Ферменты и белки, принимающие участие в репликации

0 56

Гипотетические механизмы репликации.

В 1953г. Уотсон и Крик, сразу после создания модели ДНК, высказали предположение, что удвоение должно происходить путем разрыва водородных связей между двумя комплементарними цепями, и при этом каждая цепь является матрицей для синтеза новой дочерней цепи. При делении надвое, в каждую половинку попадает ДНК, состоящая из 1 старой и 1 новой цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным.Ученымибыло предложено на рассмотрение еще2 других гипотетических механизма репликации: консервативный и диспересивный. Встречаются значительно реже.
Консервативный механизм предполагал следующее: на одной из материнских цепей осуществляется синтез дочерней цепи, а образованная дочерняя цепь служит матрицей для синтеза еще одной дочерней цепи. Но после деления в одну половинку попадает 2 старых цепи ДНК, а в другую – 2 новых. Этот механизм довольно случаен и почти не встречается в природе, т.к. невыгоден из-за возможного накопления мутаций в половине клеток популяции.
Дисперсивный механизм: подразумевал возможность рекомбинаций. После такой репликации в дочерних клетках должны оказаться ДНК, состоящие из фрагментов старого и нового материала (у эукариот это происходит в результате кроссинговера, но не репликации).
В 1957 г. Мезелсон и Сталь экспериментально доказали наличие у Е.coli полуконсервативного механизма репликации.Репликация – это процесс матричного синтеза, так же как транскрипция и трансляция. Он высококоординирован и обслуживается большим количеством ферментов и белков (более 30). Изучены гены, кодирующие эти продукты. Они обозначаются: dna A, dna B, dna C, dna D, dna E, dna I, dna L, dna M, dna N и т.д.Кроме этих генов есть еще со специфическими названиями: lig (ген лигазы), rep (ген хеликазы лидирующей цепи), gir A, gir B (гены гиразы), top (гены топоизомераз).Рассмотрим основные белки и ферменты, принимающие важное участие в процессе репликации.

Смотрите также  Вторичное строение стеблей древесных семенных растений

Белок-инициатор – продукт гена dna A, узнаёт на точку начала репликации — origin center (ori C). Это участок на хромосоме с достаточно большой протяженностью — несколько сотен нуклеотидов, насыщенный АТ-парами, в котором легко могут расходиться цепи; у Е.coli при двунаправленной репликации он имеет протяженность – 440 нуклеотидов, при однонаправленной репликации – 245 нуклеотидов. РНКаза-Н – обеспечивает избирательность начала репликации. Если по какой-то причине репликация началась не в ori C, то РНКаза-Н гидролизует образующуюся в неправильном месте затравочную цепь. Топоизомеразы (продукты генов top) – ферменты, обеспечивающие пространственные превращения ДНК перед началом репликации и в процессе ее, способствует расплетанию и распутыванию ДНК перед репликацией. У Е.coli существует две топоизомеразы — top 1 и top 2. Топоизомераза 2 (top 2) или гираза – фермент, который обладает 2-мя функциями: 1-я функция – гираза обеспечивает проверку целостности ДНК путем отрицательного суперскручивания. Если в ДНК имеется хоть 1 разрыв, то суперскручивание не будет происходить; 2-я функция – прямо противоположная — гираза делает в ДНК двухцепочечный разрыв и, протаскивая часть запутанной ДНК через разрыв, расплетает петли ДНК. Налидиксовая кислота и антибиотики группы фторхинолонов (норфлоксацин, офлоксацин, ципрофлоксацин и др.) являются ингибиторами гиразы и используются, как лекарственное средство, при бактериальных инфекциях, т.к. блокирование top 2 полностью прекращает репликацию и деление клетки.
Топоизомераза 1 (top 1)осуществляет одноцепочечный разрыв ДНК, присоединяется к 5/-концу разрыва, а 3`-конец начинает вращаться и раскручиваться относительно интактной цепи (неповрежденной). Т.о. возникает репликативная вилка.
Хеликазы– ферменты, разрывающие водородные связи между азотистыми основаниями комплементарных цепей. На лидирующей цепи работает хеликаза-rep, которая использует 2 молекулы АТФ на разрыв одной пары нуклеотидов. На отстающей цепи работает более сложная хеликаза dnaCdnaB, состоящая из 6 белков гена dna C и 6 белков гена dna B. Вспомогательную роль играют белки n, n/, n//, i. Белок n` обладает АТФ-азной активностью, т.е. обеспечивает хеликазу энергией. Праймаза– фермент, обеспечивающий синтез небольших -овых затравок — праймеров, с которых начинается впоследствии синтез ДНК. Хеликаза dnaBdnaC, белки n, n/, n//, i, а также праймаза образуют сложную частицу –праймосомуна отстающей цепи.

Смотрите также  Надмембранні та підмембранні комплекси клітини

SSB-белки (от англ. single strand binding) – тетрамеры из 4 одинаковых субъединиц (М.м. каждой – 19 кДа), связываются с разведенными одиночными материнскими цепями ДНК, скользят по ним перед репликативной вилкой, убирая все случайные элементы, т.е. как бы «чистят» матрицы, не дают цепям ренатурировать (соединяться). 7. ДНК-полимеразы различны у эукариотов и прокариотов.
У прокариот выделяют 3 типа -полимераз:
1) -полимераза І – фермент с молекулярной массой — 109 кДа. В процессе ограниченного протеолиза фермент делится на 2 фрагмента: фрагмент Кленова (больший; используется в генной инженерии) и меньший фрагмент.
Фрагмент Кленова обладает двумя ферментативными активностями — полимеризующей, т. е. ведет синтез ДНК-овой цепи в направлении 5/-3/, а также 3/-экзонуклеазной активностью, т.е. способен отщеплять нуклеотиды с 3/-конца.
Меньший фрагмент ДНК-полимеразы обладает 5/-экзонуклеазной активностью и способен выщеплять неверные нуклеотиды с 5/-конца.
ДНК-полимераза I при репликации ДНК на стадии элонгации осуществляет вырезание -овых праймеров и замену их на ДНК-овые последовательности. Этот фермент играет важную роль не только в репликации, но и в репарации.
2) ДНК-полимераза ІІ – фермент с молекулярной массой – 120 кДа, состоит из одной субъединицы, обладает теми же активностями, что и фрагмент Кленова, т.е. полимеризующей и3/-экзонуклеазной. В клетке его приблизительно в 4 раза меньше, чем ДНК-полимеразы I (около 100 молекул). Этот фермент может дублировать функции ДНК-полимеразы I и так же играет роль в репарации.

Смотрите также  Гаструла

3) ДНК-полимераза ІІІ – главный фермент репликации. Ведет синтез ДНК на лидирующей цепи непрерывно, на отстающей цепи – в пульсирующем ритме, а именно, в противоположном направлении синтезирует отдельные ДНК-овые фрагменты (фрагменты Оказаки). Молекулярная масса фермента – 500 кДа. Он состоит из 7 субъединиц: α, β, γ, δ, ε, θ, τ. Действует в виде холорфермента — полного комплекса всех субъединиц. Кофактором ДНК-полимеразы ІІІ считаются ионы Mg2+ и Zn2+. Для некоторых субъединиц фермента установлены ферментативные активности, а именно:
α-субъединица – полимеризующая активность;
β-субъединица – АТФ-азная активность;
ε-субъединица – 3/-экзонуклеазная активность.
Фермент работает с высокой точностью (допускается не более 1 ошибки на 109 нуклеотидов) и с высокой скоростью (у прокариот – 1000-1600 нуклеотидов в секунду).
8.. ДНК-полимеразы эукариотделят на α-, β-, γ-, δ- полимеразы:
1) α-полимераза – молекулярная масса – 500 кДа, имеет 4 субъединицы. Обладает полимеризующей активностью и праймазной. Это главный фермент репликации у эукариот.
2) β-полимераза — молекулярная масса – 40 кДа. Обладает полимеризующей активностью и играет роль в репарации.
3) γ-полимераза — молекулярная масса – 50 кДа, имеет несколько субъединиц, обладает полимеризующей активностью, осуществляет синтез ДНК митохондрий.
4) δ-полимераза — молекулярная масса – 120-150 кДа, имеет 2 субъединицы, обладает полимеризующей и 3`-экзонуклеазной активностями (убирает праймеры).
9.. Лигаза – фермент, осуществляющий сшивку фрагментов ДНК путем образования фосфодиэфирной связи между 3/-гидроксильным концом и 5/-фосфатным концом. У прокариот кофактором лигазы является НАД, у эукариот и фагов – АТФ.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x