Structura moleculei ADN a fost descifrată în 1953 de către Watson, Crick, Wilkins. Acestea sunt două antiparalelii răsucite în spirală (opuse capătului 3 al lanțului polinucleotidic 5 / capăt al celorlalte). Monomerii ADN sunt nucleotide. fiecare dintre acestea include: 1) deoxiriboză; 2) reziduul de acid fosforic; 3) una din cele patru baze azotate (adenină, timină, guanină, citozină). ). În celulele organismelor procariote (bacterii și arhaică), o moleculă de ADN circulară sau liniară, așa-numitul nucleoid. este atașat din interior la membrana celulară. ADN-ul este o moleculă de polimer lung formată din blocuri repetate - nucleotide. Nucleotidele sunt conectate într-un lanț printr-un legături între diesterice fosforic dezoxiriboză și un rest de reziduu de acid fosforic al unui alt nucleotidelor. Bazele de azot se adaugă la dezoxiriboză și formează radicali laterali. Între bazele de azot ale lanțurilor ADN se stabilesc legături de hidrogen (2 între A și T, 3 între T și C). Corespondența strictă dintre nucleotide una cu cealaltă în lanțurile ADN împerecheate se numește complementaritate.
repararea ADN-ului celulelor de funcții speciale este abilitatea de a corecta daune chimice și pauze în molecule de ADN, sub ADN deteriorate biosinteză normale în celulă sau prin expunerea la agenți fizici sau chimici. Se efectuează prin sisteme enzimatice speciale ale celulei. Un număr de boli ereditare (de exemplu, xeroderma pigmentară) este asociată cu tulburări ale sistemelor de reparații. Fiecare dintre sistemele de reparații include următoarele componente:
ADN-chelicaza este o enzimă care "recunoaște" secțiunile modificate chimic în lanț și efectuează o ruptură de lanț în vecinătatea daunelor; enzima care elimină zona afectată;
ADN polimeraza este o enzimă care sintetizează porțiunea corespunzătoare a catenei ADN în locul ADN-ului îndepărtat;
ADN ligaza este o enzimă care închide ultima legătură în lanțul de polimer și astfel își restabilește continuitatea.
Replicarea moleculelor de ADN are loc în perioada sintetică a interfazei. Fiecare dintre cele două lanțuri ale moleculei "părinte" servește ca matrice pentru molecula "fiică". După replicare, molecula de ADN nou sintetizată conține un lanț "mamă", iar al doilea - o "fiică", nou sintetizată (semiconservativă). Pentru sinteza matricei unei noi molecule de ADN, este necesar ca molecula veche să fie despiralizată și alungită. Replicarea începe în mai multe locuri ale moleculei ADN. Porțiunea moleculei ADN din punctul de origine a unei replicări până la punctul de origine al alteia se numește replicon. O celulă procariotică conține un replicon și o celulă eucariotă conține multe repliconi. Originea replicării este activată de primeri (primeri) compuși din 100-200 perechi de baze. Enzima ADN-helicază se rotește și împarte helixul ADN-ului matern în două fire, pe care lanțurile ADN "fiice" sunt asamblate conform principiului complementarității cu enzima ADN polimerază. Enzima de topoizomerază a ADN-ului controlează moleculele "fiice" de ADN. În fiecare replicon, polimeraza ADN se poate deplasa de-a lungul firului "mamă" într-o singură direcție (3 / ⇒ 5). Astfel, atașarea nucleotidelor complementare ale filamentelor fiice merge în direcții opuse (antiparallel). Replicarea în toate replicile merge simultan. Fragmentele Okazaki și părți ale firelor "fiice", sintetizate în replici diferite, sunt coase împreună într-o singură fâșie printr-o ligază enzimatică. Replicarea este caracterizată de semiconservativitate, antiparallelism și discontinuitate (fragmente din Okazaki).
Mecanismul de reparare se bazează pe prezența în molecula ADN a două lanțuri complementare. Distorsiunea secvenței de nucleotide din una dintre ele este detectată de enzime specifice. Apoi situsul corespunzător este îndepărtat și înlocuit cu un altul sintetizat pe a doua arie ADN complementară. O astfel de reparație se numește excizie, adică cu "excizie". Se efectuează înainte de următorul ciclu de replicare, deci este numit și pre-replicativ.
În cazul în care sistemul de reparare a exciziei nu corectează schimbările care au apărut într-o catenă ADN, fixarea acestei modificări are loc în timpul replicării și devine proprietatea ambelor lanțuri ADN. Aceasta duce la înlocuirea unei perechi de nucleotide complementare cu alta, sau la apariția unor lacune (gap-uri) în lanțul nou sintetizat împotriva site-urilor modificate. Repararea posterplicativă se realizează prin recombinare (schimb de fragmente) între două helici dublu formate de ADN. restaurarea exemplu- structurii normale ADN-ului, atunci când un timina (T ale dimerului obligațiuni-T) covalente care apar între resturile timina adiacente în picioare, făcându-le incapabile de a se lega la nucleotidele complementare. Ca rezultat, apar lacune în lanțul ADN nou sintetizat, care sunt recunoscute de către enzimele de reparare. Restaurarea integrității noului lanț polinucleotidic al uneia dintre ADN-urile fiice se datorează recombinării cu lanțul mama normal al unei alte fiice ADN. Golul format în lanțul matern este apoi umplut prin sinteză pe lanțul polinucleotidic complementar. Manifestarea unei astfel de reparații post-replicative, efectuată prin recombinare între lanțurile a două molecule ADN fiice, poate fi adesea considerată schimbul observat de material între cromatidele soratice.
17. Replicarea moleculei ADN. Replicon. Primer. Principii ale replicării ADN: semiconservativitate, antiparallelism, discontinuitate (fragmente din Okazaki). Faze de replicare: inițiere. alungire, terminare. Caracteristici ale replicării ADN și eucariote.
Abilitatea de a copia de sine - replicare. Această proprietate este asigurată de o structură dublu-strand. În procesul de replicare, un lanț complementar este sintetizat pe fiecare lanț polinucleotidic al moleculei ADN materne. Această metodă de dublare a moleculelor, în care fiecare moleculă fiică conține un lanț matern și un lanț nou sintetizat, se numește semiconservativă.
Pentru replicare, firele ADN materne trebuie să fie separate una de alta pentru a deveni matrice pe care vor fi sintetizate lanțurile complementare ale moleculelor fiice. Cu ajutorul enzimei helicase. rupe legăturile de hidrogen, dublul helix al ADN-ului este descoperit la originea replicării. ADN-ul rezultat singur fir destabilizează proteine specifice care leaga întindeau circuite magistrale, ceea ce le face bazele azotate disponibile pentru legarea nucleotide complementare, situate în nucleoplasmei. Sinteza lanțurilor complementare se efectuează pe fiecare dintre lanțurile formate în regiunea furcii de replicare, cu participarea enzimei ADN polimerază.
Sinteza a doua catenă de ADN se realizează în fragmente scurte (Okazaki fragmente), în direcția de la 5'- la capătul 3 '. Sinteza fiecărui astfel de fragment este precedată de formarea unui primer ARN cu o lungime de aproximativ 10 nucleotide. Fragmentul nou format este combinat cu fragmentul precedent cu enzima ADN ligază după îndepărtarea primerului ARN. În legătură cu aceste caracteristici, furca de replicare este asimetrică. Dintre cele două lanțuri fiice sintetizate, una este construită în mod continuu, sinteza se desfășoară mai repede și acest lanț este numit cel mai important. Sinteza celuilalt lanț este mai lentă, deoarece este asamblată din fragmente separate care necesită formare și apoi se elimină primerul ARN. Prin urmare, un astfel de lanț este numit retardat (întârziat). Deși se formează fragmente individuale în direcția 5 '→ 3', în ansamblu acest lanț crește în direcția 3 '→ 5'. Replicarea ADN în caracteristici de bază procariote și eucariote fluxuri similare, cu toate acestea, rata sintezei în eucariotelor este mult mai mic decât în procariote. Motivul pentru acest lucru poate fi formarea de ADN eucariot compusi suficient de durabile cu proteine, ceea ce face dificilă despiralization necesară pentru sinteza replicativ.
Primer - un scurt fragment de acid nucleic complementar la o țintă ADN sau ARN este amorsa pentru sinteza lanțului complementar ADN polimerazei, precum și replicarea ADN-ului. Primerul este necesar pentru ca ADN-polimerazele să inițieze sinteza unui lanț nou, de la capătul 3 'al primerului. ADN polimeraza adăugă secvențial nucleotide complementare lanțului șablon la capătul 3 'al primerului.
Repliconul este unitatea procesului de replicare a situsului genomului, care este controlată de un punct de inițiere (origine) de replicare. Din punctul de inițiere, replicarea merge în ambele sensuri, în unele cazuri cu viteză inegală. Replicarea ADN este un eveniment cheie în cursul diviziunii celulare. Este esențial ca, în momentul fisiunii, ADN-ul să fie reprodus pe deplin și astfel o singură dată. Acest lucru este asigurat de anumite mecanisme de reglementare a replicării ADN-ului. Replicarea are loc în trei etape:
- inițierea replicării
- elongație
- terminarea replicării.
Reglarea replicării se efectuează în principal în stadiul de inițiere. Acest lucru este destul de ușor de implementat, deoarece replicarea nu poate porni din nicio parte a ADN-ului, ci dintr-una strict definită, numită site-ul de inițiere a replicării. În genomul unor astfel de site-uri poate exista câte una și multe. Noțiunea de replică este strâns legată de conceptul unui site de inițiere a replicării. Repliconul este o regiune a ADN care conține originea replicării și replică după începutul sintezei ADN din acest sit.
Replicarea începe la locul de inițiere a replicării de la descifrarea dublului helix al ADN-ului, formând în același timp o furculiță de replicare - locul replicării directe a ADN-ului. Fiecare site poate genera una sau două furci de replicare, în funcție de faptul dacă replicarea este una sau una bidirecțională. Mai frecvent este replicarea bidirecțională. După ceva timp, puteți viziona ochiul de replicare după începerea de replicare în microscop electronic - cromozom în cazul în care ADN-ul a fost replicat, înconjurat de mai multe dintre porțiuni extinse ale ADN-ului nereplicat.
Semiconservativitatea înseamnă că fiecare fiică ADN constă dintr-un lanț de matrice și unul nou sintetizat.
Antiparalelitatea lanțurilor ADN: direcția opusă a două fire de ADN dublu helix; un fir are o direcție de la 5 'la 3', iar celălalt - de la 3 'la 5'.
Fiecare șir de ADN are o anumită orientare. Un capăt poartă gruparea hidroxil (-OH) atașată la carbonul 3 'în deoxiriboză de zahăr, la celălalt capăt al lanțului este restul acidului fosforic la poziția 5' a zahărului. Două fire complementare din molecula ADN sunt situate în direcții opuse - antiparalel: un fir are o direcție de la 5 'la 3', iar celălalt - de la 3 'la 5'. Pentru o orientare paralelă, capătul 3 'al unui lanț ar fi capătul 3' al celuilalt.
În prokariote, unul dintre firele de ADN este rupt și un capăt al acestuia este atașat la membrana celulară, iar la capătul opus apare sinteza filamentelor fiice. Această sinteză a firelor de ADN fiică a fost numită "hoopul de rulare". Replicarea ADN are loc rapid.