În procesul de replicare, o dublă helix a ADN-ului. constând din două lanțuri polinucleotidice complementare, se desfacă pentru a separa lanțurile și începe simultan sinteza lanțurilor polinucleotidice noi; în timp ce lanțurile originale de ADN joacă rolul matricelor. Lanțul nou sintetizat pe fiecare dintre lanțurile originale este identic cu celălalt lanț original. Când procesul este terminat, se formează două elicoidale identice. fiecare dintre acestea constând dintr-un lanț vechi (original) și unul nou (Figura 1). Astfel, de la o generație la alta, numai unul din cele două lanțuri care constituie molecula ADN inițială este transmis, -t. numit. mecanismul de replicare semiconservativă.
Replicarea este alcătuită dintr-un număr mare de adepți. etape, la- includ punctul de recunoaștere de replicare de top duplex parental (derulare spirale), păstrând circuitele sale în izolate unul față de celălalt stat, inițierea sintezei sunt noi circuite secundare, creșterea lor (alungire) circuite de lichidare în bobină și de terminare (sfârșitul anului ) sinteza. Toate aceste etape de replicare, care se desfășoară cu viteză mare și se exclud. acuratețea, oferă un complex format din mai mult de 20 de enzime și proteine, -t. numit. Sistemul de replicare a ADN sau replicomul. Funktsional. unitate de replicare-replica, care este un segment al unui cromozom sau ADN extrachromozomal. Acest lucru este limitat la punctul de pornire în care este inițiată replicarea și la punctul final în care replicarea se oprește. Viteza de replicare este controlată în stadiul de inițiere. După ce a început, replicarea continuă până când întregul replicon este dublat (dublat). Frecvența inițierii este determinată de relație. spec. proteine reglatoare cu originea replicării. Cromozomii bacterieni conțin un replicon: inițierea într-un singur. punctul de origine al replicării conduce la replicarea întregului genom. În fiecare ciclu celular, replicarea este inițiată o singură dată, plasmide și viruși. care sunt genetice autonome. elemente, sunt repliconi individuali capabili de inițiere multiplă în celula gazdă. Eukariotich. cromozomi (cromozomi ai tuturor organismelor. cu excepția algelor și bacteriilor albastre-verzi) conțin un mare număr de repliconi, fiecare dintre care, de asemenea, este inițiată o dată pe ciclu celular.
Pornind de la punctul de inițiere, replicarea are loc într-o zonă limitată care se deplasează de-a lungul spiralei originale a ADN-ului. Această zonă de replicare activă (așa-numita furcă de replică) se poate deplasa în ambele direcții. Cu o replicare unilaterală de-a lungul ADN-ului, se repetă o replică. Fork. În replicarea bidirecțională, două replici diferă de la punctul de inițiere în direcții opuse. prize; viteza mișcării lor poate varia. Când replicarea ADN-ului unei bacterii și a unui mamifer, rata de creștere a lanțului fiică este în mod corespunzător. 500 și 50 nucleotide pe secundă; în plante această valoare nu depășește 20 de nucleotide pe secundă. Mișcarea celor două furci în direcții opuse creează o buclă, care are forma unui "bule" sau a unui "ochi". Replicarea continuă extinde "ochiul" atât timp cât nu include întregul replicon.
În cursul replicării, creșterea lanțului se datorează reciprocității. trifosfații deoxiribonucleozidă cu nucleotidele 3'-OH-terminale bine construite deja o parte a ADN-ului; pirofosfatul este scindat și se formează o legătură fosfodiesterică. Înălțimea lanțului de polinucleotide (Fig. 2) este doar cu Z'-terminal, adică. E. în direcția 5“. 3 '(vezi Acizi nucleici). Enzyme. catalizează această p-TION, -DNA-polimeraze ori (a se vedea. sintetaza polideoxiribonucleotidă) nu este capabil să înceapă sinteza matricei asupra ADN-ului monocatenar. dacă nu porțiune de cel puțin dublu elicoidal al oligonucleotidei (așa numita oligonucleotide primer ..) matrice complementară; oligonucleotidă de semințe în pl. cazurile nu este ADN. dar ARN.
Fig. 2. Direcția de creștere a lanțurilor de dezoxiribonucleotide în timpul replicării; liniile solide sunt ADN-ul original. punctat - lanțuri noi de ADN (săgețile arată pe planul creșterii lor); 1 de replicare. Fork.
Energia utilizată pentru formarea fiecărei noi legături de fosfodiester în lanțul ADN. este asigurată prin scindarea legăturii fosfatice dintre grupările a- și b-fosfat ale trifosfatului nucleozidic.
ADN polimeraza are un situs de legare nucleosid trifosfat comun tuturor celor patru nucleotide. Selectarea din mediul nucleotidic. a cărui bază este complementară la baza următoare a matricei. continuă fără erori, datorită influenței determinante a matricei ADN (lanțul original ADN). Cu anumite daune mutaționale ale structurii ADN polimerazei, nucleotidele incomplete sunt incluse într-un număr de cazuri.
În timpul replicării ADN-ului oficial pentru o perioadă scurtă de timp cu probabilitatea de 10 -4 -10-5, apar forme tautomere rare ale tuturor celor 4 baze de nucleotide azotate. să-și formeze perechea greșită. Acuratețea mare a replicării (probabilitatea erorilor nu depășește 10-9) se datorează prezenței mecanismelor care efectuează corecția (repararea).
Replicarea. ștecherul este asimetric. Dintre cele două lanțuri de ființe sintetizate ale ADN, unul este construit în mod continuu, iar celălalt, cu întreruperi. Primul nume. conducând sau conducând lanțul, iar cel de-al doilea rămas. Sinteza celui de-al doilea lanț este mai lentă; deși în general acest lanț este construit în direcția 3 '. 5 ', fiecare dintre fragmentele sale cresc separat în direcția 5'. 3 '(figura 3). Cu această sinteză mecanism intermitent, replicare ambele catene antiparalele constând dintr-o enzimă ADN-polimerazei în lanț capacitate de catalizare nucleotidelor numai în direcția 5“. 3 '
Fig. 3. Schema mecanismului de creștere a lanțului ADN în timpul replicării: lanțul A-conducător, lanțul B-întârziat, fragmentul B al lui Ocaca.
Pentru a asigura formarea unui lanț continuu de ADN din multe astfel de fragmente, intră în joc un sistem special de reparare a ADN-ului. Eliminarea primerului ARN și înlocuirea acestuia cu ADN. În bacterii, primerul ARN îndepărtează nucleotida din spatele nucleotidului din cauza 5 '. 3'-exonucleaza a ADN polimerazei. Astfel, fiecare scindată substituită corespunzător dezoxiribonucleotidă monomer ribonucleotide (utilizat ca semințe de Z'-fragment sintetizat în capătul lanțului vechi). Acesta completează întregul proces ligaza ADN-enzimă care catalizează formarea legăturii fosfodiesterice între gruparea Z'-OH Fragmentul de ADN nou și gruparea 5'-fosfat a fragmentului anterior. Formarea acestei comunicări necesită energie (celule bacteriene) furnizat în timpul hidrolizei legăturii pirofosfat de coenzima-nicotinamid adenin dinucleotid conjugat-cer, sau ATP (în celulele animale și bacteriofagi).
Răsucirea spiralei și a spațiilor. Separarea lanțurilor se face cu ajutorul mai multor. spec. proteine. T. este numit. Helicasele tese secțiuni scurte de ADN. localizat imediat în fața replicii. cu o furculiță. Separarea fiecărei perechi de bază consumă energia hidrolizei a două molecule de ATP la difenat de adenozină și fosfat. Fiecare dintre lanțurile divizate este unite de mai multe. molecule ale proteinelor de legare a ADN-ului. care împiedică formarea de perechi complementare și reunificarea inversă a lanțurilor. Datorită acestui fapt, secvențele de nucleotide ale lanțurilor ADN sunt accesibile sistemului replicativ. Et al. specificitate. proteinele ajută primasa să acceseze matricea lanțului întârziat. Ca rezultat, primaza se leagă la ADN și sintetizează primerii ARN pentru fragmentele lanțului de întârziere. Pentru formarea de spirale noi, nici cheltuielile cu energia, nici participarea unui a. "rotire" enzima.
În cazul unui replicon circular (de exemplu, într-o plasmidă), procesul descris este denumit. q -replikatsiey. pentru că moleculele de inel ale ADN-ului sunt răsucite pentru ele înșiși (vasele super-spirale), atunci când dubla helix este netratată în timpul replicării, acestea trebuie să se rotească continuu în jurul proprietății. axe. Aceasta creează un stres de torsiune, care este eliminat prin ruperea unuia dintre lanțuri. Apoi, ambele capete se reunesc imediat. Această funcție este efectuată de către enzima topoizomerazică a ADN-ului. Replicarea în acest caz are loc de obicei în două direcții, adică există două replici. furcile (figura 4). După terminarea replicării, apar două molecule dublu-catenare. în primul rând sunt conectate între ele ca legături ale unui lanț. Când sunt separate, unul dintre cele două inele este rupt temporar.
Fig. 4. Unul dintre mecanismele replicării plasmidelor (originea replicării este indicată prin puncte); direcția de replici de mișcare. Coarnele de furcă sunt arătate de săgeți, lanțurile noi formate din linii punctate ADN.
O variantă alternativă implică o fantă inelară de replicare replicon într-o moleculă de ADN dublu catenar cu lanț. Formată cu capătul 3 'liber cova valență incrementat, rămânând legat la matricea (lanț a doua neîntrerupt), iar capătul 5 este înlocuit treptat cu un lanț nou polinucleotide (Fig. 5). Astfel, un lanț este răsturnat și se prelungește continuu și o replică. dopul se alunecă în jurul lanțului matricei de inel (mecanismul inelului de rulare). Ca noul lanț de catenă cu eliberat 5'-terminal devine un șablon liniar pentru sinteza noii catene complementare. Această sinteză pe o matrice liniară continuă până când se formează un lanț ADN fiică. complementar cu o revoluție a matricei inelului. care este, un întreg replicon. În acest fel, un număr mare de copii complementare pot coborî din matricea inelului. Un astfel de mecanism se găsește în anumite virusuri. precum și într-un număr de celule eucariote.
Fig. 5. Schema de replicare conform mecanismului inelului de rulare (noua moleculă de ADN este arătată punctată): 1-3'-capătul ADN; 2-5'-capătul ADN.
O altă schemă de replicare implică formarea unei structuri numite buclă D. Conform acestui mecanism, numai unul din lanțurile repliconului inelar este replicat mai întâi, în timp ce cel de-al doilea lanț, rămânând intact, este forțat afară, formând o buclă. Replicarea celui de-al doilea lanț începe într-un alt punct de pornire și numai după ce partea din primul lanț este reprodusă. Acest mecanism de replicare este detectat, de exemplu. în ADN mitocondrial.
Replicarea ARN (sinteza ARN pe șablonul ARN) a fost studiată mai puțin. Se efectuează numai pentru anumite virusuri (de exemplu, poliomielita și virusurile rabiei). Enzyme. catalizând acest proces, ARN-polimeraza dependentă de ARN (numită și replicază ARN sau sintetază de ARN). Cunoscut mai multe. tipuri de replicare, ARN. 1) viruși. conținând ARN de matrice. sau ARNm [adică numit. (+) ARN], ca rezultat al replicării, formează o catenă complementară de [(-) ARN] care nu este ARNm. care este utilizat ca șablon pentru sinteza ARN (+); 2) viruși. conținând ARN (-). ca rezultat al replicării, sintetiza (+) ARN; 3) viruși. conținând ARN [(+) și (-) ARN dublu catenar], ca rezultat al replicării asimetrice, sintetiza (+) ARN.
Ipoteza mecanismului de replicare a fost formulată în 1953 de J. Watson și F. Crick, care a sugerat că două catene complementare ale ADN-ului după separarea lor pot îndeplini funcții de matrice pentru formarea de noi lanțuri de ADN pe ele. În 1958, M. Mezelson și F. Stahl au confirmat experimental acest mecanism de replicare.
Lit. Etapa D. G. Kalindar R. Genetica moleculară. per. cu engleza. M. 1981, p. 499-520; Kornberg A. Replicarea ADN, S.F. 1980; Ogawa T, Oka-zaki T. "Ann. Rev. Biochem.", 1980, v. 49, p. 421-57. PL Ivanov.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: