Вопросы к экзамену учебной дисциплины «Биохимия» для специальности 060101 Лечебное дело, 060103 Педиатрия



страница187/257
Дата13.01.2020
Размер2.87 Mb.
ТипВопросы к экзамену
1   ...   183   184   185   186   187   188   189   190   ...   257
Модуль VI. Обмен и функции нуклеиновых кислот. Матричные биосинтезы.

70. Репликация ДНК, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза, фрагменты Оказаки. Деградация и репарация ДНК.

Реплика́ция ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой.

Репликация проходит в три этапа:

инициация репликации

элонгация

терминация репликации.

Репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетания двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК. В каждом сайте может формироваться одна или две репликационные вилки в зависимости от того, является ли репликация одно- или двунаправленной. Более распространена двунаправленная репликация. Через некоторое время после начала репликации в электронный микроскоп можно наблюдать репликационный глазок — участок хромосомы, где ДНК уже реплицирована, окружённый более протяжёнными участками нереплицированной ДНК.

В репликационной вилке ДНК копирует крупный белковый комплекс (реплисома), ключевым ферментом которого является ДНК-полимераза.

ДНК-полимераза

Синтез новых полинуклеотидных цепей при репликации катализирует фермент ДНК-полимераза. Реакцию удается осуществить и изучать in vitro, используя ферменты, выделенные из организма. Отметим важнейшие особенности реакции.



ДНК-полимераза.

1. Субстратами служат трифосфаты дезоксирибонуклеозидов. В ходе реакции от каждого из них отщепляется пирофосфатный остаток; таким образом, включение каждого мономера в молекулу ДНК требует расхода энергии высокоэнергетических связей.

2. Реакция идет только в присутствии уже готовой ДНК, выполняющей роль матрицы. Все вновь синтезируемые молекулы ДНК имеют первичную структуру, идентичную первичной структуре ДНК-матрицы.

3. Поскольку в молекуле ДНК нуклеотидные остатки образуют пары А—Т и G—С, в реакции расходуются одинаковые количества дАТФ и дТТФ (стехи-ометрический коэффициент т) и одинаковые количества дГТФ и дЦТФ (стехиометрический коэффициент п).

ДНК-полимераза не способна начинать синтез новой цепи с ее первого нукле-отида; она может лишь удлинять уже имеющуюся цепь, присоединяя к ее З'-концу новые нуклеотиды. Поэтому для начала реакции требуется затравка (праймер; рис. 4.4).Иногда случается ошибка, и фосфодиэфирная связь образуется с нуклеотидом, некомплементарным очередному нуклеотиду матрицы (например, в той фазе, которая представлена на рис. 4.4, вместо дГТФ используется дАТФ). В этом случае дальнейший рост новой цепи возобновляется лишь после того, как неправильный нуклеотид отщепляется той же ДНК-полимеразой. Таким образом, точность копирования проверяется дважды и поэтому очень высока: на миллиард нуклеотидов только один ошибочный.

Лигаза (лат. ligāre — сшивать, соединять) — фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование). При этом обычно происходит отщепление (гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул.

ДНК-лигазы — ферменты (EC 6.5.1.1), 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. Для образования этих мостиков лигазы используют энергию гидролиза пирофосфорильной связи АТФ. Один из самых распространённых коммерчески доступных ферментов — ДНК-лигаза бактериофага Т4.

Фрагменты Оказаки (Okazaki fragment) — это относительно короткие фрагменты ДНК (с РНК-праймером на 5' конце), которые образуются на отстающей цепи в процессе репликации ДНК. Длина фрагментов Оказаки у E. coli составляет около 1000—2000 нуклеотидов, и обычно 100—200 нуклеотидов у эукариот.

Фрагменты Оказаки были описаны в 1968 году en:Reiji Okazaki, en:Tsuneko Okazaki, и соавторами при изучении репликации ДНК бактериофага у Escherichia coli.

Механизм

Каждый фрагмент Оказаки образуется рядом с репликационной вилкой после РНК-праймера, образуемого праймазой, и далее продолжается ДНК-полимеразой III в случае прокариот. У эукариот отстающая цепь синтезируется ДНК-полимеразой δ. Праймер позднее удаляется ферментом с эндонуклеазной активностью подобной РНКазе Н, flap-эндонуклеазами и геликазой/нуклеазой Dna2.

Было показано, что распад ДНК не сопровождается деградацией белков хроматина и, следовательно, является скорее результатом активации какой-то нуклеазы , чем неспецифическим постмортальным событием.

Репарация ДНК

восстановление дефектов в ДНК, возникших в результате мутации или рекомбинации. Осуществляется системой репаративных ферментов, одни из к-рых устанавливают место повреждения, др. его «вырезают», третьи синтезируют поврежденные участки, четвертые встраивают их в молекулу ДНК. Большая часть повреждений ДНК у бактерий устраняется в результате Р. Вирусы не имеют собственной системы Р. Р. генома у них осуществляется механизмами реактивации.
71. Транскрипция: промоторы, терминаторы. ДНК-зависимая РНК-полимераза. Процессинг РНК. Малые ядерные ДНК, их биологическая роль.

ТРАНСКРИПЦИЯ, биосинтез РНК на матрице ДНК; первая стадия реализации генетич. информации, в ходе к-рой нуклеотидная последовательность ДНК считывается в виде нуклеотидной последовательности РНК. В основе этого процесса лежит принцип комплементарного спаривания пуриновых и пиримидиновых оснований. Т. осуществляется с участием фермента РНК-полимеразы, использующей в качестве субстратов рибонук-леозидтрифосфаты. Кроме того, в транскрипции участвует большое число вспомогат. белков, регулирующих работу РНК-полимеразы.

ДНК-зависимая РНК-полимераза— фермент, осуществляющий синтез РНК из рибонуклеозидтрифосфатов на ДНК-матрице. У прокариот существует 2 типа ДНК-з. РНК-п.: ДНК-праймаза, которая катализирует синтез РНК-затравки для фрагментов Оказаки при репликации ДНК, и РНК-полимераза,осуществляющая синтез всех остальных клеточных РНК; у эукариот разные типы клеточных РНК синтезируются тремя видами ДНК-з. РНК-п.:I — синтезирует рибосомную РНК,II — синтезирует матричные РНК иIII — синтезирует транспортные РНК, 5S РНК и отдельные малые ядерные РНК.

Процессинг РНК (посттранскрипционные модификации РНК) — совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта РНК в зрелую РНК.

Наиболее известен процессинг матричных РНК, которые во время своего синтеза подвергаются модификациям: кэпированию, сплайсингу и полиаденилированию. Также модифицируются (другими механизмами) рибосомные РНК, транспортные РНК и малые ядерные РНК.

Кэпирование представляет собой присоединение к 5'-концу транскрипта 7-метилгуанозина через необычный для РНК 5',5'-трифосфатный мостик, а также метилирование остатков рибозы двух первых нуклеотидов. Процесс кэпирования происходит во время синтеза молекулы пре-мРНК. Кэпирование защищает 5'-конец первичного транскрипта от действия рибонуклеаз, специфически разрезающих фосфодиэфирные связи в направлении 5’→3'.[1]:221

Функции кэпа и связанных с ним белков:

участие в сплайсинге;

участие в процессинге 3'-конца мРНК;

экспорт мРНК из ядра;

защита 5'-конца транскрипта от экзонуклеаз;

участие в инициации трансляции.

Полиаденилирование

Фермент поли(А)-полимераза присоединяет 3'-концу транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты. Полиаденилирование осуществляется при наличии сигнальной последовательности 5'- AAUAAA-3' на 3'-конце транскрипта, за которой следует 5'-CA-3'. Вторая последовательность является сайтом разрезания.

После полиаденилирования мРНК подвергается сплайсингу, в ходе процессе которого удаляются интроны (участки, которые не кодируют белки), а экзоны (участки, кодирующие белки) сшиваются и образуют единую молекулу . Сплайсинг катализируется крупным нуклеопротеидным комплексом — сплайсосомой, состоящей из белков и малых ядерных РНК. Многие пре-мРНК могут быть подвергнуты сплайсингу разными путями, при этом образуются разные зрелые мРНК, кодирующие разные последовательности аминокислот (альтернативный сплайсинг).

Малые ядерные РНК (мяРНК, snRNA) — класс РНК, которые встречаются в ядре эукариотических клеток. Они транскрибируются РНК-полимеразой II или РНК-полимеразой III и участвуют в важных процессах, таких как сплайсинг (удаление интронов из незрелой мРНК), регуляции факторов транскрипции (7SK РНК) или РНК-полимеразы (B2 РНК) и поддержании целостности теломер.

Малые ядерные РНК всегда ассоциированы со специфическими белками, комплексы мяРНК с белками называются малые ядерные рибонуклеопротеины (мяРНП). Малые ядерные РНК содержат большое число уридиновых нуклеотидов.

Важной группой мяРНК являются малые ядрышковые РНК (snoRNA), участвующие в процессинге рРНК, тРНК и собственно мяРНК.
72. Трансляция. Генетический код. т-РНК, строение, функции. Рибосомы.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   183   184   185   186   187   188   189   190   ...   257


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница