация ДНК. (Лекция 3)

Содержание

План лекции:Механизмы репликации ДНК Репликационная вилка Современная модель репликации Ферменты репликации

Механизмы репликации ДНКВо время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит

Механизмы репликации ДНКТри альтернативные гипотезы.1958 г. Подтверждена гипотеза полуконсервативной репликации (эксперимент

Репликационная вилка1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I – фермент, катализирующий процесс

Механизмы репликации ДНК у прокариотРеплицирующуюся ДНК бактерии можно наблюдать в электронном

Современная модель репликации© http://www.nature.com/encode/#/threads Схема репликации ДНК у E.coli. На панели а схематически

Ферменты репликацииЧтобы репликационная вилка могла продвигаться вперёд, вся хромосома впереди неё

ДНК – полимераза I: репаративный синтез ДНК в двух процессах: вырезает

Действие топоизомераз I и II© http://helicase.pbworks.com/w/page/17605720/Tyler-Huff © http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Deoxy_Ribose_Nucleic_Acid4-Super_Coiling.htm

Типы репликации ДНК© http://biology.ru/course/content/chapter8/section2/paragraph2/theory.html#.VcIFtPPtlBc

В кольцевой хромосоме репликационный глазок образует Ө-структуру.Ө-механизм