Mátrix szintézisét DNS 1
A sejtek azon képességét, hogy fenntartsák a magas rendezettség a szervezet függ a genetikai információt tárolt formájában dezoxiribonukleinsav (DNS). DNS - az anyag teszi ki géneket. Sokszorosítása az élő szervezetek, az átviteli örökletes jellemzők generációról generációra és fejlesztés Egy többsejtes szervezet egy megtermékenyített petesejt azért lehetséges, mert a DNS képes az ön-replikáció. A nagyon eljárás az ön-replikáció DNS nevezik replikáció. Néha szinonimájaként használják neve - kettőzés.
Matrix DNS-szintézis
Ezen túlmenően, a DNS sitezu jellemző tulajdonságok, mint például antiparallel és unipolarity. Mindegyik DNS-szál van egy bizonyos orientációban. Az egyik vége hordoz hidroxilcsoport (OH), amely a 3'-szénatomos cukor dezoxiribóz, a másik végén a lánc egy foszforsav-maradék az 5'-helyzetben a cukor. Két komplementer DNS-lánc a molekulában vannak orientálva ellentétes irányban -, az antiparalel (párhuzamos orientációban a 3'-vége a másik szemben helyezkedik el a 3'-terminális egyik lánc). Az enzimek szintetizáló új DNS-szálak, ismert DNS-polimerázok mozoghat a sablon mentén szálak csak egy irányba - a saját 3'-végén az 5'-végeket. Џri Ez a szintézis komplementer szálak mindig végezzük az 5 „és 3” irányban, azaz unipoláris. Ezért, a replikációs folyamatban egyidejű szintézisére új láncok antiparalel.
DNS-polimeráz nyújthat „vissza”, azaz, mozgó irányába 3 „5”. Abban az esetben, ahol az utolsó nukleotid hozzá a szintézis egység fordult nem komplementer nukleotid templátszállal, akkor lehet helyettesítve a komplementer nukleotid. Forgács „helytelen” nukleotid, DNS-polimeráz-szintézis folytatódik az 5 „és 3” irányban. Ez képes kijavítani a hibákat nevezzük lektorálás enzimfunkció (lásd. Alább).
1957-ben, A. Kornberg felfedezett Escherichia coli katalizáló enzimet polimerizációs eljárás a DNS nukleotid; nevezték DNS-polimeráz. Ezt követően a DNS-polimeráz azonosították más organizmusok. Kimutattuk, hogy az összes ilyen enzim szubsztrátok dezoxiribonukleozid-trifoszfát (dNTP-k), polimerizálunk egy egyszálú DNS-templáthoz. DNS polimeráz folytonosan növekvő lánc egyszálú DNS, egy lépésről lépésre, hozzáadva a következő egységeket abba az irányba, 5'-3 'végéhez, a választás által diktált következő dNTP mátrix. Felszerelése minden új nukleotid a 3'-végén a növekvő láncra kíséri hidrolízisével egy energia gazdag kapcsolatot az első és második foszfátcsoportok a hasítási dNTP-k és a pirofoszfát, ami a teljes reakció energetikailag előnyös.
A sejtek általában tartalmaz többféle DNS-polimerázok, a különböző funkciók és különböző szerkezetű: építhetők a különböző számú fehérje láncok (alegységek), az egyik a több tucat. Azonban, minden munkát bármely nukleotid szekvencia, a mátrix; A feladat ezen fermentov- hogy egy pontos másolatot minden mátrix.
A pontosság a DNS-szintézis és a korrekciós mechanizmus
A genetikai anyag az élő szervezetek a hatalmas méretű, és másolatokat nagy pontossággal. Átlagban a lejátszás során emlős genom, amely egy hossza 3 milliárd DNS bázispár, nincs több, mint három hibákat. Amikor ez a DNS-t szintetizálunk rendkívül gyorsan (a polimerizáció sebessége tól 500 nukleotid / sec baktériumokban 50 nukleotid / sec emlősökben). A nagy pontosságú replikációs együtt a nagy sebesség, feltéve, hogy a jelenléte különleges mechanizmusok végző korrekció, azaz hibák kiküszöbölése. A lényege a korrekciós mechanizmus az, hogy a DNS-polimeráz, kettős ellenőrző mátrix megfelelő egyes nukleotid: egyszer, mielőtt beépül a növekvő lánc és a második alkalommal, mielőtt a következő nukleotid tartalmazza. Egy másik foszfodiészter-kötés szintetizálódik csak abban az esetben, amikor az utolsó (3'-terminális) DNS nukleotid növekvő lánchoz kialakított megfelelő Watson-Crick-pár a megfelelő nukleotid mátrixot. Ha az előző lépésben kapott mismatch, nincs további polimerizálást leállítjuk, amíg a hiba elhárítása. Ezen enzim hátrafelé mozdítjuk elvágja az utolsó láncszem adunk, majd sor kerülhet a jobb nukleotidpredshestvennik. Más szóval, számos (de nem az összes) a DNS-polimerázok, amellett, hogy az 5'-3 „szintetikus aktivitását, és mégis 3'-hidrolizáló aktivitás, amely eltávolítja a nem egyező nukleotidok a mátrixból.
Alapelvei replikáció
Alapvető szabályok, amelyek szerint a replikáció, miután tisztázták a kísérletek baktériumok, de ezek is érvényes magasabb rendű szervezetek.
Kezdeményezése DNS láncok
DNS-polimeráz nem tud kezdeményezni a DNS-szintézis egy mátrix, és csak képes, hogy új kapcsolatokat dezoxiribonukleotid a 3'-végén egy meglévő polinukleotid láncon. Az ilyen előre kialakított áramkör, amelyhez hozzáadunk nukleotidok, az úgynevezett egy magot. Ez szintetizál egy rövid RNS-primert a ribonukleozid enzim nem rendelkezik a korrigáló aktivitás és az úgynevezett DNS primáz (az angol primer -. Seed). Praymaznaya aktivitást illethetnek egyetlen enzim vagy egy alegysége DNS-polimeráz. Primer szintetizált ez az enzim, pontatlan, nem tudta, hogyan a hibák kijavítására, eltér a többi az újonnan előállított DNS szálat, mert ez áll ribonukleotidok, és azután el kell távolítani.
Méret ribonukleotid vetőmagot kicsi (kevesebb, mint 20 nukleotid), mint a méret a DNS-lánc, által alkotott DNS-polimeráz. Ellátni a funkcióját RNS láncindító eltávolítjuk egy specifikus enzim, és a kapott rést lezárjuk DNS polimeráz felhasználásával, a primer 3'-OH végéhez egy szomszédos Okazaki-fragmens (lásd alább). Removal extrém RNS komplementer láncindítók a 3 „végei mindkét szál a lineáris kiindulási DNS-molekulák vezet az a tény, hogy a gyermek láncok rövidebbek 10-20 nukleotid (a különböző RNS-fajtát, primerek különböző méretű). Ez az úgynevezett „probléma underreplication valamennyi lineáris molekulák.” Abban az esetben, bakteriális DNS-replikáció, gyűrű alakú ez a probléma nem létezik, mint az első alkalommal kialakulásának RNS primert enzim távolítja el, amely szintén a hézagot képződött növelésével a 3'-OH végéhez a növekvő DNS lánc, amelynek célja a „farok” eltávolítjuk primer. Probléma underreplication 3'-végeket a lineáris DNS-molekulák, eukarióta sejtek alkalmazásával érik el egy speciális enzim - telomeráz.
1985-ben találtak ravnoresnichnoy csillósok Tetrahymena thermophila, és később - az élesztőben, a növények és az állatok, beleértve a petefészek és az immortalizált humán (halhatatlan) sejtvonalak, a HeLa rák. Telomeráz egy DNS polimeráz, dostraivalos 3'-végén a lineáris molekulák DNS kromoszómák rövid (6-8 nukleotid) ismétlődő szekvenciák (TTAGGG gerincesekben). Nomenklatúra szerint ennek az enzimnek nevezett DNS ukleotidilekzotransferazoy vagy telomer terminális transzferáz. Ezen kívül fehérje rész tartalmaz egy telomeráz-RNS-t, amely elvégzi a szerepe a sablon kiterjesztése DNS ismétlődés. A hossza telomeráz-RNS-tól nukleotid 150-1400 a legegyszerűbb nukleotidok élesztőben, az ember - 450 nukleotid. A puszta tény, amelynek a molekulában egy olyan RNS szekvencia, ahol a DNS-szintézis egy mátrix darab lehet tulajdonítható, hogy a sajátos telomeráz reverz transzkriptáz, egy olyan enzim, amely képes végző DNS-szintézist a RNS templátról.
Annak a ténynek köszönhetően, hogy miután a DNS-replikációt minden gyermeke szülő lánc rövidebb mérete az első RNS-primereket (10-20 nukleotid), vannak kialakítva túlnyúló egyszálú 3 „végén a szülő láncba. Azt is elismert telomeráz, ami által folyamatosan növekszik a szülő-lánc (az emberi száz alkalommal) felhasználásával a 3'-OH végei őket primerek, és RNS, amely része az enzim, templátként. Alakultak egyszálú végek, viszont szolgál templátként a szintézis a hagyományos áramkörök leányvállalatok replikatív mechanizmus.
Fokozatos lerövidítése kromoszomális DNS replikáció során az egyik elméletek „öregedés” a sejt telepek. 1971-ben az orosz tudós AM Olovnikov marginotomii elméletében (a latin marginális -kraevoy, kötet -. Szakasz) azt javasolta, hogy ez a jelenség az alapja a korlátozott lehetőségein duplázás volt a normális szomatikus sejtekben növekszik in vitro kultúrában, az úgynevezett „Hayflick határ”. Az amerikai tudós Leonard Hayflick a '60 -as évek elején megmutatta, hogy ha a kultúra veszi sejtek újszülöttek, akkor mehet 80-90 osztály, míg a szomatikus sejtek a 70 évesek vannak osztva csak 20-30 alkalommal. Számának korlátozását sejtosztódás és az úgynevezett Hayflick limit.
Letekerése a DNS kettős spirál
Mivel a DNS-szintézis előfordul egy egyszálú templátot, azt meg kell előzze a szétválasztás szükséges (legalábbis átmenetileg) a két DNS-szál. Tanulmányok a korai 60-as évek replikálódó kromoszómák kiderült, egy specifikus, jól meghatározott replikációs köre, a szülő mentén mozog a DNS-spirál, és amelynek helyi divergenciáját annak két lánc. Ez az aktív régió, mert az Y-alakú hívták a replikációs villa. Ez volt az ő DNS-polimerázok szintetizálni DNS-molekulák leányvállalata. Elektronmikroszkóp segítségével replikálódó DNS udalosustanovit, hogy a területen, amely replikálódik már írja fűzőlyuk belsejében eddig nem reprodukált DNS. Fontos, hogy a replikációs szem van kialakítva csak azokon a területeken a molekula, amely specifikus nukleotid-szekvenciák. Ezek a szekvenciák, az úgynevezett replikációs origókat, áll mintegy 300 nukleotid. Attól függően, hogy egy vagy két irányban replikáció (ez függ a természet a szervezetben), a szem tartalmaz egy vagy két replikációs villa. Szekvenciális a replikációs villa vezet bővítése az áthúzás.
A DNS kettős spirál nagyon stabil; úgy, hogy kiderült, hogy igényel specifikus fehérjék. Különleges enzimek DNS helikáz gyorsan mozognak egy DNS-szál, a az ATP hidrolízis energiáját mozgását. Találkozás az út mentén a kettős spirál a föld, törnek a hidrogénkötések között bázisok, szakadék lánc és elősegítik a replikációs villa. Ezt követően, egyetlen DNS-szál kötődik specifikus destabilizáló spirál fehérjék amelyek nem teszik lehetővé az egyedi szálakat a DNS összekötő. Így azok nem zárja le a DNS-bázisok, így azokat elérhetővé párosítás.
Nem szabad elfelejteni, hogy a komplementer DNS-szál, egymás köré csavart egy spirál. Ezért, annak érdekében, hogy replikációs villa lehet haladni, minden még nem része a duplájára DNS kellene forgatni nagyon gyorsan. Ez topológiai probléma megoldódott, hogy kialakítjuk a spirális egyfajta „zsanér”, amely lehetővé teszi a DNS-szálak a lazításra. Tartozás, hogy egy adott osztályba tartozó fehérjék úgynevezett DNS-topoizomerázok be a DNS egyik szála kettős-törések, amely lehetővé teszi a DNS-szálak szétválni, és ezután lezárjuk ezeket a folytonossági. Topoizomerázok is részt vesz szétkapcsoljuk a elkötelezettség gyűrűk kettős szálú replikáció folyamán keletkezett a cirkuláris kettős szálú DNS-t. Ezekkel a fontos enzimek a DNS dupla helix a sejtben kaphat „Underturned” formát egy kisebb számú fordulattal; DNS ilyen eltérés akkor könnyebben a két DNS-szál a replikációs villa.
Szakaszos DNS-szintézis
Könnyen elképzelhető, hogy replikáció folyamatos növekedést nukleotid-by-nukleotid két új lánc, mint a mozgó replikációs villa; ebben az időben, mivel a két szál antiparallel hélix DNS, egyik leányvállalata áramkörök lenne növekednie kell, hogy az 5'-3 „irányban, és a másik a 3'-5”. A valóságban azonban, úgy tűnik, hogy a gyermek láncok nőnek csak az 5'-3”, azaz mindig meghosszabbítja a 3'-vég primer, és a mátrix olvassa DNS-polimeráz az irányt a 3'-5' . Ez az állítás első pillantásra úgy tűnik, hogy nem egyeztethető össze a mozgás a replikációs villa egyik irányban, kíséretében egyidejű olvasási két antiparalel szál. A válasz abban rejlik, a váladék, DNS szintézis végbemegy folyamatosan csak egy a mátrix áramkör. A második templát DNS-szál szintetizálódik viszonylag rövid fragmensek (100do hossza 1000 nukleotid, a fajtól függően), elemzi a tudós, aki felfedezte őket Okazaki fragmensek). Az újonnan képződött lánc, amely szintetizált folyamatosan, az úgynevezett vezető, és a másik gyűjtött Okazaki töredékek, lemaradt. A szintézis minden egyes ilyen darabot kezdődik egy RNS primerrel. Egy idő után az RNS-láncindító eltávolítjuk, rések épülnek DNS polimeráz és a fragmentumokat tűzve egyetlen folyamatos DNS-szál specifikus enzim.
A kooperációs hatásaként a fehérjék a replikációs villa.
Eddig már beszéltünk a részvétel az egyes fehérjék a replikációs mintha ők dolgoznak egymástól függetlenül. Közben, a valóságban, a legtöbb ilyen fehérjék egyesíthető egy nagy komplex, amely gyorsan mozog a DNS-t, és következetesen végrehajtja a replikációs folyamatban nagy pontossággal. Ez a komplex képest egy kis „varrógép.” „Részek” olyan egyedi fehérjék és egy energiaforrás - a hidrolízis-reakció nukleozidtrifos Fatov. Spirál lapolva DNS helikáz; Ez az eljárás segít DNS topoizomeráz, DNS szálon sodratlan és több destabilizáló fehérjemolekulák, amelyek kötődnek mind egyláncú DNS-t. A területen a dugók két DNS-polimeráz - a kezdő és záró lánc. A vezető szál DNS-polimeráz működik folyamatosan, és a leszakadó enzim alkalmanként megszakítja majd visszaáll a rövid RNS primereket szintetizálunk DNS primáz. Molekula DNS primáz közvetlenül kapcsolódik a DNS-helikáz, amely egy szerkezet az úgynevezett primosome. Primosome irányában mozog, felderítésének a replikációs villa és a menetirányra szintetizál egy RNS primer az Okazaki fragmensek. Ugyanabban az irányban mozog, a DNS-polimeráz-lánc-meghajtó, és bár első pillantásra nehéz elképzelni, hogy egy DNS-polimeráz-lánc leszakadó. Erre a célra, mint gondoljuk, az utóbbi ró a DNS-szálon, amely arra szolgál, s egy olyan mátrixhoz is, amely biztosítja megfordítása a DNS-polimeráz-lánc lemaradt 180 fok. Koordinált mozgását a két DNS-polimeráz rendelkezik koordinált replikációs mindkét szál. Így a replikációs villa mintegy húsz különböző fehérje működik egyidejűleg (az általunk megnevezett csak egy részét), elvégzése bonyolult, rendkívül rendezett és energiaigényes folyamat.
Állag DNS replikációs folyamatban, és a szétválás kloetochnogo
Az eukarióta sejtek előtt minden osztály kell szintetizálni másolatot kromoszómák. Replication a kromoszóma DNS az eukarióta kromoszóma végezzük részre elosztva több különálló replikonok. Az ilyen replikonok nincs aktiválva minden ugyanabban az időben azonban a sejtosztódás kell megelőznie a kötelező egyszeri másolatai mindegyikre. A fentiekből nyilvánvaló, hogy az eukarióta kromoszóma minden alkalommal lehet mozgatni egymástól függetlenül több replikációs villa. villa megálló támogatása csak akkor egy ütközés másik villa, mozog az ellenkező irányba, vagy elérte a végét a kromoszómán. Ennek eredményeként mind a DNS-kromoszómák már rövid távon is visszatérne. Az összeszerelés után a DNS-molekula a kromoszómális proteinek, egyes kromoszómapár mitózis során rendezett szét a leány-sejtekben.
A folyamat a DNS-replikáció hangolni sejtosztódás és trebuetsovmestnogo hatását számos fehérje. Ez magában foglalja:
1. DNS-helikáz és destabilizáló fehérjék; ezek letekeredik a kettős spirál szülői DNS-t és formában replikációs villát.
2. DNS-polimerázok, amelyek katalizálják a DNS szintézist polinukleotid lánc az irányt a 3'-5, másolás a replikációs villa mátrix nagyfokú pontossággal. Mivel a két lánc közül az antiparalel kettős spirál DNS-t a 5'-3 „folyamatosan szintetizált csak az egyik a két lánc, ami; egy másik áramkör, a hátulsó szintetizált rövid Okazaki fragmensek. DNS polimeráz képes korrigálni a saját hibáit, de nem indul el a saját szintézisét az új lánc.
3. DNS primáz amely katalizálja rövid RNS primer molekula. Ezt követően, az RNS-fragmenseket eltávolítjuk - azok helyébe DNS.
4.Telomeraza befejezi épület nedoreplikatsirovanyh 3'-végeket a lineáris DNS-molekulák.
5. DNS topoizomeráz hogy segítsen megoldani a problémát a csavaró és kusza a DNS-spirál.
6. iniciátor fehérjék, amelyek kötődnek a replikációs origót és a replikáció elősegítése új rügyek képződését, egy vagy két dugó. Az egyes villák megkezdése után a DNS letekert proteinek kezdetben csatlakozik fehérje komplex, amely a DNS-helikáz-primáz és DNS (primosome).
Ezután primosome adunk más fehérjék, és van „replikáció gép”, amely elvégzi a DNS-szintézist.