procesul de replicare a ADN-ului - replicarea ADN-ului
În procesul de replicare a ADN-ului dublu helix constând din două lanțuri polinucleotidice complementare derulau în lanțuri individuale și simultan începe sinteza unor noi lanțuri polinucleotidice; în care lanțul ADN inițial în matrici de joc. Noul lanț este sintetizat pe fiecare dintre catenele originale este identic cu altele. Sursa de circuit. La încheierea procesului, formate din două dublu helix identice, fiecare fiind format din unul vechi (sursa) și un nou lanț (fig. 1). Astfel, de la o generație la alta este transmis doar una dintre cele două catene care constituie molecula de ADN original, - așa-numitul mecanism de replicare semi-conservatoare.
Replicarea constă dintr-un număr mare de etape succesive care includ punctul de recunoaștere a replicare top derulare duplex parental (spirale), păstrând circuitele în izolate unul față de celălalt stat, inițierea sintezei sunt noi circuite secundare, creșterea lor (alungire) Circuit de înfășurare în spirală și terminare (end) de sinteză. Toate aceste etape de replicare care apar cu mare viteză și precizie excepțională, oferă un complex format din mai mult de 20 de enzime și proteine - așa-numitul sistem de ADN replicază sau replisome. Replicarea unitate funcțională - un replicon care este un segment (segment) al cromozomului sau ADN extracromozomial delimitată de punctul de pornire, în care este inițiată de replicare, iar punctul de închidere, în care se oprește replicarea. Rata de replicare este controlată în etapa de inițiere. Odată ce a început, replicarea continuă în sus, până când întregul repliconul nu vor fi duplicate (dublat). frecvența de inițiere este determinată de interacțiunea proteinelor de reglementare cu specific punct de origine de replicare. cromozomi bacteriene contin un replicon: inițiere la un singur punct originea de replicare este de a reproduce întregul genom. Fiecare ciclu de replicare a celulelor este inițiată numai o singură dată. Plasmidele și virusurile sunt elemente genetice autonome sunt replicons distincte capabile de inițiere multiple în celulă - gazdă. cromozomi eucariote (cromozomi tuturor organismelor cu excepția bacteriilor și a algelor 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 este realizată într-o zonă limitată, se deplasează de-a lungul helix ADN-ului original. Această zonă activă de replicare (așa-numita replicare. Plug) se poate deplasa în ambele direcții. Când se mută de replicare unidirecționale de-a lungul celei furci de replicare a ADN. Pentru replicarea bidirecțională din punct de inițiere în direcții opuse sunt divergente două furci de replicare; viteza lor poate varia. Când bacteriile replicarea ADN-ului și rata de creștere a lanțului de mamifere filială este resp. 500 și 50 nucleotide 1 s; această valoare nu depășește 20 de nucleotide în 1 plante. Mișcarea celor două furculițe în direcții opuse creează o buclă, care are forma unei „bule“ sau „ochi“. replicare în curs extinde „ochi“, atâta timp cât aceasta nu a inclus întregul replicon.
În timpul replicării de creștere a lanțului este realizată prin interacțiunea cu trifosfatice deoxiribonucleozidă 3'-OH terminală nucleotidice a părții deja construite din ADN-ul; în care pirofosfatul scindată și legătura fosfodiester format. Înălțimea lanțului de polinucleotide este doar cu ei Z'-terminal, adică. E. în direcția 5“. 3“. Enzima care catalizează această reacție ADN - polimerazei.
Energia consumată în fiecare formarea unei noi legătură fosfodiester în lanțul ADN este furnizat prin digestia legăturii fosfat între grupările fosfat a- și b-nucleozidic.
ADN polimeraza are un situs de legare nucleozid trifosfat, comun pentru toate cele patru nucleotide. Selecția dintre baza de nucleotidă care este complementară următoarei baza șablonului, continuă fără erori datorate influenței determină ADN matriță (circuitul sursă de ADN). In unele structura mutational ADN polimerază se produce daune, în unele cazuri, încorporarea de nucleotide necomplementare.
În procesul de replicare a ADN-ului pe scurt formale apar cu probabilitate 10-4-10-5 forme tautomere rare de toate cele patru baze azotate nucleotide care formează perechi neregulate. replicare de precizie înaltă (probabilitate de eroare să nu depășească 10-9) datorită prezenței mecanismelor care efectuează corecție (reparații).
furci de replicare asimetrici. De la una dintre cele două lanțuri de construct ADN fiice sintetizate în mod continuu, iar cealaltă - cu întreruperi. Primul este numit lider, sau de conducere, lanțul, iar al doilea - rămas în urmă. Sinteza a doua catenă este mai lentă; deși, în general, acest circuit este construit în direcția 3“. 5“, fiecare dintre fragmentele sale singur construite în 5' . 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“.
Pentru a asigura formarea unui fir continuu a ADN-ului a unora dintre aceste fragmente, în vigoare intră într-un sistem special de repararea ADN-ului, care elimină primerul ARN-ului si inlocuieste-l pe ADN-ul. In bacterii, primer ARN-ul este eliminat din cauza unei nucleotidă cu nucleotidă 5“. Activitatea 3'-exonucleazei ADN polimerază. 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).
Din derularea helix dublu și spații. circuite de divizare implementate folosind mai multe proteine specifice. Helicazei unwinds segmente de ADN scurte, care sunt direct în fața furcii de replicare. La fiecare separare pereche de baza consumă energie a două molecule de hidroliză ATP la ADP și fosfat. Pentru fiecare dintre circuite separate se alătură mai multe molecule de proteine de legare a ADN-ului care previn formarea de perechi complementare și inverse lanțuri de reunificare. Datorită acestei componente ADN secvențe de nucleotide sunt disponibile pentru sistemul de replicare. Alte proteine specifice ajuta la accesul la un lanț al primazei rămase în urmă matrice. Ca rezultat, primase se leaga de ADN si sintetizata un primer ARN la fragmentele de lanț trailing. Pentru a forma noi helix nu necesită un aport de energie sau de participare complementară „răsucire“ a enzimei.
În cazul replicon inelare (de ex. Plasmidele y) proces descris este numit. q-replicare. Moleculele de ADN circular sunt răsucite pe sine (superrăsucit), în timp ce detensionarea dublu helix in timpul replicarii, acestea trebuie să fie rotit în mod continuu în jurul propriei sale axe. Acest lucru dă naștere la stres la torsiune, care este eliminat prin ruperea unuia dintre lanțurile. Apoi, ambele capete ale nou imediat conectate între ele. Această funcție este realizată de topoizomeraza ADN enzimatic. Replicarea în acest caz, are loc, de obicei, în două direcții, adică Există două furci de replicare. După terminarea replicării există două molecule dublu catenare sunt mai întâi legate una de alta ca verigile unui lanț. Atunci când diviziunea lor una din cele două inele este rupt temporar.
O variantă alternativă implică o fantă inelară de replicare replicon într-o moleculă de ADN dublu catenar cu lanț. Formată cu liber capătul 3 este incrementat covalent, rămânând legat la matricea (lanț a doua neîntrerupt), iar capătul 5 este înlocuit treptat cu un nou lanț de polinucleotide. Astfel, un lanț este desfăcută și extins în mod continuu, iar furcile de replicare alunecă în jurul benzii matriță inelară (mecanismul de „inel de rulare“). Ca noul lanț de catenă cu eliberat 5'-terminal devine un șablon liniar pentru sinteza noii catene complementare. După sinteză pe rețeaua liniară continuă până la până la o catenă fiică a ADN-ului complementar cu o rotație a matricei inelare, adică. E. O gama replicon. În acest fel, un număr mare de copii complementare pot merge cu o matrice inelară. Un astfel de mecanism este găsit în unele virusuri, precum și într-un număr de celule eucariote.
O altă schemă de replicare implică formarea structurii, numită D-bucla. Conform acestui mecanism, mai întâi doar unul dintre repliconului circuitelor inelar reprodus, în timp ce al doilea circuit, rămânând în același timp intact, este deplasat pentru a forma o buclă. Replicarea al doilea lanț începe cu alții. Punct de plecare, și numai după porțiunea replicată a primului circuit. O astfel de replicare este detectată, de exemplu, în ADN-ul mitocondrial.
Replicarea ARN (sinteza ARN pe matriță de ARN) mai puțin studiate. Numai în unele virusuri (de exemplu. De la virusurile poliomielitei și rabie). Enzima catalizează acest proces - dependent de ARN polimerază ARN (denumită de asemenea ca o replicază ARN sau ARN-sintetaza). Există mai multe tipuri de replicare, ARN:
1. virusurile care conțin ARN matrice sau ARNm [m. numit. ARN (+)], având ca rezultat replicarea formează o catenă complementară [ARN (-)], care nu este un ARNm care este folosit ca matriță pentru sinteza ARN (+);
2. Virusurile care conțin ARN (-) rezultat din sintetizat ARN (+) replicare;
3. virusurile care conțin [PHK (+) și (-) ARN] ARN dublu catenar a fost sintetizat ARN (+) care rezultă din replicarea asimetrică.
Ipoteza mecanismului de replicare este formulat în 1953. J. Watson și Crick, care a sugerat că cele două catene de ADN complementare după matricilor lor de separare pot îndeplini funcții pe ele pentru a forma un nou ADN-ului. În 1958 M. Meselson și F. Steel a confirmat experimental un mecanism de replicare.