Непрерывная репликация III

Рис. 2.16. Репликация двухцепочечной ДНК. При деспирализации ДНК возникает промежуточная разветвленная структура (репликативная вилка). Обе одиночные цепи ДНК имеют противоположную полярность (5 -+ 3 и 3 5 ). ДНК-полимеразы способны катализировать синтез только в одном направлении (5 З ). Поэтому синтез одной цепи может происходить непрерывно в направлении продвигающегося раскручивания двойной спирали. Другая же цепь должна синтезироваться в обратном направлении. Синтез начинается с образования короткого отрезка РНК, служащего затравкой (праймером) (у бактериофага Т7 это основания А-С-С-А). Затем ДНК-полимераза осуществляет синтез цепи ДНК длиной в 1000-2000 нуклеотидов, примыкающей к этой РНК. В конце концов РНК-праймер удаляется экзонуклеазой, брешь заполняется ДНК-полимеразой (й) и закрывается ДНК-лигазой (б). Такой механизм дробного , или прерывистого , синтеза ДНК с последующим связыванием отдельных отрезков позволяет объяснить репликацию ДНК на антипараллельной цепи.

Рис. 28-10. Прерывистая репликация одной из цепей ДНК в виде коротких фрагментов. Цепь, которая реплицируется непрерывно (в направлении движения репликативной вилки), называется ведущей. Другая цепь реплицируется с перерывами, в виде коротких фрагментов (фрагменты Оказаки) направление ее репликации противоположно направлению движения репликативной вилки. Фрагменты Оказаки соединяются затем друг с другом с помощью ДНК-лигазы, образуя отстающую цепь. У прокариот фрагменты Оказаки достигают длины 1000-2000 нуклеотидов. В животных клетках они содержат 150-200 нуклеотидов.

Рис. 13.4. Схематическое изображение непрерывного и прерывистого синтеза цепей ДНК при репликации.

В действительности процесс репликации ДНК более сложен, чем описанный выше. Считается, что примерно двадцать белков участвуют в процессе репликации, в том числе и такие, которые разделяют родительские цепи, присоединяют и удаляют небольшие фрагменты затравок, вырезают неправильно присоединившиеся основания и исправляют поврежденные участки. Кроме того, оказывается, что синтез новой цепи на матрице происходит не как одна непрерывная стадия, но путем синтеза небольших цепей (фрагментов Оказаки), которые затем соединяются друг с другом с помощью фермента ДНК-лигазы. Затравкой этих фрагментов могут служить короткие цепи РНК, позднее заме- [c.150]

На раскрученной ДНК происходит непрерывный синтез ведущей цепи в направлении 5 —> 3, тогда как на комплементарной цепи имеет место прерывистая репликация, то есть в направлении [c.169]

В 1968 г. Оказаки сообщил, что в процессе репликации в бактериальных клетках появляются короткие фрагменты ДНК, получившие название репликационных фрагментов (или фрагментов Оказаки) [27]. В дальнейшем было сделано еще одно важное открытие—был обнаружен новый фермент ДНК-лигаза [28, 29], способный объединять два фрагмента ДНК в непрерывную цепь. Специфическое действие этого фер.мента заключается в репарации ( залечивании ) одноцепочечных разрывов ДНК- Разорванная цепь молекулы ДНК содержит, как это видно из уравнения (15-4), свободные З -гидроксильную и 5 -фосфатную группы, которые должны быть соединены. ДНК-лигаза Е.соИ активи- [c.198]

Поскольку ДНК-полимеразы катализируют репликацию в направлении 5 —> 3, а цепи родительской ДНК антипараллельны, только одна из новых цепей синтезируется непрерывно - эта цепь называется лидирующей. Вторая цепь, называемая отстающей, синтезируется в виде фрагментов, которые затем сшиваются специальным ферментом ДНК-лигазой. Сшиваемые части называют фрагментами Оказаки, по имени исследователя, впервые обнаружившим такой вид синтеза цепи ДНК. Длина фрагментов Оказаки может быть от 100 до 1000 нуклеотидов. [c.55]

Поскольку все ДНК-полимеразы для синтеза ДНК нуждаются в свободных З -ОН концах, легко представить непрерывную репликацию только одной из двух комплементарных цепей с образованием так называемой ведущей, или лидирующей, цепи ДНК. Что же происходит в вилке репликации со второй цепью [c.128]

Так как цепи ДНК в дуплексе антипараллельны, то очевидно, что направление расплетания двойной спирали при репликации совпадает с направлением синтеза ДНК лишь для одной матричной цепи, но противоположно направлению синтеза ДНК на комплементарной матрице (рис. 31). Эго значит, что лишь на одной из матричных цепей синтез ДНК может происходить непрерывно. Как синтезируется ДНК на второй матрице Показано, что ДНК синтезируется сравнительно короткими фрагментами, называемыми фрагментами [c.53]

Многие вирусы имеют геном в виде (—)нитн РНК. У некоторых таких вирусов геном представлен единой непрерывной молекулой, а у других он сегментирован, т. е. состоит из нескольких молекул. Общим свойством вирусов с (—)РНК-геномом является то, что в состав их вирусных частиц входит РНК-полимераза, способная копировать РНК-матрицу. Биологический смысл такой организации понятен. Поскольку, по определению, (—)РНК не может выполнять функции мРНК, для образования своих мРНК вирус должен внести в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии. Другое общее свойство этих вирусов заключается в том, что матрицей для репликации / транскрипции является не свободная РНК, а вирусный рибонуклеопротеид (РНП) — молекула РНК, равномерно покрытая вирус-специфическим белком. [c.323]

Стереоспецифичность, несомненно, является одним из основных факторов в биологических реакциях — в ферментативных реакциях вообще и в специальном случае репликации ДНК путем спаривания дополнительных оснований из-за образования водородных связей. Но стереоспецифичность сама по себе не объясняет, почему АТФ так часто принимает участие в реакциях, где не очевидно какое-либо специальное участие самого аденина. Такой вид адсорбции сам по себе также не обязательно приводит к возникновению большой химической активности. Хорошо известна легкость, с которой реагирует хемосорбированный водород. Она обусловлена главным образом образованием атомов Н на поверхности. Но, по-видимому, нет очевидной причины, по которой дополнительные основания, удерживаемые на нуклеиновой кислоте водородными связями, должны особенно легко участвовать в реакциях поликонденсации. Однако если молекулы удерживаются в благоприятных положениях до тех пор, пока их соответствующие части не станут активными в результате перемещения свободных валентностей, которые, как мы видели, могли бы непрерывно распространяться по макромолекулярному остову клетки, то можно ожидать, что реакция и эффективная полимеризация будут происходить довольно легко. [c.524]

Имеются доказательства того, что происходит симметричный, но сложный процесс непрерывной репликации на обеих цепях. Раскручиванию двунитевой ДНК способствует связывание с многочисленными белковыми частицами, которые прикрепляются к родительской ДНК в выбранном месте инициации н им удается оставить разделенными комплиментарные цепи ДНК, готовые для нового синтеза. Далее определенная РНК-полимераза синтезирует короткую РНК, длиной 01 20 до 25 нуклеотидов, которая комплиментарна родительской ДНК и связывается с ее цепью. Эта РНК действует как затравка для действия большого объемистого фермента ДНК-полимераза 1П, который теперь создает новую цепь ДНК длиной примерно в 1000 остатков, являющуюся продолжением этой РНК. Такой синтез идет в направлении 5 3 путем конденсации дезоксинуклеозид-5 -трифосфатов с З -концевой гидроксильной группой на обеих цепях родительской ДНК показано стрелками на схеме (3) . Поскольку фермент работает в условиях, близких к обратимости, это обеспечивает максимальный термодинамический контроль за правильностью выбора встраиваемых дезоксирибонуклеозидов путем спаривания их оснований с соответствующими основаниями в существующей цепи. Таким путем на каждой родительской пепи располагается ряд блоков, называемых фрагментами Оказаки. [c.199]

На завершающих стадиях раунда репликации образуются две почти полные кольцевые молекулы, содержащие по одной недостроенной дочерней цепи и по одной полной (кольцевой) родительской цепи. При этом родительские цепи остаются зацепленными друг за друга (рис. 140). Затем происходит достаривание дочерних цепей и лигирование их концов. Образовавшиеся два ковалентно-непрерывных кольцевых дуплекса расцепляются при помощи клеточной ДНК-топоизомеразы И. Расцепление колец может происходить и до завершения синтеза дочерних молекул. [c.272]

После попадания в клетку линейной двухнитевой ДНК фага X она цнркуляризуется за счет взаимодействия между липкими концами и превращается в ковалентно-непрерывную сверхспирализо-ванную ( рму. Раунд репликации начинается с образования затравки в специфическом оп-участке распознавание этого участка осуществляется фагоспецифическими белками, а собственно синтез затравки производит клеточная праймаза, причем требуется [c.274]

Рис. 28-5. Репликация по механизму катящегося кольца , характерная для ряда вирусных ДНК. В одной из цепей происходит разрыв, после чего к З -концу этой цепи начинают присоединяться нуклеотиды. В результате разорванная родительская цепь удлиняется комплементарно другой родительской цепи, вытесняя свой собственный 5 -конец. Затем по мере того, как вытесненная цепь сматывается с кольца, начинается ее репликация. После завершения синтеза новой дочерней цепи, комплементарной этой разматывающейся цепи, новообразованный линейный дуплекс отщепляется о помощью нуклеазы и появляется линейная вирусная ДНК. Другая новообразованная (дочерняя) цепь повторяет теперь процесс репликации ее З -конец удлиняется, а З -конец сматывается и служит матрицей для синтеза новой дочерней цепи. Таким образом, на матрице, представляющей со-бой катящееся кольцо , может быть получено много новых линейных дуплексов. Репликация по такому механизму встречается и у эукариот при синтезе тандемно повторяющихся генов рРНК. В этом случае новые гены не отщепляются, а остаются в составе одной непрерывной цепи. См. разд. 27.26 и 28.25.

Если в быстро растущей бактерии синтез ДНК происходит. практически непрерывно, то в эукариотических клетках репликация занимает значительно более ограничениую часть клеточного цнйсла [1-67]. [c.263]

Сложность процесса репликации ДНК объясняется тем, что обе цеш1 реплицируются одновременно, хотя имеют разное направление (5—>3 и 3 —>5 ) кроме того, рост дочерних цепей также должен происходить в противоположных направлениях. Элонгация каждой дочерней цепи может осуществляться только в направлении 5 —>3. Р. Оказаки высказал предположение, подтвержденное экспериментальными данными, что синтез одной из дочерних цепей осуществляется непрерывно в одном направлении, в то время как синтез другой дочерней цепи происходит прерывисто, путем соединенгы коротких фрагментов (в честь автора названы фрагментами Оказаки), в свою очередь синтезирующихся в противоположном направлении (рис. 13.4). [c.482]

На основе классич. Б. в этот период возникли самостоят. науки-молекулярная биология и бноорганическая хи.чия. Научное направление, объединяющее эти науки с биофизикой, получило название физ.-хим. биологии. Совр. период в развитии Б. характеризуется новыми достижениями в изучении живой материи. В области энзимологии исследованы сотни ферментных систем, во мн. случаях установлен механизм их каталитич. действия. Новые концепции возникли в области Б, гормонов, в частности в связи с ролью аденилатциклазной системы в области биоэнергетики, где было открыто участие в генерации энергии клеточных мембран, а познании механизмов передачи нервного возбуждения и биохим. основ высшей нервной деятельности и др. В настоящее время установлен в общих чертах механизм передачи генетич. информации, реализующийся при репликации, транскрипции и трансляции, разработаны методы получения и определения структуры отдельных генов, по существу завершено составление метаболич. карты , т.е. путей превращения в-в в клетке, свидетельствующей о биохим. общности живых организмов и непрерывности обмена в-в в биосфере. [c.292]

В случае кольцевого репликона (напр,, у плазмиды) описанный процесс наз, 0-репликацией. Т.к. кольцевые молекулы ДНК закручешл сами на себя (суперспиралюо-ваны), при раскручивании двойной спирали в, процессе Р. они должны непрерывно вращаться вокруг собств. оси. При этом возникает торсионное напряжение, к-рое устраняется путем разрыва одной из цепей. Затем оба конца сразу же вновь соединяются друг с другом. Эту ф-цию вьшолняет фермент Щ1К-топоизомераза. Р. в этом случае обычно происходит в двух направлениях, т.е. существуют две решшкац. вилки (рис. 4). После завершения Р. появляются две двухцепочечные молекулы, к-рые сначала связаны друг с другом как звенья одной цепи. При их разделении одно из двух колец временно разрьшается. [c.253]

Альтернативный вариант Р. кольцевого репликона предполагает разрыв в одной из цепей двухспиральной молекулы ДНК. Образовавшийся при этом свободный З -конец ковалентно наращивается, оставаясь связанным с матрицей Свторой, неразорванной цепью), а 5 -конец постепенно вытесняется новой полинуклеотидной цепью (рис. 5). Таким образом одна цепь разматьгаается и непрерывно удлиняется, а репликац. вилка скользит вокруг кольцевой матричной цепи (механизм катящегося кольца ). По мере роста новой цепи вытесненная цепь с освободившимся 5 -концом стано- [c.253]

В зараженной клетке ДНК этих двух вирусов переходит в ковалентно-непрерывную форму, которая, как известно, удобна для репликации. Однако у обоих вирусов репликация ДНК-генома осуществляется при посредстве промежуточных линейных молекул РНК. Эти РНК образуются в результате транскрипции вирусных ДНК в клеточном ядре хозяйским ферментом РНК-полимеразой П. Транскрибируется только одна из нитей вирусной ДНК, причем промоторы и терминаторы расположены на кольцевом геноме таким образом, что наряду с субгеномными мРНК образуются молекулы (Ч-)РНК более длинные, чем геном. Ясно, что в длинных транскриптах должен быть прямой концевой повтор. Этот повтор способствует преодолению трудностей, возникающих при снятии ДНК-копии с З -конца линейной матрицы. [c.316]

В отличие от геликаз ДНК-полимеразы в соответствии с приведенной схемой (V.3) катализируемой ими реакции могут перемещаться только от 3 - к 5 -концу матри1и>1. Поэтому непрерывное продолжение элонгации растущей цепи по мере раскручивания двунитевой материнской ДНК может идти только вдоль одной цепи-матрицы, той, относительно которой вилка репликации движется от 3 - к 5 - концу. Непрерывно синтезируемая цепь получила название ведущей (рис. 52). Чтобы начался синтез на второй материнской цепи-матрице, необходима инициация синтеза новой цепи. Эта цепь получила название запаздывающей. Однако, [c.179]

Этап И — элонгация синтеза ДНК—включает два кажущихся одинаковыми, но резко различающихся по механизму синтеза лидирующей и отстающей цепей на обеих материнских цепях ДНК. Синтез лидирующей цепи начинается с синтеза праймера (при участии праймазы) у точки начала репликации, затем к праймеру присоединяются дезоксирибонуклеотиды под действием ДНК-полимеразы III далее синтез протекает непрерывно, следуя шагу репликационной вилки. Синтез отстающей цепи, напротив, протекает в направлении, обратном движению репликационной вилки и начинается фрагментарно. Фрагменты всякий раз синтезируются раздельно, начиная с синтеза праймера, который может переноситься с готового фрагмента при помощи одного из белковых факторов репликации в точку старта биосинтеза последующего фрагмента противоположно направлению синтеза фрагментов. Элонгация завершается отделением олигорибонуклеотидных праймеров, объединением отдельных фрагментов ДНК при помощи ДНК-лигаз и формированием дочерней цепи ДНК. Нельзя исключить, однако, возможности сопряженного и согласованного механизма синтеза лидирующей и отстающей цепей ДНК при участии полимераз и всего комплекса праймасом. [c.486]

Вернер исследовал репликацию, пользуясь меченым тимином, а не тимидином, и показал, что тимин используется бактериями для репликации, а тимидин — для репарационного синтеза [192] Вернер предлагает измененную модель ДНК непрерывно реплицируется в развилке двойной спирали посредством одновременного удлинения обеих ноьых цепей. Преимущественное использование тимина показывает, что процесс репликации отличен от репарационного синтеза. Короткие цепи, найденные Оказаки/ возникают под действием специфических нуклеаз. Однако схема Вернера не подтвердилась. [c.547]

Обязательным процессом, происходящим при клеточном делении одноклеточных организмов, является репликация ДНК. Это справедливо также практически во всех случаях клеточного деления многоклеточных организмов. Обычно процесс требует также увеличения количества РНК и белковых молекул. Все эти биополимеры могут быть синтезированы из соответствуюн их мономеров внутри клетки в соответствии с клеточными программами. Синтез белков и РНК de novo обычно необходим и для функционирования неделящихся клеток. Кроме того, в таких клетках может также происходить синтез ДНК для того, чтобы реставрировать повреждения молекул ДНК, полученные вследствие действия различных химических и физических факторов, — так называемая репарация ДНК. Все эти процессы должны быть обеспечены соответствующими мономерами. Мономеры могут быть получены как из клетки, так и из окружающей среды. Получение мономеров внутри клетки возможно двумя противоположными способами биосинтезом, начинающимся из простых химических соединений, и гидролизом биополимеров, захваченных организмом. В обоих случаях необходимый материал должен быть перенесен из окружающей среды, а соответствующие химические превращения должны совершиться внутри клетки. Таким образом, основное свойство жизни требует, чтобы в клетке непрерывно проис.кодмли определенные химические превращения. Это, как правило, должно сопровождаться, во-первых, доставкой в клетку внешних материалов и, во-вторых, удалением из клетки побочных продуктов этих превращений. Следовательно, наследственные программы, присущие живым организмам, не могут быть реализованы без помощи ряда биохимических процессов, другими словами, без метаболизма. [c.21]

Элонгация синтеза осуществляется ДИК-полимеразами. В клетках эукариот известно три типа ДНК-полимераз а, р и -у- Предполагается, что репликацию основной клеточной ДНК осуществляет полимераза а, репарацию повреждений — полимераза р, а репликацию ДНК митохондрий полимераза у. Так же как и у прокариот, в репликативной вилке одна из цепей является ведущей (лидирующей), а другая — отстающей (запаздывающей) (рис. 234). Лидирующая цепь синтезируется непрерывно, тогда как запаздывающая — фрагментами Оказаки. Эти фрагменты также инициируются короткими РНК, которые синтезируются, по-видимому, РНК-поли-меразой 1. В распространении реп.1икативной вилкм принимают участие дестабилизирующие двойную спираль ДНК-связывающие белки. [c.411]

Все сказанное об энисомах относится лишь к шизомикотам и фагам. В последнее время внехромосомные молекулы ДНК, способные к автономной репликации и передающиеся в клетки потомства, все чаще именуют плазмидами. Частным случаем плазмид рассматривают эписомы. Эти последние способны включаться в хромосому клетки, образуя с ней непрерывную ковалентно связанную структуру. К разряду плазмид относят киллер-фактор дрожжей, содержащий РНК. [c.84]

Рис. 2.11. Схема прерывистой репликации ДНК, в результате которой реплики растут в направлении 3 -> 3 н сшиваются в непрерывные цепн под влиянием

Продуктом, образующимся путем копирования структурного гена, является ИРНК. Она и несет дальше информационную эстафету . Как говорилось ранее, ИРНК может иметь константу седиментации 30—40 з, т. е. молекулярный вес порядка 10 , что по сути де.па составляет размер целого оперона, который считывается непрерывно, т. е. без занятых нри репликации ИРНК на ДНК. Между разными онеронами должны существовать разделяющие занятые . Молекулярный вес бактериальной ДНК — порядка 10 . В хромосоме несколько сот молекул соединены в одну линейную последовательность с помощью белка. Можно полагать, что скрепляющие звенья белка и являются запятыми , химически разделяющими опероны друг от друга. [c.498]

Закономерности кольцевого строения ДНК — прослеживающаяся во многих свойствах связь двухцепочечных вирусных ДНК с образованием кольцевой формы молекул. Примером могут служить суперспиральные ( рмы ДНК, выделенные из клеток, зараженных фагами ФХ174 и %, которые в ходе репликации становятся кольцевгыми. Макромолекулярное строение ДНК других фагов становится более понятным, если допустить, что какая-то стадия их биосинтеза проходит через образование кольцевой формы. Репликация кольцевой ДНК может сопровождаться образованием длинных непрерывных молекул, построенных из повторяющихся фрагментов, которые являются предшественниками молекул с липкими концами, молекул с начальными и концевыми повторяющимися последовательностями и молекул с циклическими перестройками. [c.53]

Необходимо ясно представлять себе, что взаимодействие между дискретной и непрерывной изменчивостью и средой делает невозможным существование двух организмов с идентичными фенотипами. Механизм репликации ДНК при митозе столь близок к совершенству, что возможности генетической изменчивости у организмов с бесполым размножением очень малы. Поэтому любая видимая изменчивость у таких организмов почти наверное обусловлена воздействиями внещней среды. Что же касается организмов, размножающжся половым путем, то у них есть широкие возможности для формирования генетической изменчивости. Практически неограниченными источниками генетической изменчивости служат кроссинговер и независимое расхождение хромосом во время мейоза, а также слияние гамет во время оплодотворения. Вкратце эти процессы описаны ниже. [c.208]

ТОВ, которые ТОЛЬКО позднее соединяются в ковалентно связанные непрерывные цепи в результате действия ДНК-лигазы. Как показано на фиг. 105, такое предположение может разрешить дилемму одновременного роста обеих антипараллельных полинуклеотидных цепей. Если репликация ДНК представляет собой микроскопически прерывистый процесс, как предполагал Оказаки, тогда синтез обеих антипараллельных цепей А и В можно рассматривать как процесс, протекающий в результате одной химической реакции, катализируемой ДНК-полимеразой, а именно как процесс связывания З -ОН-группы самого последнего нуклеотида, который уже включился в образующуюся цепь, с 5 -а-фосфатом следующего нуклеозидтрифосфата, который должен присоединиться к цепи. Таким образом, все короткие фрагменты образующейся А-цепи будут расти в том же направлении, в каком происходит движение репликацион-ной Y-вилки, а все короткие фрагменты образующейся В-цепи будут расти в противоположном направлении. [c.213]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология