Нуклеин қышқылдарының биосинтезі мәлімет

Нуклеин қышқылдары-мономерлердің қатаң белгіленген сызықтық реттілігімен жоғары молекулалық қосылыстар. ДНК және РНК құрылымы-ағзада екі ақпараттық ағынның қалыптасуын қамтамасыз ететін «ақпаратты жазу» тәсілі. Ағындардың бірі ДНҚ молекулаларында жасалған ақпаратты жаңғыртуды жүзеге асырады. ДНҚ молекулаларының екі еселенуі «репликация»деп аталады. Осы процестің нәтижесінде және кейіннен бөлу нәтижесінде еншілес жасушалар гендердің толық жиынтығы немесе РНҚ құрылысы және ағзаның барлық ақуыздары туралы «нұсқаулықтар» бар ата-аналар жасушасының генімен мұраға қалады.

Екінші ақпарат ағыны жасушаның тіршілік әрекеті процесінде жүзеге асырылады. Бұл жағдайда мРНК полинуклеотидті тізбектер түріндегі гендердің «оқу» немесе транскрипциясы, және оларды тиісті ақуыздарды синтездеу үшін матрицалар ретінде пайдалану жүреді. Соңғы жағдайда мРНК-де жасалған ақпаратты амин қышқылдарының «тілге» аудару (трансляциялау) жүзеге асырылады. ДНК арқылы ақуыздағы РНК арқылы бұл ақпарат ағыны «биологияның орталық догмасы»деп аталды. Ол кейбір РНК-вирустардан басқа барлық тірі организмдерге тән.

Нуклеин қышқылдары мен белоктар синтезінің матрицалық табиғаты ақпараттың жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді. Осылайша, репликация барысында ДНҚ еншілес молекулалары аналық ДНҚ жіптерінде синтезделінеді. Ақуыз синтезіне қажетті РНК барлық түрлерінің пайда болуы кезінде олардың құрылымы туралы ақпарат ДНК молекулаларындағы белгілі гендерден «деп есептеледі. Ақуыздардың жаңа молекулаларының синтезінде олардың құрылысы туралы ақпаратты қамтитын матрицалар мРНК болып табылады.

Сыртқы және ішкі орта факторларының әсерінен ДНҚ құрылымында пайда болатын қателерді түзету тағы бір матрицалық синтез-репарацияны жүзеге асырады. Ол ва-

шектеулі репликация риантымен және ДНҚ-ның бастапқы құрылымын матрица ретінде ДНҚ-ның зақымданбаған жіптерінің учаскесін пайдалана отырып қалпына келтіреді. Эукариотикалық организмдердің жасушаларында РНҚ бар вирустардың көбеюі кезінде ДНҚ жаңа молекулалары РНҚ жоғары организмдердің геніне (кері транскрипция) қосылуы мүмкін комплементарлы ДНҚ синтезі үшін матрицасы болып табылатын процесс көмегімен синтезделуі мүмкін.

I. нуклеин қышқылдарын құрылымдық ұйымдастыру

Әрбір тірі ағзада нуклеин қышқылдарының 2 түрі бар: рибонуклеин қышқылы (РНК) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК). Белгілі нуклеин қышқылдарының ең «кішкентай» молекулалық массасы — көлік РНК (тРНК) шамамен 25 кД. ДНК-ең ірі полимерлі молекулалар; олардың молекулалық массасы

1 000-нан 1 000 000-ға дейін өзгереді. ДНҚ және РНҚ

мономер бірліктерінен тұрады-нуклеотидтер, сондықтан нуклеин қышқылдары поли-нуклеотидтер деп аталады.

А. нуклеотидтердің құрылысы

Әрбір нуклеотид құрамында 3 Химиялық әр түрлі компоненттер бар: гетероциклді азот негізі, моносахарид (пентозу) және фосфор қышқылының қалдығы. Молекуладағы фосфор қышқылы қалдықтарының санына байланысты нуклеозидмонофосфаттар (НМФ), нуклеозиддифосфаттар (НДФ), нуклео-зидтрифосфаттар (НТФ) (сурет. 4-1).

Нуклеин қышқылдарының құрамына екі түрлі азот негіздері кіреді: пурин — аденин (А), гуанин (G) және пиримидин — цитозин (С), тимин (Т) және урацил (U). Негіздерде атомдардың нөмірленуі цикл ішінде жазылады (сурет.

Сур. 4-1. Нуклеозидмоно -, аденозин ди-және трифосфаттары. Нуклеотидтер-нуклеозидтердің фосфор эфирлері. Фосфор қышқылының қалдығы 5′-көміртегі атомы пентозына (5′-фосфоэфирлі байланыс) қосылған.

4-2). Нуклеотидтердің номенклатурасы кестеде келтірілген. 4-1.

Нуклеотидтердегі пентоздар рибозамен (РНК құрамында) немесе дезоксирибозбен (ДНК құрамында) ұсынылған. Пентоздағы атомдардың нөмірлерін негіздегі атомдардың нөмірленуінен ажырату үшін, жазуды циклдің сыртқы жағынан жүргізеді және сандарға штрих қосады(‘) — 1′, 2′, 3′, 4′ және 5′

(сур. 4-3).

Пентозаны С1-пентоза атомымен (рибоздар немесе дезоксирибоздар) және N1-пиримидин атомымен немесе N9-пурин атомымен (сурет. 4-4).

Пентоза рибозамен ұсынылған нуклеотидтер рибонуклеотидтер деп аталады, ал рибонуклеотидтерден құрылған нуклеин қышқылдары рибонуклеин қышқылдары немесе РНК деп аталады. Мономерлеріне дезоксирибоз кіретін нуклеин қышқылдары дезоксирибо деп аталады-

Сур. 4-2. Пуринді және пиримидинді негіздер.

4-1-кесте. Нуклеотидтердің номенклатурасы

Азот негізі

Нуклеозид

Нуклеотид

Трехбуквенное белгісі

Бір әріптік код

Аденин Гуанин Цитозин Урацил Тимин

Аденозин Гуанозин Цитидин Уридин Тимидин

Аденозинмонофосфат Гуанозинмонофосфат Цитидинмонофосфат Уридинмонофосфат Тимидинмонофосфат

АМФ ГМФ ЦМФ УМФ УМФ ТМФ

Ал

G С U T

Сур. 4-3. Пентоздар. Құрамында РНК нуклеотидтері бар β — D-рибоз және ДНК нуклеотидтері бар β-D-2-дезоксирибоздың 2 түрі бар.

Сур. 4-4. Пурин және пиримидин нуклеотидтері.

нуклеин қышқылдары немесе ДНҚ. Нуклеин қышқылдары өз құрылысы бойынша сызықты полимерлер класына жатады. Нуклеин қышқылының остері молекуланың барлық ұзындығы бойынша бірдей құрылымға ие және пентоза — фосфат-пентоза-(күріш. 4-5). Вариабельными топтармен полинуклеотидных тізбегіндегі қызмет етеді азотты негіздер — пурины және пиримидины. Бұл молекулалар РНҚ кіреді аденин (А), урацил (U), гуанин (G) және цитозин (С), ДНҚ — да аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) және

цитозин (С). ДНҚ және РНҚ молекулаларының құрылымының бірегейлігі және функционалдық даралылығы олардың бастапқы құрылымымен — полинуклеотидті тізбектегі азотты негіздердің дәйектілігімен анықталады.

Б. дезоксирибонуклеин қышқылының құрылымы (ДНК)

ДНҚ бастапқы құрылымы-полинуклеотидті тізбекте дезоксирибонуклеозидмонофосфаттарды (дНМФ) кезектестіру тәртібі.

Сур. 4-5. ДНҚ тізбегінің фрагменті.

Полинуклеотидті тізбектегі әрбір фосфат тобы, молекуланың соңында 5′-фосфорлы қалдықты қоспағанда, екі көрші дезоксирибоз көмір атомдарының 3′- және 5′ — қатысумен екі эфирлік байланыс құруға қатысады, сондықтан мономерлер арасындағы байланыс 3′, 5′-фосфодиэфирлі деп аталады.

ДНҚ соңғы нуклеотидтері құрылымы бойынша бөлінеді: 5′-соңында фосфат тобы, ал 3′-тізбектің соңында-еркін ОН-топ. Бұл ұштары 5′- және 3′-ұштары деп аталады. ДНҚ полимерлік тізбектегі дезоксирибонуклеотидтердің сызықтық реттілігі әдетте бір әріптік кодтың көмегімен қысқартылады, мысалы-A-G-С-Т-Т-А-С-А — 5′- тен-3′ — ке-соңына.

Нуклеин қышқылының әрбір мономерінде фосфор қышқылының қалдығы бар. РН 7 кезінде фосфат тобы толығымен иондалған, сондықтан in vivo нуклеин қышқылдары полианион түрінде бар (көптеген теріс заряд бар). Пентоздың қалдықтары де гидрофильді қасиеттерді көрсетеді. Азотты негіздер суда дерлік ерімейді, бірақ кейбір пурин және пи атомдары-

римидинді циклдер сутегі байланыстарын құруға қабілетті.

ДНҚ екінші құрылымы. 1953 ж. Дж. УОТ-соном және Ф. Крик ДНҚ кеңістіктік құрылымының моделін ұсынды. Осы модельге сәйкес, ДНҚ молекуласы бір-біріне қатысты және жалпы осьтің айналасында бұралған екі полинуклеотидті тізбектермен түзілген спираль түрінде болады. Қос спираль правозакрученная, полинуклеотидные тізбектің онда антипараллельны (сур. 4-6), яғни, егер олардың бірі

ДНҚ молекулалары нуклеотидтердің комплементарлық тізбектілігі бар екі параллельді тізбектен тұрады. Тізбектер бір-біріне қатысты оң бұралған спиральға бір орамға шамамен 10 жұп нуклеотидке тиеді.

3′-5′ бағытында, ал екіншісі 5′-3’бағытында. Сондықтан ДНҚ молекулаларының әрбір шетінде 5′-бір тізбектің соңы және 3′-екінші тізбектің соңы орналасқан.

ДНҚ тізбектерінің барлық негіздері қос спираль ішінде, ал пентозофосфатты остов — сыртта орналасқан. Полинуклеотидті тізбектер А және Т (Екі байланыс) комплементарлы пуриндік және пиримидинді азот негіздерінің арасындағы (үш Байланыс) және G және С (үш Байланыс) арасындағы сутекті байланыстар есебінен бір-біріне қатысты ұсталады (сурет. 4-7). Бұл комбинацияда әрбір жұп үш сақинадан тұрады, сондықтан бұл будың жалпы мөлшері молекуланың барлық ұзындығы бойынша бірдей. Будағы негіздердің басқа үйлесімдерінде сутегі байланыстары мүмкін, бірақ олар айтарлықтай әлсіз. Бір тізбектің нуклеотидтерінің тізбектілігі екінші тізбектің нуклеотидтерінің тізбектілігінің толық комплементарнасы. Сондықтан, Чаргафф (Эр-

Сур. 4-7. Пурин-пиримидинді негіздер жұптары

ДНҚ-да.

Шаргафф вин 1951 жылы ДНҚ молекуласындағы пуриндік және пиримидиндік негіздердің арақатынасында заңдылықтарды анықтады, пуриндік негіздердің саны (А + G) пиримидиндік негіздердің санына тең (Т + С).

Комплементарые негізінің салынуы » стопку в сердцевине спираль. Екі тізбекті молекуланың негізі арасында екі жақты спиральді тұрақтандыратын гидрофобтық өзара әрекеттесулер пайда болады.

Мұндай құрылым азотты қалдықтардың сумен жанасуын болдырмайды, бірақ негіздердің тоқтауы мүлдем тік болуы мүмкін емес. Негіздер жұптары бір-біріне қатысты сәл ығысады. Құрылған құрылымда екі борозд бар — үлкен, ені 2,2 нм, кіші, ені 1,2 нм. Үлкен және кіші борозда азотты негіздер хроматин құрылымын ұйымдастыруға қатысатын ерекше ақуыздармен өзара әрекеттеседі.

ДНҚ-ның үшінші құрылымы

(ДНҚ суперспирализация)

ДНҚ әрбір молекуласы жеке хромосомаға оралған. Адамның диплоидты жасушаларында 46 хромосом бар. Барлық хромосомалардың ДНҚ жалпы ұзындығы 1,74 м, бірақ ол диаметрі миллион есе аз ядрода қапталған. Жасушаның ядросында ДНҚ орналастыру үшін өте ықшам құрылым қалыптасуы керек. ДНҚ-ны жинастыру және суперспирализациялау ДНҚ құрылымындағы белгілі бір тізбектермен өзара әрекеттесетін әртүрлі ақуыздардың көмегімен жүзеге асырылады. ДНҚ-мен байланысқан барлық ақуызды 2 топқа бөлуге болады: гистон және гистон емес ақуыздар. Ядролық ДНК жасушалары бар ақуыздар кешені хроматин деп аталады.

11-21 кД молекулалық массасы бар гистон-ақуыздар, құрамында аргинин мен лизиннің көп қалдықтары бар. Оң зарядтың арқасында гистондар Қос спиральдың сыртқы жағында орналасқан теріс зарядталған фосфатты топтармен ионды байланысты құрайды

ДНК.

Гистондардың 5 түрі бар. Н2А, Н2В, Н3 және Н4 төрт гисто-Н2А, Н2В, Н3 және Н4 октамерлі белоктық кешен (Н2А, Н2В, Н3, Н4)құрайды, ол «нуклеосомный кор» деп аталады (ағылш. nucleosome core). Молекуласы ДНК «накручивается» беті гистонового октамера жасай отырып

1,75 айналым (шамамен 146 жұп нуклеотид). ДНҚ бар гистон ақуыздарының мұндай кешені хроматиннің негізгі құрылымдық бірлігі болып табылады, оны «нуклеосома»деп атайды. НУКЛЕОСОМДЫ бөлшектерді байланыстыратын ДНК линкер ДНК деп аталады. Орташа линкер ДНҚ-60 жұп нуклеотидті қалдықтар. Гисто-на Н1 молекулалары ДНҚ-мен тығыз байланыста болады және бұл учаскелерді нуклеаз әсерінен қорғайды (сурет. 4-8).

Әрбір жасушаның ядросында гистондардың әрбір түрінің 60 млн молекуласы бар, ал гистондардың жалпы массасы ДНҚ құрамына тең. Лизиннің амин қышқылдық қалдықтары, аргининнің және гистондардың шеткі аминотоптары модификациялануы мүмкін: ацетилденуі, фосфо-рилденуі, метилденуі немесе ақуыз убиквитинмен (гистон емес ақуыз) өзара әрекеттесуі. Модификациялар кері және

Сур. 4-8. Нуклеос құрылымы. Гистондардың сегіз молекуласы (Н2А, Н2В, Н3, Н4)2 Нук-леосома ядросын құрайды, оның айналасында ДНК 1,75 орам құрайды.

бұл гистондардың өзара және ДНҚ-мен өзара әрекеттесуіне әсер етеді.

Модификацияға жауапты ферменттердің белсенділігі жасушалық циклдің сатысына байланысты реттеледі. Модификациялар хроматиннің конформациялық қайта құрулары мүмкін.

Хроматиннің гистонды емес ақуыздары

Эукариотикалық жасушаның ядросында жүздеген түрлі ДНҚ — байланыстырушы гистонды емес ақуыздар бар. Әрбір ақуыз ДНҚ нуклеотидтерінің белгілі бір тізбегімен комплементарен (ДНҚ сайты). Бұл топқа сайт-«мырыш саусақтары» типті ерекше белоктар жатады (1-бөлімді қараңыз). Әрбір «мырыш саусақ» 5 нуклеотидті жұптан тұратын белгілі бір сайтты біледі. Басқа отбасы сайт-ерекше белоктар-гомоди-шаралар. ДНҚ-мен байланысқан осындай ақуыздың фрагменті «спираль-бұрылыс-спираль» (1-бөлімді қараңыз) құрылымы бар. Хроматинмен тұрақты байланысқан құрылымдық және реттеуші белоктар тобына жоғары қозғалмалы белоктар жатады (НМG-белоктар-ағылш. high mobility gel proteins). Олар 30 кД-ден кем молекулалық массаға ие және зарядталған амин қышқылдарының жоғары құрамымен сипатталады. НМГ-ақуыздардың шағын молекулалық массасының арқасында полиакриламидті гельде электрофорез кезінде жоғары қозғалысқа ие. Гистон емес ақуыздарға репликация, транскрипция және репарация ферменттері жатады. ДНҚ және РНҚ синтезіне қатысатын құрылымдық, реттегіш белоктар мен ферменттердің қатысуымен нуклеоспен жіп жоғары конденсирленген ақуыздар кешені және ДНҚ болып қайта құрылады. ДНҚ бастапқы молекуласының 10 000 есе қысқа түзілген құрылымы.

В. митохондрияның генетикалық жүйесі

Митохондриялар-субстраттардың тотығуы есебінен АТФ синтезін жүзеге асыратын жасушалардың маңызды органеллалары. Митохондрияның аналық желісі бойынша зерттелетін жеке бірегей гені бар, өйткені ол жұмыртқа цитоплазмасынан шыққан. Геном митохондриялар сперматозоидтардың түспейді оплодотворенную яйцеклетку.

Сур. 4-9. Митохондриялық айналмалы молекуласы

ДНК. Nd1-ND6, ND41 гендері nadn-дегидрогеназ кешені суббірліктерін кодтайды; coi-III гендері — цитохромоксидаза суббірліктері; CYTb — ци-тохром b гендері. ATP 8 және ATP 6 гендері АТФ-синтазаның (Nadh-дегидрогеназ кешені, ци-тохромоксидаза, цитохром b — белоктар, энергетикалық алмасуға қатысатын) суббірліктерін кодтайды. Қалған гендер кодируют рибосомные (12S RNA және 16S RNA) және көлік РНК тиісті амин қышқылдары, латын әріптерімен белгіленген.

Адамның митохондриялық геномы 16 569 нуклеотидті жұптардан бір сақиналы ДНҚ молекуласы (күріш. 4-9). Ол митохондрияның құрылымдық-функционалдық компоненттерін құруға қолданылатын 13 ақуызды кодтайды.

Митохондрияда репарация үшін жауапты ферменттер жоқ, сондықтан митохонд-риальды геном көптеген қателерді қамтиды. Эукариоттардың митохондриясы 55S седиментация константасымен өте кішкентай рибосомалар бар, ал прокариоттардың рибосомалары-70S.

Г. рибонуклеин қышқылдарының құрылымы

(РНК)

РНҚ бастапқы құрылымы-полинуклеотидті тізбекте рибонуклеозидмонофосфаттарды (НМФ) кезектестіру тәртібі. РНҚ-да ДНҚ сияқты нуклеотидтер өзара 3′,5′-фосфо-диэфирлі байланыстарға байланысты. РНҚ полинуклеотид тізбектерінің ұштары бірдей емес. Бір соңында фосфорланған он-топ

5′-көміртегі атомы, басқа ұшында — ОН-тобы 3′-рибозаның көміртегі атомы, сондықтан ұштары 5′- және 3′-РНК тізбегінің ұштары деп аталады. Рибозаның көміртегі атомының у 2’гидроксильді тобы РНК молекуласын тұрақсыз етеді. Сонымен, әлсіз сілтілі ортада РНК молекулалары қалыпты температурада да гид-ролизденеді, ал ДНК тізбегінің құрылымы өзгермейді.

РНК қайталама құрылымы

Рибонуклеин қышқылының молекуласы бір полинуклеотидті тізбектен құрылған. РНК тізбегінің жекелеген учаскелері а — U және G-с комплементарлы азот негіздерінің арасындағы сутекті байланыстар есебінен спирализацияланған ілмектер-«түйреуіштер» құрайды. Спирализацияланған учаскелердің болуы РНҚ барлық түрлеріне тән.

РНК үшінші құрылымы

Бір тізбекті РНК екінші құрылымның спи-рализацияланған элементтерінің өзара әрекеттесуі арқылы туындайтын жинақы және реттелген үшінші құрылыммен сипатталады. Мәселен, бір-бірінен айтарлықтай алыс нуклеотидті қалдықтар арасында қосымша сутегі байланыстары немесе рибозаның қалдық топтары мен негіздер арасындағы байланыстар пайда болуы мүмкін. Үшіншілік құрылымы РНК тұрақталды иондарымен двухвалентных металдар, мысалы иондарымен Мд2+, связывающимися ғана емес, фосфатными топтар емес, негіздер.

РНК негізгі түрлері

Жасушалардың цитоплазмасында рибонуклеин қышқылдарының 3 түрі бар — көліктік РНК (тРНК), матрицалық РНК (мРНК) және рибосо-мальды РНК (РНК). Олар бастапқы құрылымы, молекулалық массасы, Конн-формация, өмір сүру ұзақтығы және ең бастысы функционалдық белсенділігі бойынша ерекшеленеді.

Көлік РНК (тРНК)

Кез келген тРНК кеңістіктік құрылымы, жүйеліктегі айырмашылықтарға қарамастан

Сур. 4-10. Көлік РНҚ құрылысы. Спиральды учаскелер суретте пунктирмен белгіленген;» жалпы учаскелер » барлық тРНК — де бірдей; 1-ауыспалы өлшемдегі ілмектер; UН2 (дигидроурацил), ψ (псев — доурацил) — минорлы негіздер; антикодонға әрқашан U (урацил) алдында тұрады, ал одан кейін әрдайым минорлы негіз тұрады.

нуклеотидтердің сипаттайды әмбебап моделі «клеверного парағын» (сур. 4-10). ТРНК әрбір молекуласында нуклеотидті қалдықтар арасында сутегі байланыстарының пайда болуына қатыспайтын тізбек учаскелері бар. Оларға, атап айтқанда, молекуланың соңында 3′-аминқышқылымен байланысуға жауапты учаске және нуклеотидтердің анти-кодон қарсы триплеті жатады.

мРНК.

Жасушаның бөлінуіне дейін жасушалық циклдің S-фазасы бойы тірі ағзалар бөлуден кейін әрбір еншілес жасушаның ата-аналық жасушаға ұқсас хромосомалар жиынтығын алатындай ДНҚ құрамын екі есе арттырады. Хромосоманың екі еседенуі репликация деп аталады (редупликация).

Хромосома бір үздіксіз екі тізбекті ДНҚ молекуласынан тұрады. Репликация кезінде басты екі нүктелі ДНҚ әрбір тізбегі жаңа комплементарлы тізбекті синтездеу үшін матрица болып табылады. Жаңадан құрылған қос спираль бір бастапқы (ата-аналық) және бір қайта синтезделген (еншілес))

тізбек. ДНҚ екі еселеу механизмі «жартылай консервативті репликация» деп аталды (сурет. 4-14). Еншілес тізбектің бастапқы құрылымы ата-аналық тізбектің бастапқы құрылымымен анықталады,себебі оның пайда болу негізінде негіздердің комплементарлық принципі жатыр (G = C және A = T).

Репликацияға қатысатын ферменттер мен ақуыздар тез және дәл жұмыс істеуі тиіс. Бұл шарттар ерекше муль-тиферменттік кешен көмегімен орындалады.

Репликацияны 4 кезеңге бөлуге болады: репликативті Ашаның пайда болуы (инициация), жаңа тізбектердің синтезі (элонгация), праймерлерді жою, ДНҚ екі еншілес тізбектерінің синтезін аяқтау (терминация).

Сур. 4-14. Жартылай консервативті репликация.

А. репликация бастамасы

Эукариоттарда ДНҚ синтезі жасушалық циклдің S-фазасында жүреді. Репликация инициациясы ерекше сигналды белокты молекулалар — өсу факторларын реттейді. Өсу факторлары жасуша мембранасының рецепторларымен байланыстырылады, олар жасушаны репликацияның басталуына итермелейтін сигнал береді (11-бөлімді қараңыз).

ДНҚ-ның жаңа бір нүктелі молекулаларының синтезі тек ата-аналық тізбектер арасында ғана орын алуы мүмкін. Белгілі бір сайтта (репликацияның басталу нүктесі) ДНҚ жергілікті денатурациясы жүреді, тізбектер таралып, қарама-қарсы бағытта қозғалатын екі репликативті ашалар пайда болады.

Репликативті шанышқы құруға бірқатар ақуыздар мен ферменттер қатысады. Сонымен, ДНК-топоизомераз (I, II және III) тобы НУКЛЕАЗДЫ белсенділікке ие бола отырып, ДНК суперспирализациясын реттеуге қатысады. Мысалы, ДНК-то-поизомераза I қос спираль тізбектерінің бірінде фосфоэфир байланысын үзеді және үзу нүктесінің соңына қарай 5′-ке ковалентті қосылады (сурет. 4-15). Репликативті Ашаның қалыптасуы аяқталғаннан кейін фермент тізбектегі үзілісті жояды және ДНҚ-дан бөлінеді.

ДНҚ екі тізбекті молекуласында сутекті байланыстардың үзілуін ДНК-хеликаза жүзеге асырады. ДНК-хеликаза ферменті қос спиральді өру үшін АТФ энергиясын пайдаланады

ДНК.

Сур. 4-15. I ДНК-топоизомеразаның репликативті шанышқы пайда болуына қатысуы. 1-фермент ДНҚ бір тізбегін ажыратады; тирозин қалдығы ферменттің молекуласы мен тізбектің фосфор қалдығы арасында ковалентті байланыс пайда болады; 2-ДНК-хеликазаның қатысуымен Қос спиральдың жергілікті бұрылуы болады; ДНК-топоизоизоераза I фосфоэфир байланысын қалпына келтіреді.

Нәтижесінде ДНҚ суперспирализацияланған молекуласының бөлігі бұрылады. ДНҚ-ның осы бөлігін қолдауға SSB-ақуыздар (ағылш. single strand binding proteins, т. е. белоктар, связывающиеся с одноцепочечными жіппен ДНК). SSB-белоктар азотты негіздерді жабпай, бөлінген тізбектердің барлық ұзындығы бойынша бір тізбекті ДНҚ-мен байланыстырылады және осылайша олардың комплементарлы бұралу және «шпилек»түзілуін болдырмайды. Олар тізбектердің бастапқы құрылымына қарамастан, ДНҚ Бір тізбекті учаскелерге үлкен ұқсас.

Б. ЭЛОНГАЦИЯ

ДНҚ репликациясы ДНҚ-тәуелді ДНҚ-полимераздармен жүзеге асырылады (сурет. 4-16). Өнім синтезі үшін субстраттар мен энергия көздері 4 макроэргиялық қосылыстар — дезоксирибонуклеозидтрифосфаттар

дАТФ, дГТФ, дЦТФ және дТТФ, оларды іске қосу үшін магний иондары қажет. Нуклеотидтердің теріс зарядын бейтараптандыра отырып, олардың реакциялық қабілетін арттырады. Ферменттер тек алдын ала ашылған матрицалық екі нүктелі ДНК қатысуымен каталитикалық белсенділікті көрсетеді. ДНҚ тізбектерінің синтезі өсіп келе жатқан тізбектің 5′-3′ бағытында жүреді, яғни кезекті нуклеотид алдыңғы нуклеотид қалдығының соңында еркін З’-онға қосылады. Синтезделген тізбек әрдайым матрицалық тізбектің антипараллельдері. Репликация барысында матрицалық тізбектердің көшірмелерін білдіретін 2 еншілес тізбек құрылады.

Эукариотикалық ДНҚ синтезіне 5 ДНК-полимераз (α, β, γ, δ ,ема) қатысады. ДНҚ-полимераздар СУББІРЛІКТЕРДІҢ саны, молекулалық массасы, ДНҚ биосинтез процесін жылдамдататын әртүрлі қосалқы ақуыздармен ассоциациялар және функционалдық мақсаты бойынша бөлінеді. ДНК-полимераза α (альфа), β (бета),

Сур. 4-16. Репликация.

δ (дельта), ε (эпсилон) қатысады синтезі ДНК ядросында жасушалар, ДНК-полимераза γ (гамма) — репликация митохондриальной ДНК.

ДНК — полимераздар β, δ ,ема еншілес тізбектердің пайда болуына бастамашы бола алмайды, себебі ДНК жалғыз жіптеріне ұқсас емес. ДНК-полимераза α репликациясын бастайды, ол белгілі бір сайтқа комплементарлы-бүйрек ДНК. Қосыла отырып, оған ДНҚ-полимераза α синтезирует шағын фрагменті РНҚ — праймер тұратын 8-10 рибо-нуклеотидтер. ДНК-полимераза α төрт суббірліктен тұрады. Ферменттің әрбір суббірі белгілі бір қызметті атқарады: репликация сайтын «тану», прайме-ра синтезі (8-10 рибонуклеотидтер), ДНҚ тізбегінің фрагменті синтезі, 50-ге жуық дезоксирибонуклеотидтер. Осылайша, ДНК-полимераза α шамамен 60 нуклеотидньгх қалдықтарынан тұратын олигонуклеотидті синтездейді; бірінші 8-10 рибонуклеотидтермен (праймер), ал қалғандары — дезоксирибонуклеотидтермен ұсынылған.

ДНК-полимераза δ

Олигонуклеотид, α ДНК-полимеразамен синтезделген және матрицасы бар шағын екі-тізбекті фрагментті құрайтын δ ДНК-полимеразаға қосылуға және репликативті Ашаның бұралу барысы бойынша 5 — тен 3-ке қарай бағытта жаңа тізбектің синтезін жалғастыруға мүмкіндік береді.

ДНК-полимераза δ тізбекті біртіндеп көбейтеді, оған тиісті дезоксинуклеотидтерді біртіндеп қосады. ДНК-полимеразамен δ кезекті нуклеотидті таңдау матрицамен анықталады. ДНҚ-ның өсіп келе жатқан тізбегіне дезокси-рибонуклеозидмонофосфаттарды қосу тиісті нуклеозидтри-фосфаттардың макроэргиялық байланыстарының гидролизімен және пирофосфатты (H4P2O7) ыдыратумен сүйемелденеді. Макроэргикалық байланыстардың энергиясы ДНК өсуші тізбегінің соңғы нуклеотиді мен қосылатын нуклеотид арасындағы 3′,5′-фосфодиэфирлі байланыстың түзілуіне жұмсалады. Нуклеотидтің ДНҚ синтезделген тізбегіне қосылуы азот негізін сутекті байланыстармен матрицалық тізбектің комплементарлы нуклеотидімен алдын ала байланыстырмай мүмкін емес. ДНК-полимераза (α, β, γ, δ ,ема) нуклеотидті тізбекті тек оңға синтездеуі мүмкін-

матрицалық тізбек әрдайым 3-5 бағытында есептеледі .

Әрбір репликативті ашада бір уақытта екі жаңа (еншілес) тізбектің синтезі жүреді. ДНҚ тізбегінің синтезінің бағыты репликативті шанышқы қозғалысының бағытына қайта синтезделген тізбектердің бірі үшін ғана сәйкес келеді (жетекші тізбек). Екінші матрицалық тізбекте еншілес ДНҚ синтезі екі ферментпен жүзеге асырылады: ДНК-полимеразамен α және ДНК-полимеразамен 5 — 3 бағытында , бірақ репликативті Ашаның қозғалысына қарсы. Сондықтан екінші тізбек үзік, қысқа фрагменттермен синтезделінеді, олар «оказания фрагменттері» деп аталады (оларды ашқан зерттеушінің аты бойынша). Еншілес тізбек ДНК синтезі жүргізілетін фрагменттерімен деп атайды отстающей шынжырмен. Әрбір көрініс фрагменті, шамамен 100 нуклеотидті қалдықтар, праймер бар. Праймерлер бір рибонуклеотид бойынша фрагменттің 5-соңынан біртіндеп ыдырайды. ДНК-поли-мераздың алдыңғы фрагментінің 3-соңында он-топқа дезоксирибонуклеотидтерді праймерге тең мөлшерде қосады және осылайша рибонуклеотидтерді жою кезінде пайда болатын брешті толтырады.

ДНК-лигаз ферменті ДНК тізбегінің бір фрагменті дезоксирибозасының 3-ОН тобы мен келесі фрагменттің 5-фосфаты арасында фосфодиэфирлі байланыстың түзілуін катализдейді. Реакция АТФ энергия шығынымен өтеді. Осылайша, көптеген үзінділерден ДНҚ үздіксіз тізбегі пайда болады.

В. репликация ОРИДЖИНАЛАРЫ

Адам хромосомасының ДНҚ шамамен 150 млн нуклеотидтер жұбы бар. Сондықтан ДНҚ синтезінің инициациясы репликация инициациясының сайты немесе Ориджин деп аталатын хромосоманың бірнеше сайттарында жүреді (ағылш. origin — шығу тегі) репликация (сурет. 4-17). «Сайт» термині геномның кез келген учаскесін белгілеу үшін қолданылады. Репликация ориджиналары белгілі бір нуклеотид тізбегі бар. Екі шектелген ДНҚ тізбегі

Сур. 4-17. Ориджиннен қарама-қарсы бағытта қозғалатын екі репликативті шанышқаның пайда болуы.

репликация ориджиндері, репликация бірлігі немесе репликон деп аталады. I ДНК-топоизомеразаның қатысуымен ориджиналарда екі бағытты репликация бастау алады. Келесі репликонмен кездеспейінше қарама-қарсы бағытта қозғалатын екі репликативті ашалар пайда болады, яғни репликация екі репликативті ашалар болған кезде тоқтатылады.

ДНҚ метилдеу

Репликация аяқталғаннан кейін ДНҚ тізбектерінің жаңадан пайда болған нуклеотидті қалдықтарын метилдеу жүргізіледі. Метильді топтар адениннің барлық қалдықтарына gатс-ретімен қосылады, бұл ретте N6-метиладенин пайда болады, сондай-ақ цитозиннің метилденуі GC-ретімен және N5-метилцитозиннің пайда болуы мүмкін. Метилденген негіздер саны шамамен 1-8%. Модификация s-аденозилмети-онин (SAM) метильді топтарының көзі ретінде пайдаланатын ферменттердің қатысуымен жүреді (9-бөлімді қараңыз). Метильді топтардың аденин мен цито-зин қалдықтарына қосылуы тізбектердің комплементарлығын бұзбайды

(сур. 4-18).

ДНҚ тізбектеріндегі метильді топтардың болуы хромосомалардың құрылымын қалыптастыру үшін, сондай-ақ гендердің транскрипциясын реттеу үшін қажет. Ұзақ уақыт бойы ДНҚ молекуласында ретпен-GATC — аденин бойынша тек матрицалық, бірақ жаңа тізбекте емес, метилденген. Бұл айырмашылық

репликация кезінде пайда болатын қателерді түзету үшін репарация ферменттері қолданылады.

Басқа да ұқсас мәліметтер

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *