18. Структурная организация и функции днк. Хроматин. Репликация.
Структурная организация и функции ДНК: В ДНК входят 4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, цитозин, гуанин. Сахар – дезоксирибоза. Между нуклеотидами - 3′,5′ - фосфодиэфирная связь (с участием 3′ - ОН – группы одного нуклеотида и 5′ - остаток Н3РО4 другого).
Первичная структура ДНК – линейная последовательность нуклеотидов.
Вторичная структура ДНК (1953 г., Уотсон и Крик) – двойная спираль, построена по
принципу комплементарности (А – Т, Г – Ц) и антипараллельности (3′ (конец одной цепи) соответствует 5′ - (конец другой цепи).
Принцип построения первичной структуры – каждая 3′ - гидроксильная группа соединяется ковалентной связью с 5′ - гидрокси - группой.
Имеет закономерности, установленные Чарграфом:
А = Т или А/Т = 1 – их молярное соотношение равно 1.
Г = Ц.
Пуриновые нуклеотиды = пиримидиновые нуклеотиды.
Г+Ц/А+Т – коэффициент специфичности, он не равен одному, поэтому выделяют: А) АТ – тип.
Б) ГЦ – тип.
3. Третичная структура – образуется в комплексе с белками, это компактная упаковка. Имеет вид суперспирали или изогнутой спирали, обвивающей ядро из белка.
Функции ДНК: Хранение генетической информации и участие в передаче ее родительской ДНК при делении клетки или РНК в процессе жизнедеятельности.
Хроматин: у высших организмов ДНК – в хромосомах. Хромосомы состоят из одной гигантской молекулы ДНК (молекулярная масса – 10^11), которая составляет основу
хроматина – надмолекулярной структуры, где двухцепочечная ДНК образует комплекс с белками, РНК и неорганическими веществами (30 – 45%).
Хроматин напоминает бусы – шарики, разделенные нитями.
Основная часть хроматина неактивна и плотно упаковка. Активный составляет от 2 (в
почках) до 11% (в нейронах). Шарики – нуклеосомы – структурная единица хроматина, в каждой нуклеосоме – отрезок ДНК (140 пар оснований), 8 молекул гистонов (Н2а, Н2в, Н3, Н4). В местах перемычек – ДНК (30 – 60 пар оснований), гистон Н1.
Степень упаковки в нуклеосоме – 5 (уменьшается ДНК в 5 раз).
Обвивая ядро из белков спираль ДНК имеет изломы - нарушения классической спирали ДНК. Отрицательные фосфатные группы ДНК «прилипают» к положительным зарядам
белковой бусины из гистонов. Та же картина в перемычках с гистоном Н1.
В перемычках находится лишь 10%. ДНК, остальное в хроматине – в нуклеосомах (90%).
Считается, что перемычки – это активный хроматин, нуклеосомы – молчащий, хотя нуклеосомы могут переходить в линейную форму.
Гистонов, негистоновых белков – 590 фракций (кислые белки, в их структуре преобладают кислые аминокислоты).
Репликация: Репликация — процесс удвоения ДНК (синтез ДНК на матрице ДНК), основанный на принципе комплементарности азотистых оснований (А=Т; Г=Ц).
Механизм репликации – полуконсервативный. В результате репликации образуются 2 новые молекулы ДНК, в каждой из них – одна цепь «материнская», вторая – «дочерняя», вновь синтезированная.
Синтез каждой дочерней цепи ДНК идет антипараллельно матричной цепи и всегда в направлении 5 / 3 / (!).
Инициацию репликации регулируют специальные сигнальные белковые молекулы – факторы роста, которые соединяются с рецепторами на плазматической мембране и вызывают репликацию в синтетическую фазу клеточного цикла.
В определенном участке ДНК происходит частичная денатурация, цепи расходятся и образуются 2 репликативные вилки, движущиеся в противоположные стороны. В
образовании репликативной вилки принимают участие ряд белков и ферментов (их > 40):
ДНК-топоизомераза — разрывает фосфодиэфирную связь в одной из цепей ДНК; участвует в регуляции спирализации ДНК.
ДНК-хеликаза — катализирует разрыв водородных связей в двухцепочечной молекуле ДНК, используя энергию АТФ.
SSB-белки - препятствуют скручиванию цепи ДНК.
ДНК-полимераза — главный фермент процесса.
У прокариот есть три ДНК-полимеразы — ДНК-полимераза III (непосредственно ведет
репликацию), ДНК-полимераза II (участвует в репарации), ДНК-полимераза I (отвечает за удаление праймеров и достройку на их месте ДНК).
У эукариот одновременно с репликацией идет синтез гистонов. Ферменты: ДНК- полимераза α (участвует в синтезе РНК-затравки), 214 β (репаративная), γ
(митохондриальная), δ (синтезирует лидирующую цепь), ε (участвует в синтезе фрагментов Оказаки).
На концах линейных хромосом эукариот имеются теломеры (неинформативные
повторяющиеся последовательности нуклеотидов). В соматических клетках с каждым актом репликации теломеры укорачиваются из-за невозможности достроить ДНК на месте 5/ -праймера. Это своеобразные «счетный механизм» деления клетки.
Д
НК-лигаза
— сшивает фрагменты, образующиеся
после удаления праймеров и
достройки
ДНК.
Общую схему репликации можно представить следующим образом: сначала в
определенных участках ДНК образуются репликативные вилки, затем на каждой из цепей формируются короткие (до 10 рибонуклеотидов) фрагменты РНК (РНК-затравки или
праймеры) при участии ДНК-полимеразы α, после чего фермент отщепляется от ДНК и дальнейшее присоединение дезоксирибонуклеотидов катализирует ДНК-полимераза δ.
Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез идет только от 5/ -конца к 3/ -концу, одна из дочерних цепей синтезируется прерывисто, образуются фрагменты Оказаки.
Каждый фрагмент начинается также с РНК-затравки, необходимой для работы ДНКполимеразы ε.
Впоследствии праймеры (участки РНК) из дочерней цепи удаляются, на их месте достраивается ДНК. Остающиеся разрывы в отстающей цепи «сшиваются» при участии ДНК-лигазы. После окончания репликации ДНК подвергается метилированию (защита от нуклеаз).