DNT replikasiyası necə baş verir? Replikasiya və transkripsiya prosesləri Replikasiya prosesində matrisdir

Nuklein turşuları canlı orqanizmlərin hüceyrələrinin həyat fəaliyyətinin təmin edilməsində mühüm rol oynayır. Bu üzvi birləşmələr qrupunun mühüm nümayəndəsi bütün genetik məlumatı daşıyan və lazımi xüsusiyyətlərin təzahürünə cavabdeh olan DNT-dir.

Replikasiya nədir?

Hüceyrələr bölündükcə, proses zamanı genetik məlumatın itirilməsinin qarşısını almaq üçün nüvədəki nuklein turşularının miqdarını artırmalıdırlar. Biologiyada replikasiya yeni zəncirləri sintez edərək DNT-nin təkrarlanmasıdır.

Bu prosesin əsas məqsədi genetik məlumatı heç bir mutasiya olmadan dəyişmədən qız hüceyrələrinə ötürməkdir.

Replikasiya fermentləri və zülallar

DNT molekulunun təkrarlanması hüceyrədə müvafiq zülal tələb edən hər hansı bir metabolik proseslə müqayisə edilə bilər. Biologiyada replikasiya hüceyrə bölünməsinin vacib komponenti olduğundan, buna uyğun olaraq burada bir çox köməkçi peptid iştirak edir.

• DNT polimeraza qız zəncirinin sintezindən məsul olan ən mühüm reduplikasiya fermentidir.Hüceyrənin sitoplazmasında replikasiya prosesində bütün nuklein əsasları gətirən nuklein trifosfatların olması tələb olunur.

Bu əsaslar nuklein turşusunun monomerləridir, buna görə də molekulun bütün zənciri onlardan qurulur. DNT polimeraza düzgün ardıcıllıqla yığılma prosesindən məsuldur, əks halda hər cür mutasiyaların görünüşü qaçılmazdır.

• Primaza şablon DNT zəncirində primerin əmələ gəlməsindən məsul olan bir proteindir. Bu primer həm də primer adlanır, DNT polimeraza fermenti üçün bütün polinükleotid zəncirinin sonrakı sintezi mümkün olan ilkin monomerlərin mövcudluğuna malikdir. Bu funksiya primer və ona uyğun ferment tərəfindən yerinə yetirilir.
• Helikaz (helikaz) bir replikasiya çəngəlini əmələ gətirir ki, bu da hidrogen bağlarını qıraraq şablon iplərin ayrılmasıdır. Bu, polimerazaların molekula yaxınlaşmasını və sintezə başlamasını asanlaşdırır.
• Topoizomeraz. Əgər DNT molekulunu bükülmüş ip kimi təsəvvür etsək, polimeraza zəncir boyu hərəkət etdikcə, güclü burulma səbəbiylə müsbət gərginlik yaranacaq. Bu problem zənciri qısa müddətə qıran və bütün molekulu açan bir ferment olan topoizomeraz tərəfindən həll edilir. Bundan sonra zədələnmiş sahə yenidən bir-birinə yapışdırılır və DNT gərginlik hiss etmir.
• Ssb zülalları, klasterlər kimi, replikasiya çəngəlindəki DNT zəncirlərinə yapışaraq, reduplikasiya prosesi bitməzdən əvvəl hidrogen bağlarının yenidən əmələ gəlməsinin qarşısını alır.
• Liqa. Okazaki fraqmentlərinin DNT molekulunun geridə qalan zəncirində bir-birinə tikilməsindən ibarətdir. Bu, primerlərin kəsilməsi və onların yerinə yerli dezoksiribonuklein turşusu monomerlərinin daxil edilməsi ilə baş verir.

Biologiyada replikasiya hüceyrə bölünməsi zamanı son dərəcə vacib olan mürəkkəb çoxmərhələli bir prosesdir. Buna görə də, səmərəli və düzgün sintez üçün müxtəlif zülalların və fermentlərin istifadəsi lazımdır.

Reduplikasiya mexanizmi

DNT-nin duplikasiyası prosesini izah edən 3 nəzəriyyə var:

1. Mühafizəkarlar deyirlər ki, bir qızı nuklein turşusu molekulu şablon xarakterlidir, ikincisi isə tamamilə sıfırdan sintez olunur.
2. Yarı mühafizəkarlıq Watson və Crick tərəfindən təklif edilmiş və 1957-ci ildə E. Coli üzərində aparılan təcrübələrdə təsdiq edilmişdir. Bu nəzəriyyə bildirir ki, hər iki qız DNT molekulunun bir köhnə zəncirinə və bir yeni sintez edilmiş zəncirinə malikdir.
3. Dispersiya mexanizmi qız molekullarının bütün uzunluğu boyunca həm köhnə, həm də yeni monomerlərdən ibarət alternativ bölgələrə malik olması nəzəriyyəsinə əsaslanır.

İndi yarı konservativ bir model elmi olaraq sübut edilmişdir. Molekulyar səviyyədə replikasiya nədir? Birincisi, helikaz DNT molekulunun hidrogen bağlarını qırır və bununla da hər iki zənciri polimeraza fermentinə açır. Sonuncu, toxum əmələ gəldikdən sonra 5'-3' istiqamətdə yeni zəncirlərin sintezinə başlayır.

DNT-nin antiparalel xüsusiyyəti aparıcı və geridə qalan zəncirlərin əmələ gəlməsinin əsas səbəbidir. Aparıcı zəncirdə DNT polimeraza davamlı olaraq hərəkət edir və geridə qalan zəncirdə gələcəkdə liqazdan istifadə edərək bağlanacaq Okazaki fraqmentlərini əmələ gətirir.

Replikasiya Xüsusiyyətləri

Replikasiyadan sonra nüvədə neçə DNT molekulu olur? Prosesin özü hüceyrənin genetik tərkibini ikiqat artırmağı nəzərdə tutur, buna görə də mitozun sintetik dövründə diploid dəst iki dəfə çox DNT molekuluna malikdir. Bu giriş adətən 2n 4c ilə işarələnir.

Replikasiyanın bioloji mənası ilə yanaşı, alimlər prosesin tibb və elmin müxtəlif sahələrində tətbiqini tapmışlar. Əgər biologiyada replikasiya DNT-nin ikiqat artmasıdırsa, laboratoriya şəraitində bir neçə min nüsxə yaratmaq üçün nuklein turşusu molekullarının çoxalmasından istifadə olunur.

Bu üsul polimeraza zəncirvari reaksiya (PZR) adlanır. Bu prosesin mexanizmi in vivo replikasiyaya bənzəyir, buna görə də onun baş verməsi üçün oxşar fermentlər və tampon sistemləri istifadə olunur.

nəticələr

Replikasiya canlı orqanizmlər üçün mühüm bioloji əhəmiyyətə malikdir. Hüceyrə bölünməsi zamanı ötürülmə DNT molekullarını ikiqat artırmadan tamamlanmır, ona görə də fermentlərin koordinasiyalı işi bütün mərhələlərdə vacibdir.

1. Təşəbbüs.

Replikasiya ciddi şəkildə müəyyən edilmiş DNT bölmələrində başlayır - replikasiya mənşə nöqtələri - ori (ingilis mənşəli - başlanğıc). Burada spesifik nukleotid ardıcıllıqları var - başlatıcı zülal tərəfindən tanınan DNT qutuları, sonradan digər replikasiya fermentləri onlara bağlanır. DNT sintezi yalnız bir zəncirli şablonda baş verdiyindən, ondan əvvəl iki DNT zəncirinin məcburi ayrılması lazımdır, yəni. aşağıdakı prosesləri əhatə edən matrisin hazırlanması:

· DNT spiralları ATP enerjisindən istifadə edərək DNT ikiqat sarmalını açır. Tellərin ayrılmağa başladığı yer xarakterik Y formasına görə replikasiya çəngəl adlanır.

· DNT topoizomerazları DNT-ni açarkən topoloji gərginliyi (supercoiling) azad edir. Bunun üçün ferment əvvəlcə DNT zəncirini qırır, sonra kovalent şəkildə qırılan ucuna yapışır. Bu əlaqə əhəmiyyətli enerjiyə malikdir, buna görə də reaksiya geri çevrilir və əlavə enerji xərcləri tələb etmir. İki növ topoizomeraz aşkar edilmişdir: topoizomeraz I (tək zəncirli qırılmaları təqdim edir) və topoizomeraz II (DNT-də iki zəncirli qırılmaları təqdim edir).

· SSB zülalları (bir zəncirli DNT bağlayan zülallar) tək zəncirli nahiyələrə bağlanır və örgüsüz dupleksi sabitləşdirir, saç tıxaclarının yaranmasının qarşısını alır.

DNT şablonu hazırdır. İndi hüceyrədə mövcud olan dezoksiribonukleozid trifosfatlardan (dNTP) ana DNT molekulunun zəncirlərinin hər birinə tamamlayıcı zəncir əlavə etmək lazımdır. Dezoksiribonukleotidlərin DNT-matrislə müəyyən edilmiş əlavə reaksiyasını kataliz edən fermentlərə DNT polimerazaları (DNCP) deyilir.

İlk DNT polimerazanı 1957-ci ildə A. Kornberq kəşf etmiş və 1959-cu ildə DNT biosintezi mexanizmini kəşf etdiyinə görə o, Nobel mükafatına layiq görülmüşdür.

Prokaryotlarda ən yaxşı öyrənilmiş DNAP-lər bunlardır:

· DNAP I. Funksiyalar:

5'-3' - ekzonükleaza (5'-terminal nukleotidi çıxara bilər)

· DNAP II. Rol tam aydın deyil. Replikasiyada iştirak etmir.

· DNAP III. Replikasiyanın əsas fermenti. Funksiyalar:

Polimeraza (nükleotidləri fosfodiester bağları ilə birləşdirir),

3'-5' - ekzonükleaza (3'-terminal nukleotidi çıxara bilər)

DNAP-lərin iki xüsusiyyəti var:

Birincisi, DNT polimerazları DNT sintezinə başlaya bilməz, ancaq mövcud polinükleotid zəncirinin 3' ucuna yeni deoksiribonukleotid vahidləri əlavə edə bilər. Buna görə də, DNAP astar tələb edir. DNAP-ın işləməsi üçün lazım olan primer RNT-dən (təxminən 15-17 nukleotid) ibarətdir və primaz fermenti tərəfindən sintez olunur. Primaza helikaz və DNT ilə birləşərək primosom adlanan bir quruluş əmələ gətirir. DNAP III daha sonra primerə bağlanır və zənciri uzadır.

İkincisi, yeni polimeraza zəncirinin sintezi şablon zənciri boyunca yalnız 5'-3' istiqamətdə, yönümlü antiparalel, yəni. 3'-5'. Əks istiqamətdə zəncirlərin sintezi heç vaxt baş vermir, buna görə də replikasiya çəngəlində sintez edilmiş zəncirlər əks istiqamətdə böyüməlidir. Bir zəncirin sintezi (aparıcı, aparıcı) davamlı olaraq, digəri isə (geriləmə) - fraqmentlərdə baş verir. Aparıcı ip replikasiya çəngəlinin istiqamətində 5'-dən 3' ucuna qədər böyüyür və yalnız bir başlanğıc aktı tələb edir. Geridə qalan ip də 5'-dən 3' ucuna qədər böyüyür, lakin replikasiya çəngəlinin hərəkətinə əks istiqamətdə. Geridə qalan zəncirin sintezi üçün bir neçə başlanğıc aktı baş verməlidir, nəticədə prokaryotlarda uzunluğu 1000-2000 nukleotid olan çoxlu qısa zəncirlər (Okazaki fraqmentləri) əmələ gəlir.

Hər bir Okazaki fraqmentinin əvvəlində bir RNT primeri var, onu çıxarmaq lazımdır, çünki ribonukleotidlər DNT-də olmamalıdır. DNIP I 5'-3' ekzonükleaz aktivliyinə görə primeri çıxarır və onu dezoksiribonukleotidlərlə əvəz edir. İki bitişik Okazaki fraqmenti arasındakı boşluq ATP enerjisindən istifadə edərək DNT liqaz fermenti tərəfindən bağlanır.

2. Uzatma (zəncir uzanması).

Replizom adlanan replikasiya fermentləri kompleksi DNT şablon molekulu boyunca hərəkət edərək onu açır və tamamlayıcı DNT zəncirlərini böyüdür.

3. Sonlandırma (replikasiyanın sonu).

DNT-də terminator zülallarının bağlandığı spesifik ardıcıllıqları ehtiva edən replikasiyanın dayandırılması yerləri var ki, bu da replikasiya çəngəlinin daha da irəliləməsinə mane olur. DNT sintezi başa çatır.

Daha əvvəl qeyd etmişdik ki, polimeraza aktivliyinə əlavə olaraq, DNAP-lərin də 3'-5' ekzonükleaz aktivliyi var. Düzəliş üçün lazımdır, yəni. yanlış daxil edilmiş nukleotidin çıxarılması. DNAP hər bir nukleotidin şablona uyğunluğunu iki dəfə yoxlayır: bir dəfə onu böyüyən zəncirə daxil etməzdən əvvəl və ikinci dəfə növbəti nukleotidi daxil etməzdən əvvəl.

Prokaryotlarda təkrarlanma sürəti 500 nukleotid/san təşkil edir.

Replikasiya üsulları

· θ tipli. Replikativ göz dairəvi DNT molekulu boyunca əks istiqamətlərdə genişlənir. Bu zaman yunan θ hərfini xatırladan ara struktur yaranır. Prokaryotlar və bəzi viruslar üçün xarakterikdir.

· σ tipli (yuvarlanan halqa mexanizmi). Replikasiya ana halqa molekulunun zəncirlərindən birində fosfodiester bağının parçalanması ilə başlayır. DNAP sərbəst 3' ucuna yapışır və yeni bir zəncir yetişdirir. Ara quruluş σ hərfinin formasına malikdir. Bu tip replikasiya bəzi viruslarda, xüsusən də bakteriofaq lambdada olur.

· Bir-birinə doğru hərəkət edən bir neçə replikasiya çəngəllərinin əmələ gəlməsi ilə xətti molekulların təkrarlanması. Xətti DNT molekulları olan bütün eukariotlar və viruslar üçün xarakterikdir.

Eukariotlarda replikasiyanın xüsusiyyətləri

1. Replikasiya hüceyrənin mitotik dövrünün S dövründə baş verir.

2. Bir DNT molekulunda bir çox replikon var, yəni. Replikasiyanın bir neçə mənşəyi var.

3. DNP polimerazaları:

· α – DNT polimeraza. Replikasiyanın əsas fermenti. O, həmçinin primaz aktivliyə malikdir. Okazaki fraqmentlərini sintez edir.

· β – DNT polimeraza – təmir fermenti (DNT zədəsini aradan qaldırır).

· γ – DNT polimeraza mitoxondrial DNT-nin sintezini təmin edir

· δ – DNT polimeraza aparıcı zəncirinin sintezində iştirak edir.

4. Okazaki fraqmentlərinin uzunluğu 100-200 nukleotiddir.

5. Replikasiya sürəti 50 nukleotid/san.

6. DNT-nin replikasiyadan əvvəl 3' ucunu uzadan telomeraza adlı bir ferment var, çünki Hər dəfə replikasiyadan sonra xətti DNT molekulunun 3' ucunun uzunluğu primerin ölçüsü ilə azalır. Telomerlərin uzanmasında pozuntular kanserogenez və qocalma ilə əlaqələndirilir.

Beləliklə, yuxarıda müzakirə olunan materialdan belə nəticəyə gəlmək olar ki, replikasiyanın bioloji mənası, qız hüceyrələrinin irsi materialının ana hüceyrənin irsi materialı ilə eyni olması üçün zəruri olan genetik məlumatın dəqiq çoxalmasındadır. Bu, həm çoxhüceyrəli orqanizmlərin inkişafı və normal fəaliyyəti, həm də vegetativ çoxalma üçün çox vacibdir.

10.03.2015 13.10.2015

Genetik məlumatın nəsillər arasında qorunması DNT-nin dublikat qabiliyyəti ilə təmin edilir. DNT replikasiyası hüceyrə bölünməsi zamanı baş verən ana orqanizmlərdən qız orqanizmlərə dezoksiribonuklein turşusunun nüsxələrini əldə etmək üçün mürəkkəb mexanizmdir. Bu zaman DNT-də kodlanmış genetik material kopyalanır və sonradan yeni hüceyrələr arasında bölünür. Dəqiq replikasiyaya zəmanət verən molekulyar mexanizmlər indi kifayət qədər yaxşı başa düşülür və interaktiv model şəklində müəyyən edilə bilən mürəkkəb bir prosesi təmsil edir.
Çoxalmanın, irsiyyətin qorunmasının, onun xassələrinin nəslə ötürülməsinin və yalnız bir mayalanmış yumurtadan bütöv bir çoxhüceyrəli orqanizmin inkişafının əsasını genlərin öz-özünə çoxalması prosesi (onun təkrarlanma mexanizmi) təşkil edir. Replikasiya termininin başqa adı var - DNT reduplikasiyası.

Replikasiya prosesini kim kəşf etdi?

Alimlər Watson və Crick tərəfindən 1953-cü ildə ikiqat spiral molekulun modelində təklif edilən DNT quruluşu nəzəriyyəsinə görə, nəhayət, DNT reduplikasiyasının necə həyata keçirildiyini izah edə bildi - irsi məlumatların qeydə alındığını və saxlandığını,

Alimlər Watson və Crick

həm də onun özünü ikiqatlaşmasının kimyəvi prinsipini öyrənir. DNT-də baza cütləşməsində ciddi spesifiklik hər iki zəncirdə azotlu əsasların tamamlayıcılığı ilə müəyyən edilir ki, bu da onun sintezindəki dəqiqliyi izah edir. Axı alimlər göstəriblər ki, replikasiya prosesində bir cüt azotlu əsaslar, məsələn, guanin sitozinlə birlikdə üç hidrogen rabitəsindən, timinlə bir cüt adenin isə ikisindən istifadə etməklə sabitləşir. Bu, gen molekulunun qurulduğu əsasların səhv cütləşməsinin qarşısını alır.
Mümkün təkrarlanma prosesi ilə bağlı fərziyyə ilk dəfə 1953-cü ildə eyni tədqiqatçılar tərəfindən tərtib edilmişdir. Onlar güman edirdilər ki, hər hansı tamamlayıcı zəncirdən digərindən ayrıldıqdan sonra yeni zəncir sintezi üçün matris əldə etmək mümkündür. 1958-ci ildə alim Meselson Stahl ilə birlikdə bu fərziyyə eksperimental olaraq təsdiqləndi.
DNT replikasiyasının belə baş verdiyini sübut edən Watson və Crick nəzəriyyəsinə görə:
1) spiral DNT zəncirlərinin sonradan açılması ilə hidrogen bağlarının qırılması;
2) tək ayrılmış hissələrdə yeni tamamlayıcı bölgələrin sintezi.
Nəticə tək birindən iki oxşar genin meydana çıxmasıdır və hər hansı bir yeni gendə bir zəncir valideyn, digəri isə yeni sintez olunur. Bu təkrarlanma mexanizmi yarı konservativ adlanırdı.

Əsas prinsiplər

İkiqat sarmal genlərin əsas quruluşunu bilsəniz, genlərin öz-özünə təkrarlanmasının əsas prinsipini təsəvvür etmək asandır. Məlum məlumatlara görə, DNT ikiqat nükleotid zəncirləri şəklində təqdim olunur. Onun hər bir gen zəncirindəki genetik məlumat eynidir, hər biri ikincinin ardıcıllığına tam uyğun gələn bir nukleotid ardıcıllığını ehtiva edir. Bu eynilik, əks zəncirlərdən iki tamamlayıcı əsas arasında yönəldilmiş hidrogen bağlarının olması səbəbindən mümkündür. Bir-birini tamamlayanlar G (guanidin) və C (sitozit), həmçinin A (adenin) və T (timin). Tamamlayıcılıq DNT-nin unikal xüsusiyyətidir. Bunun sayəsində əks istiqamətli gen zəncirləri antiparalel adlanır.
Buna görə də təsəvvür etmək olduqca sadədir ki, molekulların öz-özünə çoxalması zamanı zəncirlərin qoşa spirallardan ayrılması müşahidə olunur, ardınca tamamlayıcı nukleotid əsaslarının birləşdirilməsi prinsipinə əsasən orijinal zəncirdə yeni sintez edilmiş zəncir sintez olunur.
DNT replikasiyası ikiqat zəncirli, lakin orijinal molekuldan tamamilə fərqlənməyən iki tamamilə yeni qız molekulunun yaranmasına gətirib çıxarır. Qeyd etmək lazımdır ki, yeni molekulların hər hansı birinə bir ana ip və bir yeni sintez edilmiş bir ip daxildir.

DNT polimeraza genomun özünü çoxalması üçün katalizatordur

1957-ci ildə alim A. Kornberq ilk dəfə bakteriyadan (Escherichia coli) unikal xassələrə malik olan və replikasiya proseslərini kataliz edə bilən fermenti təcrid etdi və bu fermenti DNT polimeraza adlandırdı. Bundan sonra oxşar maddələr digər orqanizmlərdə tapıldı.
Məlum olub ki, bu xüsusi ferment nükleotidlərdən ana zəncirdə yeni zəncirləri sintez edə bilir. Bu unikal xassələri sayəsində polimeraza 3′ ucundan müəyyən bir istiqamətdə tamamlayıcı nukleotid əsasları əlavə edərək tək zəncirli gen zəncirini ardıcıl olaraq genişləndirə bilər.
İndi aydın oldu ki, hər bir hüceyrə müxtəlif vəzifə və strukturlara malik DNT polimerazalarının variantlarını ehtiva edir. Lakin onların əsas funksiyası orijinal genlərin dəqiq surətlərini sintez etməkdir.

İkiqat mexanizm

Genetik məlumatın öz-özünə təkrarlanması zamanı elm adamları canlı orqanizmlərin müxtəlif formalarında (bakteriyalardan məməlilərə qədər) oxşar şəkildə gedən bir neçə əsas mərhələni müəyyənləşdirirlər:
gen dövrələrinin başlaması;
ikiqat sarmalın açılması;
birbaşa ikinci zənciri tamamlayır.
1. DNT zəncirlərinin başlanğıcı. Əvvəlcədən sintez edilmiş kiçik bir zəncirin - toxumun mövcudluğunu tələb edir, yalnız varsa hansı polimeraza nukleotid əsasları əlavə edə bilər. Onun yoxluğunda gen sintezi mümkün deyil. Lakin praktikada aydın olur ki, belə primerlər istənilən orqanizmdə fermentlər - DNT primazları əmələ gətirir. Bu ferment dəqiq deyil və buraxdığı səhvləri necə düzəltməyi bilmir, ona görə də o, yalnız sintez prosesinin təşəbbüskarı kimi xidmət edir və daha sonra yeni sintez edilmiş zəncirdən tamamilə çıxarılır və onun məkanı polimeraza tərəfindən tamamlanır.
2. İkiqat spiral DNT zəncirinin açılması. Bu mərhələ zəruridir, çünki yeni DNT zəncirinin sintezi yalnız bir zəncirli molekulda mümkündür. Qoşa spiralın parçalandığı yer çəngəl kimi görünür və buna görə də replikasiya çəngəl adlanır. Burada polimerazalarla qız zəncirlərinin sintezi baş verir. Qeyd etmək vacibdir ki, bu cür fərqlilik adətən özünü çoxalma mənşəli adlanan müəyyən bölgələrdə başlayır və təxminən 300 nukleotidi əhatə edir.
DNT kimi sabit bir molekulu açmaq üçün xüsusi sabitliyi pozan fermentlərin - zülalların DNT helikazları ilə birlikdə hərəkəti lazımdır, molekulların ikiqat bölmələri ilə qarşılaşdıqda, tamamlayıcı əsaslar arasında hidrogen bağlarını kəsirlər, bu da zəncirləri ayırır və bununla da zəncirləri inkişaf etdirir. replikasiya çəngəl. Zülal destabilizatorları tək zəncirlərin yenidən birləşməsinin qarşısını alır, lakin yenilərini sintez etməyə imkan verir.
Replikasiya çəngəlinin bükülmüş gen zəncirində hərəkət etməsini mümkün etmək və hələ öz-özünə təkrarlanmayan zəncirinin fırlanmasının qarşısını almaq üçün DNT-də açılmağa imkan verən bölgələr görünür. Bu proses gen zəncirlərində kəsiklər yaradan, molekulların ayrılmasına imkan verən DNT topoizomerazlarının iştirakı ilə baş verir və nəticədə yaranan zədələri özləri düzəldə bilirlər. Onlar genlərə daha az növbəyə malik olan “aşağı bükülmüş” formanı qəbul etməyə kömək edir və bu, iki ipin replikasiya çəngəlində daha asan ayrılmasına imkan verir.
3. Fasiləli sintez mərhələsi. Hər iki istiqamətdə hərəkət edərkən iki yeni zəncirdə eyni vaxtda davamlı olaraq nukleotidlər əlavə etməklə replikasiya prosesləri əslində baş vermir. Alimlər göstərdilər ki, qız zəncirlərinin sintezi yalnız 3′ istiqamətdə baş verir ki, bu da 3′ ucunun uzanmasına gətirib çıxarır və şablonun polimeraza tərəfindən oxunması yalnız 5′ istiqamətində baş verir. Göründüyü kimi, replikasiya çəngəlinin yalnız bir istiqamətdə hərəkəti mümkün deyil. Amma bu doğru deyil. Bu sirrin həlli ondan ibarətdir ki, sintez genin yalnız bir zəncirində davamlı olaraq müşahidə olunur, digəri boyunca isə sintez seqmentlərdə - 100-1000 nukleotid əsaslarında baş verir ki, bu da Okazaki fraqmentləri adlanır. Davamlı olaraq sintez edilən ipə davamlı, fraqmentlərdə sintez olunan sapa isə geriləmə deyilir. Tədqiqatçılar göstəriblər ki, bu fraqmentlərin hər birinin sintezi RNT primerlərindən istifadə etməklə baş verir, onlar müəyyən fasilələrlə yeni sintez edilmiş zəncirdən çıxarılır və polimeraza fermentindən istifadə edərək nukleotidlərlə tamamlanır.

Replikasiya çəngəlində fermentlərin kooperativ təsiri

DNT-nin reduplikasiyası genlər boyunca sürətli hərəkət edə bilən və genetik özünü çoxaltma proseslərini koordinasiyalı şəkildə həyata keçirə bilən fermentlər və zülallar kompleksinin iştirakı ilə baş verir. Bu zülal kompleksini səmərəliliyinə görə "tikiş maşını" ilə müqayisə etmək olar; burada DNT yaratmaq üçün "hissələr" zülallardır və enerji proseslərinin əsas mənbələri nukleotid əsaslarının hidroliz reaksiyalarıdır.
Gen molekulunun açılması DNT helikazının təsiri altında baş verir ki, bu da gen zəncirlərini açmağa qadir olan DNT topoizomerazası, həmçinin tək zəncirlərə bağlana bilən və onların geri birləşməsinə mane ola bilən gen stabilləşdirici xüsusiyyətləri olan zülallarla tamamlanır. birlikdə.
Birbaşa replikasiya çəngəlinin yerində iki zəncirin polimerazları hərəkət edir. Aparıcı zəncirli polimerazanın işi davamlıdır və DNT primaz zülallarını sintez edən RNT primerlərindən istifadə edərkən geridə qalan zəncir fasiləlidir. Belə primazlar, eləcə də helikazlar replikasiya çəngəlinin açılmasına doğru hərəkət etmək qabiliyyətinə malik olan və Okazaki fraqmentlərinin əmələ gəlməsini stimullaşdıran RNT primerlərini sintez edən primosom adlanan mürəkkəb struktur əmələ gətirir.
Polimeraza eyni istiqamətdə hərəkət edir. Onun geridə qalan zəncir boyunca hərəkətini təsəvvür etmək çətindir, lakin bunu elm adamları izah edirlər - polimeraza sintez üçün şablon rolunu oynayan gen zəncirini öz üzərinə qoyur, buna görə geridə qalan zəncirin polimerazası əks istiqamətə çevrilir. . Polimerazaların hərəkətindəki bu koordinasiya, duplikasiyanın baş verdiyi hər iki ipin əlaqələndirilmiş şəkildə təkrarlanmasına kömək edir.
Genlərin öz-özünə çoxalması proseslərində iştirak edən zülalların ümumi sayı iyirmidən artıqdır ki, bu da bu mürəkkəb, yüksək nizamlı, enerji tutumlu prosesi həyata keçirməyə imkan verir.

Hüceyrə bölünməsi ilə genomun təkrarlanması mexanizmlərinin əlaqələndirilməsi

Hüceyrənin bir (prokaryotik orqanizmlər) və ya bir neçə xromosom (eukaryotik orqanizmlər) olmasından asılı olmayaraq
orqanizmlər) hüceyrələr bölündükdə genom tamamilə təkrarlanmalıdır. Gen materialının duplikasiyasının başlanğıcı üçün siqnal, replikasiyanın başlanğıcındakı DNT ardıcıllığı ilə təşəbbüskar tənzimləyici zülalın bağlanması prosesidir.
Bakteriyalarda xromosomların təkrarlanması prosesləri replikasiya proseslərinin başladığı müəyyən bir nöqtədə başlayır və bütün genetik materialın ikiqat artması tamamlanana qədər davam edir. Bakteriyaların tək təkrarlanma vahidi kimi bir xromosom olduğu üçün ona replikon deyilir. Replikasiya proseslərinin başlanğıcı, şübhəsiz ki, replikasiyanın tam başa çatmasından sonra baş verən hüceyrə bölünməsinə gətirib çıxarır. Bu vəziyyətdə, genomların hər biri ayrı bir qız hüceyrəsinə keçir.
Eukaryotik hüceyrələr bölünməzdən əvvəl xromosomlarının tam surətini çıxarırlar. Hər bir xromosom bir neçə ayrı replikona bölünür, hər biri bir dəfə təkrarlanan kimi tədricən aktivləşir. Bu, bir neçə müstəqil replikasiya çəngəllərinin eyni vaxtda formalaşmasına imkan verir. Müəyyən bir çəngəldə replikasiyanın dayandırılması başqa bir xromosomla toqquşduqda və ya bir xromosomun sonuna çatdıqda baş verə bilər. Bunun sayəsində xromosomların genetik materialı kifayət qədər tez təkrarlanır. Hər bir cüt xromosom daha sonra mitoz bölünmə zamanı nəsil hüceyrələrinə keçir.

DNT duplikasiyasının tənzimlənməsi

DNT replikasiyası hüceyrə bölünməsi zamanı baş verən əsas hadisə hesab olunur. Burada əsas məqam ondan ibarətdir ki, hüceyrə bölünmə anında onun DNT-si artıq replikasiya olunub. Bu, təkrarlamanın tənzimlənməsi üçün müəyyən mexanizmlər vasitəsilə əldə edilir. DNT replikasiyası zamanı 3 əsas mərhələ var:
replikasiyanın başlanğıc mərhələsi
uzanma prosesi
xitam.
Replikasiya prosesinin əsas tənzimlənməsi başlanğıc mərhələsində baş verir.
Tənzimləmə necə həyata keçirilir? Replikasiya prosesi genin hər bir hissəsindən mümkün deyil, yalnız replikasiya prosesinin başlama yerləri adlanan müəyyən hissələrdən mümkündür. Orqanizmdən asılı olaraq, genomda bir və ya daha çox başlanğıc yeri ola bilər. Bir qayda olaraq, başlanğıc yerləri replikonlarda yerləşir - gen sintezindən dərhal sonra replikasiyaya başlayan xüsusi bölgələr.

DNT duplikasiyasında dəqiqlik

Mövcud orqanizmlərin genetik materialını qorumaq üçün DNT-nin reduplikasiyası yüksək dəqiqliklə aparılmalıdır. Məlumdur ki, hər hansı bir orqanizmin genomu sadəcə olaraq nəhəngdir. Alimlər göstəriblər ki, ümumi uzunluğu təqribən 3 milyard nukleotid əsasına malik olan məməlilərin genomunun özünü çoxaltması zamanı cəmi 1-3 səhv müşahidə edilir. Belə dəqiqliyə necə nail olunur? Axı genom sintezi əhəmiyyətli sürətə malikdir - bakteriyalarda saniyədə təxminən 500 nukleotid, məməlilərdə isə saniyədə təxminən 50 nukleotid. Bu gün tədqiqatçılar, genom sintezinin əhəmiyyətli sürəti ilə yanaşı, onun dəqiq surətini əldə etməyə kömək edən xüsusi səhvlərin düzəldilməsi mexanizmlərini müəyyən etdilər.
Korreksiya prosesinin unikallığı iki əsas məqamdadır. Birincisi, gen sintezi prosesində polimeraza daxil edilmiş hər bir nukleotidi iki dəfə yoxlayır - ilk dəfə onu sintez edilmiş zəncirə əlavə etməzdən əvvəl. Və sonrakı nukleotidi daxil etməzdən dərhal əvvəl ikinci dəfə yoxlayır. Səhv aşkar edildikdə, gen zəncirinin sintezi düzəldilənə qədər dayanır. Düzəltmə fermenti əks istiqamətdə hərəkət etdirərək və əlavə edilmiş əlaqələrin sonuncunu kəsməklə baş verir ki, bu yerə düzgün - tamamlayıcı - nukleotid daxil edilsin. Elmi dillə desək, bu o deməkdir ki, bəzi polimerazalar həm də 3′-terminal hidroliz fəaliyyətini yerinə yetirmək qabiliyyətinə malikdir və bu, səhvən yeni genlərə daxil edilmiş nukleotidlərin çıxarılmasına kömək edir.

İnteraktiv replikasiya modeli

DNT replikasiyasının belə bir modeli zülallar və fermentlər tərəfindən tənzimlənən bir çox mürəkkəb proses və mexanizmlərdən ibarət mürəkkəb “replikasiya maşını” kimi təqdim edilə bilər. İnteraktiv model genetik materialın təkrarlanması zamanı baş verən mexanizmi vizuallaşdırmağa kömək edir.
Bu model, müxtəlif rənglərin şərti simvolları ilə göstərilən gen sintezi zamanı azotlu əsasların tamamlayıcı əlavəsini nümayiş etdirir. Bundan əlavə, nukleotidlər yalnız müəyyən bir ardıcıllıqla birləşməyə qadirdirlər (nükleotid adenin yalnız timinlə, guanin isə yalnız sitozinlə). Zəncir sintezi mexanizmi soldan sağa doğru baş verir. DNT molekulunun pentoza fosfat onurğa sütunu simvolik olaraq 3′ və 5′ uclarının istiqamətini göstərən oxlarla müəyyən edilir. Reaksiyanın müsbət nəticəsi DNT zəncirində hərəkət edən bir ferment - polimeraza tərəfindən təmin edilir.
Bir qayda olaraq, interaktiv modeldə modeli Başlat düyməsi ilə işə saldıqda DNT replikasiyası aydın şəkildə göstərilir; Stop düyməsi ilə animasiyanı dayandıra və Sıfırla düyməsi ilə interaktiv mexanizmi orijinal formasına qaytara bilərsiniz.

Replikasiya sürəti

Replikasiya proseslərinin sürəti çox yüksəkdir, bu, bir dəqiqə ərzində təxminən 45.000 nukleotidin sintezinə imkan verir, valideyn çəngəl isə dəqiqədə 4500 dövrə sürətlə fırlanır. Genetik məlumatın eyni vaxtda, bəzən minlərlə yerdə eyni vaxtda təkrarlanması mümkün olduğuna görə, eukaryotik orqanizmlərdə genetik materialın tam ikiqat artması mexanizmi kifayət qədər tez baş verir. Əgər bu mümkün olmasaydı, genomun surətinin çıxarılması bir neçə ay çəkərdi.

Replikasiya prosesinin genetikada əhəmiyyəti

Genetik materialın təkrarlanması və qorunub saxlanılması proseslərinin öyrənilməsi həmişə tədqiqatçıların diqqətini cəlb etmişdir. Bunun sayəsində bu gün digər elmlər arasında xüsusi yer tutan molekulyar biologiya elmi yaranmışdır.
Əsrimizdə məhz bu elm sahəsində həyatın əsas aspektlərindən birinin - irsiyyət nəzəriyyəsinin ən mühüm proseslərini və mexanizmlərini təhlil etməyə və deşifrə etməyə imkan verən kəşflər edilmişdir.
Bu sahədə edilən kəşflər 20-ci əsrin ən böyük elmi nailiyyətləri hesab edilir, əhəmiyyəti radioaktivliyin kəşfinə bərabərdir.
Bu sahədə aparılan tədqiqatlar bir sıra yeni bioloji fənlərin - molekulyar biologiyanın, bionikanın, biokibernetikanın yaradılmasına və inkişaf etdirilməsinə imkan yaratmışdır ki, bu da bu gün insan sağlamlığı ilə bağlı bir sıra problemləri həll etməyə, bitkilərin yeni sortlarının yaradılmasına imkan verir. heyvan növləri.

DNT replikasiyası canlı orqanizmlərin hüceyrələrinin çoxalması zamanı valideyn DNT molekullarının ikiqat artması prosesidir. Yəni replikasiya prosesi hüceyrə bölünməsindən əvvəl baş verir. Replikasiya, transkripsiya və tərcümə kimi matris prosesi. Zəncirvari replikasiya zamanı DNT molekulları bir-birindən ayrılır və onların hər biri yeni tamamlayıcı zəncirin sintez olunduğu şablona çevrilir. Bu zaman yeni zəncirlərin nukleotidləri qoşalaşır tamamlayıcı köhnə zəncirlərin nukleotidləri ilə (T ilə A, C ilə G). Nəticədə, ana molekuldan fərqlənməyən iki qız ikiqat zəncirli DNT molekulu əmələ gəlir. Hər bir DNT molekulu orijinal ana molekulun bir zəncirindən və yeni sintez edilmiş bir zəncirdən ibarətdir. Bu kopyalama mexanizmi adlanır yarı mühafizəkar. Hər yeni sintez edilmiş zəncir antiparalel valideyn. Bir zəncirin sintezi (aparıcı) davamlı olaraq baş verir, digəri (geriləmə) - impuls. Bu mexanizm deyilir yarı davamlı.

Replikasiya çəngəlinin quruluşu. Aparıcı sap, geridə qalan sap, Okazaki fraqmentləri. şəkilə baxın.

DNT sintezində iştirak edən əsas fermentlər.

DNT polimerazalarının ümumi struktur xüsusiyyətləri.

Eyni prinsip üzərində işləyirlər: 3' ucuna 1 nukleotid əlavə edərək DNT zəncirini uzadırlar. Seçim şablon DNT-nin tamamlayıcılığı tələbləri ilə diktə edilir. Xüsusiyyətlər:

Bir neçə müstəqil domen, cat. birlikdə insanın sağ əlini xatırladırlar. DNT üç domendən əmələ gələn kiçik bir boşluqda bağlanır. Katalitik mərkəzin əsasını xurma domenində qorunan amin turşusu motivləri təşkil edir. "Barmaqlar" matrisi aktiv mərkəzdə düzgün yerləşdirir. “Baş barmaq” fermentin çıxışında DNT-ni bağlayır və yüksək proses qabiliyyətinə səbəb olur. Aktiv mərkəzdə hər üç domenin ən mühüm qorunmuş bölgələri bir araya gətirilərək davamlı səth əmələ gətirir. Eksonükleaz aktivliyi öz katalitik sahəsi olan müstəqil domendə yerləşir. N-terminal domeni eksonükleaz domeninə daxil edilmişdir.

DNT polimeraza I-nin xüsusiyyətləri.

Zədələnmiş DNT-nin təmirində iştirak edir, həmçinin DNT replikasiyasında köməkçi rol oynayır - şablon zəncirlə qoşalaşmış zəncirinin 3' ucunu uzadır və boşluqları geridə qalan zəncirlərin m/d fraqmentləri ilə doldurmağa imkan verir, Okazaki fraqmentlərini uzadır. 3' uclarından, eyni zamanda RNT ribonucleosides toxumlarını çıxararkən, pişik ilə. hər bir Okazaki fraqmenti başlayır. DNT polimeraza I cüt zəncirli DNT-də bir qırılma zamanı bir zəncirinin 3' ucunu uzatmağa və eyni qırılmanın 5' ucundan nukleotidləri çıxarmağa qadirdir (nik tərcüməsi) - təmir sistemində mühüm rol oynayır.

DNT polimeri" Mən bütün digərləri üzərində üstünlük təşkil edir. Bu, 2 hissəyə bölünə bilən 103 kDa polipeptiddir: C-terminal fraqmenti, 68 kDa, Klenow fraqmenti, polimeraza və 3'->5" eksonükleaz aktivliyinə malikdir; N-sikkə parçası, 35 kDa, 5' ->3" ekzonükleaz aktivliyi.

Holoenzim, DNT polimeraza III, replizom.

Holoenzim 4 növ alt kompleksə bölünən 10 zülaldan ibarət 900 kDa kompleksdir:

α, ξ, θ. Katalitik nüvənin 2 nüsxəsini ehtiva edir. α – DNT polimeraza aktivliyi, ξ – 3’-eksonükleaz aktivliyi, θ – ekzonükleazanı stimullaşdırır.

Tərkibində 2 alt bölmə τ (tau) var - onlar katalitik aktivliyə (α) malik minimal fermenti bir yerdə saxlamağa xidmət edir.

Qısqacın 2 nüsxəsi – DNT şablonlarında minimal fermentin saxlanmasına cavabdehdir. Hər biri β alt bölmələrinin homodimerindən ibarətdir. Əsas rol kopyalama prosesi başa çatmazdan əvvəl fermentin matrisdən ayrılma ehtimalını minimuma endirməkdir.

γ – 5 zülaldan ibarət qrup, pişik. bir sıxac-yükləyici təşkil edir - DNT matrisinə sıxac tətbiq etmək üçün bir cihaz. 2 δ, 1 γ, 1 ψ və 1 χ alt bölməsindən ibarətdir.

Replisome yarı konservativ replikasiya prosesini həyata keçirən bakterial replikasiya çəngəlində multiferment kompleksidir; DNT polimeraza və bir sıra digər zülalları ehtiva edir.

Eukaryotik DNT polimerazları.

DNT polimeraza α - yeni bir ipin və geridə qalanın sintezinə başlayır. β-alt bölməsi və primaz aktivliyi olan iki kiçik zülal ilə əlaqələndirilir, buna görə də zəncirləri yenidən sintez edə bilir. 2 funksiya: astarlama və genişləndirmə = α-primaza.

DNT polimeraza δ - aparıcı ipi uzadır

DNT polimeraza ξ - geridə qalan ipin sintezində iştirak edir

DNT ligazaları.

Replikasiya, təmir və rekombinasiya zamanı DNT zəncirlərini birləşdirmək üçün lazımdır. E. coli və fag T4-dən olan DNT ligazaları iki fərqli dupleks fraqmentin uclarını və ya xətti və ya dairəvi DNT zəncirlərinin qırıq uclarını birləşdirə bilən tək peptidlərdir. Beləliklə, DNT ligazalarının köməyi ilə həm xətti, həm də dairəvi dupleks DNT molekulları əmələ gələ bilər.

DNT helikazları.

ATP hidrolizinin enerjisindən istifadə edərək zəncirləri açır. Replikasiya çəngəlinin hərəkətini və bükülməmiş iplərin təkrarlanmasını həyata keçirən kompleksin bir hissəsi kimi fəaliyyət göstərir. Sürəti artırmaq üçün bir neçə Zelicase birlikdə hərəkət edə bilər.

SSB-zülallar.

Tək zəncirli bağlayıcı zülallar spiralın sabitliyini pozur, tək zəncirli bölgəyə bağlanır və bununla da onu sabitləşdirir, yəni. tək zəncirli DNT-nin bir hissəsi sabitlənmişdir.

DNT topoizomerazlarıIVəII, giraz.

DNT açıldıqda, molekul fırlanır - ikincili və üçüncü dərəcəli strukturlarda dəyişiklik. Bu proseslər topoizomerazlar adlanan bir qrup ferment tərəfindən kataliz edilir. Onlar DNT-də nuklein turşusu molekulunun fırlanmasına və şablona çevrilməsinə imkan verən tək və iki zəncirli qırılmalar yaradır. Təsir mexanizminə görə birinci (I) və ikinci (II) tipli topoizomerazlar fərqləndirilir.

I tip topoizomerazlar (E. coli-də - swivelaza) - DNT molekuluna bir zəncirli qırılma təqdim edir, II tip topoizomerazlar (E. coli-də - girazda) - DNT-də iki zəncirli qırılmanı həyata keçirir və DNT zəncirlərini kanal vasitəsilə ötürür. qırılma, ardınca çarpaz əlaqə. Eyni zamanda, öz funksiyalarını yerinə yetirərkən, topizomerazlar DNT molekulu ilə əlaqəli olaraq qalırlar. Bu proseslərdə topoizomerazlar fosfotirozin əmələ gətirmək üçün DNT-nin fosfat qrupuna nukleofil hücum həyata keçirən tirozin qalığından istifadə edirlər. Nəticədə, fermentlər qırılma yerində DNT-nin 5' və ya 3' uclarına kovalent şəkildə bağlanır. Belə bir kovalent bağın əmələ gəlməsi reaksiyanın son mərhələlərində bir zəncirli qırılma zamanı fosfodiester bağını bərpa edərkən enerji sərf etmək ehtiyacını aradan qaldırır. Tip I DNT topoizomerazları hər monomerik zülal molekulu üçün bir katalitik tirozin qalığına malikdir, DNT topoizomeraz II dimerləri isə hər bir alt vahidə bir katalitik qalıq ehtiva edir ki, bu da DNT molekulunda pilləli qoşa zəncirli qırılma yaradır.

Topoizomerazlar menteşə rolunu oynayır, lakin hərəkətləri əksinədir. Topoizomerazlar I, dairəvi supercoiled DNT zəncirlərindən birini qıraraq, zəncirləri açır və super sarğıların sayını azaldır. Topoizomerazlar II rahat, superqıvrılmamış, qapalı dairəvi DNT-ni supercoilə çevirir.

Replikasiya mərhələləri: başlanğıc, uzanma, sonlanma. Yeni DNT zəncirlərinin əmələ gəlməsinin başlanması. Primaza. Primosom. Prokaryotlarda DNT replikasiyasının dayandırılması və qız spirallarının ayrılması.

Xətti genomlarda replikasiyanın dayandırılması. Xətti açıq DNT fraqmentinin replikasiyası problemi. Telomerlər və telomerik təkrarlar, telomerik döngə. Telomeraza. Telomerazanın mexanizmi. Eukaryotik DNT replikasiyasının xüsusiyyətləri. Eukariotların replikaları.

Digər hüceyrə makromolekullarının biosintezi vəziyyətində olduğu kimi, replikasiya prosesi şərti olaraq bölünür. üç əsas mərhələ: başlanğıc, uzanma və sonlanma.

Prokaryotik replikasiya

Təşəbbüs

Ən çox prokaryotların xromosomu təmsil olunur bir və ya iki təkrarlanma mənşəli tək superburuqlu dairəvi molekul.İki DNT zəncirinin hər birinin yeni bir zəncir sintezi üçün şablona çevrilməsi üçün DNT zəncirlərinin düzləşməsi və bir-birindən uzaqlaşması lazımdır. Müəyyən edilmişdir ki, DNT zəncirləri bütün uzunluğu boyunca deyil, qısa bir hissədə açılır. Bu, replikasiya çəngəlinin əmələ gəldiyi yerdir, DNT duplikasiyasının yeri.

DNT açıldıqda, molekul fırlanır - ikincili və üçüncü dərəcəli strukturlarda dəyişiklik. Bu proseslər adlanan fermentlər qrupu tərəfindən kataliz edilir topoizomerazlar . Onlar DNT-də nuklein turşusu molekulunun fırlanmasına və şablona çevrilməsinə imkan verən tək və iki zəncirli qırılmalar yaradır. Təsir mexanizminə görə birinci (I) və ikinci (II) tipli topoizomerazlar fərqləndirilir.

Təşəbbüs zülalları replikasiyanın başladığı və replikasiyanın mənşəyi (və ya mənşəyi, oriC) adlanan ana DNT molekulunun bükülməmiş hissəsində “oturur”. OriC-də replikasiyanın başlanması altı zülal DnaA, DnaB, DnaC, HU, giraz və SSB olan kompleksin formalaşması ilə başlayır.

Birincisi, zülallar doqquz nukleotid ardıcıllığına bağlanır DnaA , böyük bir məcmu təşkil edən. Mənşə DNT onu əhatə edir və DNT zəncirləri üç 13-mer ardıcıllığından ibarət bir bölgəyə ayrılır. Növbəti mərhələdə DnaB (helikaz) və DnaC zülalları birləşərək 6 nm radiuslu 480 kDa ölçüsündə məcmu təşkil edir. helikaz/ DnaB DNT-nin ikiqat zəncirindəki azotlu əsaslar arasında hidrogen bağlarının qırılmasını təmin edir, onun denatürasiyasına gətirib çıxarır, yəni. iplərin ayrılığı.

DNT-nin qoşa spiralının düzəldilməsi və denatürasiyası nəticəsində Y şəkilli replikasiya çəngəsi əmələ gəlir (şəkil). Məhz bu replikasiya çəngəlində DNT polimerazaları qız DNT molekullarını sintez edir. Bu DNT parçası təkrarlanmamış DNT-də qabarcıq və ya “göz” kimi görünür. Replikasiya “gözləri” replikasiya mənşəyinin yerləşdiyi yerlərdə əmələ gəlir. DNT zəncirləri ayrıldıqda, molekul kifayət qədər hərəkətli olur. Fəaliyyət sayəsində vahid zəncirlərin strukturunda bütün mümkün pozuntular aradan qaldırılır SSB zülalları (tək zəncirli DNT-ni bağlayan zülallar və ya spiral-stabilləşdirici zülallar), DNT-nin tək zəncirlərinə bağlanaraq onların bir-birinə yapışmasının qarşısını alır.

1. Replikasiya nə vaxt baş verir?- Hüceyrə bölünməsindən çox əvvəl interfazanın sintetik fazasında. Replikasiya və mitozun profilaktikası arasındakı dövr interfazanın postsintetik fazası adlanır, bu müddət ərzində hüceyrə böyüməyə davam edir və duplikasiyanın düzgün baş verib-vermədiyini yoxlayır.

2. Əgər qoşalaşmadan əvvəl 46 xromosom var idisə, ikiqat artdıqdan sonra onların sayı neçə olacaq?- DNT ikiqat artdıqda xromosomların sayı dəyişmir. Duplikasiyadan əvvəl insanda 46 tək xromosom (bir qoşa DNT zəncirindən ibarətdir), duplikasiyadan sonra isə 46 qoşa xromosom (sentromerdə bir-biri ilə birləşmiş iki eyni DNT qoşa zəncirindən ibarətdir) olur.

3. Replikasiya nə üçün lazımdır?- Belə ki, mitoz zamanı hər bir qız hüceyrəsi öz DNT nüsxəsini ala bilsin. Mitoz zamanı 46 qoşa xromosomun hər biri iki tək xromosoma bölünür; 46 tək xromosomdan ibarət iki dəst əldə edilir; bu iki dəst iki qız hüceyrəsinə ayrılır.

DNT quruluşunun üç prinsipi

Yarı mühafizəkar- hər qız DNT-də ana DNT-dən bir zəncir və yeni sintez edilmiş bir zəncir var.

Tamamlayıcılıq- AT/CG. Bir DNT zəncirinin adeninin qarşısında həmişə başqa bir DNT zəncirinin timin, sitozinin əksinə isə həmişə guanin var.

Antiparalellik- DNT zəncirləri bir-birinə əks uclarda yerləşir. Bu uçlar məktəbdə öyrənilmir, buna görə bir az daha ətraflı (və sonra vəhşi təbiətə).

DNT-nin monomeri nukleotiddir, nukleotidin mərkəzi hissəsi dezoksiribozadır. 5 karbon atomuna malikdir (ən yaxın şəkildə, aşağı sol deoksiriboza nömrələnmiş atomlara malikdir). Baxaq: birinci karbon atomuna azotlu əsas, beşinciyə verilmiş nukleotidin fosfor turşusu, üçüncü atom isə növbəti nukleotidin fosfor turşusunu birləşdirməyə hazırdır. Beləliklə, hər hansı bir DNT zəncirinin iki ucu var:

• 5" ucu, üzərində fosfor turşusu yerləşir;
• 3" ucunda riboza var.

Antiparalel qayda ondan ibarətdir ki, DNT-nin qoşa zəncirinin bir ucunda (məsələn, ən yaxın şəklin yuxarı ucunda) bir zəncir 5" ucu, digərinin isə 3" ucu var. Replikasiya prosesi üçün DNT polimerazının yalnız 3" ucunu genişləndirə bilməsi vacibdir. DNT zənciri yalnız 3" ucunda böyüyə bilər.

Bu şəkildə DNT-nin ikiqat artması prosesi aşağıdan yuxarıya doğru baş verir. Görünür ki, sol zəncir eyni istiqamətdə, sağda isə əks istiqamətdə böyüyür.

Aşağıdakı şəkildə üst yeni zəncir("aparıcı ip") təkrarlamanın baş verdiyi eyni istiqamətdə uzanır. Alt yeni zəncir("lagging strand") eyni istiqamətdə uzana bilməz, çünki orada onun 5" ucu var, xatırladığımız kimi böyümür. Buna görə də aşağı zəncir qısa (100-200 nukleotid) Okazakinin köməyi ilə böyüyür. hər biri 3" istiqamətdə böyüyən fraqmentlər. Hər bir Okazaki fraqmenti primerin 3" ucundan böyüyür ("RNT primerləri", primerlər şəkildə qırmızıdır).

Replikasiya fermentləri

Replikasiyanın ümumi istiqaməti- DNT duplikasiyasının baş verdiyi istiqamət.
Valideyn DNT- köhnə (ana) DNT.
"Valideyn DNT"sinin yanında yaşıl bulud- köhnə (ana) DNT zəncirinin azotlu əsasları arasında hidrogen bağlarını qıran helikaz fermenti.
Bir-birindən yenicə ayrılmış DNT zəncirlərindəki boz ovallar- DNT zəncirlərinin bağlanmasına mane olan zülalları stabilləşdirir.
DNT pol III- Üst (aparıcı, davamlı sintez olunan) DNT zəncirinin 3" ucuna yeni nukleotidlər əlavə edən DNT polimeraza (Aparıcı ip).
Primaza- primer hazırlayan primaz fermenti (qırmızı Lego parçası). İndi primerləri soldan sağa sayırıq:

• birinci astar hələ tamamlanmayıb, primaza onu indi hazırlayır;
• ikinci primerdən DNT polimeraza DNT qurur - DNT-nin ikiqat artması istiqamətində əks istiqamətdə, lakin 3" ucu istiqamətində;
• üçüncü primerdən DNT zənciri artıq qurulmuşdur (Geridə qalan ip), o, dördüncü primerə yaxınlaşdı;
• dördüncü primer ən qısadır, çünki DNT polimeraz (DNT pol I) onu aradan qaldırır (digər adı RNT, DNT ilə heç bir əlaqəsi yoxdur, bizə ondan yalnız sağ uc lazım idi) və DNT ilə əvəz edir;
• Beşinci astar artıq şəkildə yoxdur, yerində boşluq buraxaraq tamamilə kəsilib. DNT ligaza (DNT ligaza) aşağı (geri qalmış) DNT zəncirinin toxunulmaz olması üçün bu qırağı tikir.

Topoizomeraz fermenti super şəkildə göstərilməyib, lakin sınaqlarda daha sonra görünəcək, ona görə də bu barədə bir neçə söz deyək. Budur, üç böyük ipdən ibarət bir kəndir. Əgər üç yoldaş bu üç ipdən tutsa və onları üç fərqli istiqamətə çəkməyə başlasa, çox keçmədən ip açılmağı dayandıracaq və sıx döngələrə büküləcəkdir. Eyni şey, topoizomeraz olmasaydı, iki telli ip olan DNT ilə də baş verə bilər.

Topoizomeroz iki DNT zəncirindən birini kəsir, bundan sonra (ikinci şəkil, qırmızı ox) DNT onun zəncirlərindən birinin ətrafında fırlanır, beləliklə sıx ilmələr əmələ gəlmir (topoloji gərginlik azalır).

Terminalın təkrarlanması

Replikasiya fermentləri ilə super şəkildən aydın olur ki, primer çıxarıldıqdan sonra qalan yerdə DNT polimeraza növbəti Okazaki fraqmentini tamamlayır. (Həqiqətən aydındırmı? Əgər bir şey varsa, super rəsmdəki Okazaki fraqmentləri dairələrdə rəqəmlərlə göstərilir.) Super rəsmdəki replikasiya məntiqi (sol) sonuna çatdıqda, sonuncu (ən solda) Okazaki fraqmenti olmayacaq. "növbəti", buna görə primeri çıxardıqdan sonra qalan boş yerdə DNT-ni tamamlayan heç kim olmayacaq.

Budur sizin üçün başqa bir rəsm. Qara DNT zənciri köhnədir, anadır. DNT duplikasiyası, super modeldən fərqli olaraq, soldan sağa doğru baş verir. Sağdakı yeni (yaşıl) DNT-nin 5" ucu olduğundan, o, geridə qalır və ayrı-ayrı fraqmentlərlə (Okazaki) uzadılır. Hər bir Okazaki fraqmenti primerinin 3" ucundan (mavi düzbucaqlı) böyüyür. Primerlər, xatırladığımız kimi, DNT polimeraza tərəfindən çıxarılır, bu anda növbəti Okazaki fraqmentini tamamlayır (bu proses qırmızı ellipslə göstərilir). Xromosomun sonunda bu hissəni dolduracaq heç kim yoxdur, çünki növbəti Okazaki fraqmenti olmadığı üçün orada artıq boş yer var. (Boşluq). Beləliklə, hər replikasiyadan sonra qız xromosomlarının hər iki 5" ucu qısalır (terminalın təkrarlanması).

Kök hüceyrələr (dəridə, qırmızı sümük iliyində, testislərdə) 60 dəfədən çox bölünməlidir. Buna görə də onlarda telomeraz fermenti fəaliyyət göstərir ki, bu da hər replikasiyadan sonra telomerləri uzadır. Telomeraza DNT-nin 3"-dən yuxarı olan ucunu Okazaki fraqmentinin ölçüsünə qədər böyüyəcək şəkildə genişləndirir. Bundan sonra primaz onun üzərində primeri sintez edir və DNT polimeraza DNT-nin az replikasiya olunmuş 5" ucunu genişləndirir.

Testlər

1. Replikasiya aşağıdakı prosesdir:
A) transfer RNT sintezi baş verir;
B) DNT sintezi (kopyalanması) baş verir;
C) ribosomlar antikodonları tanıyır;
D) peptid bağları əmələ gəlir.

2. Prokariotların çoxalmasında iştirak edən fermentlərin funksiyalarını onların adları ilə uyğunlaşdırın.

3. Eukaryotik hüceyrələrdə replikasiya zamanı primerlərin çıxarılması
A) yalnız DNTaz aktivliyi olan ferment tərəfindən həyata keçirilir
B) Okazaki fraqmentləri əmələ gətirir
B) yalnız geridə qalan tellərdə baş verir
D) yalnız nüvədə baş verir

4. Əgər siz fX174 bakteriofaqının DNT-sini çıxarsanız, onun tərkibində 25% A, 33% T, 24% G və 18% C olduğunu görəcəksiniz. Bu nəticələri necə izah edə bilərsiniz?
A) Təcrübənin nəticələri yanlışdır; haradasa xəta var idi.
B) Ehtimal etmək olar ki, A faizinin təxminən T faizinə bərabər olması C və G üçün də doğrudur. Ona görə də Çarqaff qaydası pozulmur, DNT ikizəncirlidir və yarıkonservativ surətdə çoxalır.
B) A və T və müvafiq olaraq C və G faizləri fərqli olduğundan DNT tək zəncirlidir; şablon olaraq tək zəncirlə xüsusi təkrarlama mexanizmini izləyən xüsusi bir ferment tərəfindən təkrarlanır.
D) Nə A T-yə, nə də G C-yə bərabər olmadığına görə, DNT tək zəncirli olmalıdır, tamamlayıcı zəncir sintez edilərək və bu qoşa zəncirli formadan şablon kimi istifadə edilərək təkrarlanır.

5. Diaqram iki zəncirli DNT replikasiyasına aiddir. I, II, III kvadratların hər biri üçün bu sahədə fəaliyyət göstərən bir ferment seçin.

A) Telomeraza
B) DNT topoizomerazası
B) DNT polimeraza
D) DNT helikazası
D) DNT liqazası

6. Yüngül azot izotopu (N-14) olan mühitdən bakteriya kulturası ağır izotop (N-15) olan mühitə bir bölünməyə uyğun gələn müddətə köçürüldü və sonra yüngül azotlu mühitə qaytarıldı. izotop. İki təkrarlamaya uyğun gələn müddətdən sonra bakteriyaların DNT tərkibinin təhlili göstərdi:

Seçimlər cavab	DNT
	işıq	orta	ağır
A	3/4	1/4	-
B	1/4	3/4	-
IN	-	1/2	1/2
G	1/2	1/2	-

7. Nadir bir genetik xəstəlik immun çatışmazlığı, əqli və fiziki gerilik, mikrosefaliya ilə xarakterizə olunur. Tutaq ki, bu sindromlu bir xəstənin DNT ekstraktında siz demək olar ki, bərabər miqdarda uzun və çox qısa DNT uzantılarını tapdınız. Bu xəstədə ən çox hansı ferment çatışmır/qüsurludur?
A) DNT liqazası
B) Topoizomeraz
B) DNT polimeraza
D) Helikaz

8. DNT molekulu dörd müxtəlif növ azotlu əsasları ehtiva edən ikiqat sarmaldır. DNT-nin həm replikasiyası, həm də kimyəvi quruluşu ilə bağlı aşağıdakı müddəalardan hansı düzgündür?
A) İki ipin əsas ardıcıllığı eynidir.
B) DNT-nin qoşa zəncirində purinlərin tərkibi pirimidinlərin tərkibinə bərabərdir.
C) Hər iki zəncir davamlı olaraq 5’→3’ istiqamətində sintez olunur.
D) Yeni sintez edilmiş nuklein turşusunun birinci əsasının əlavə edilməsi DNT polimeraza tərəfindən kataliz edilir.
E) DNT polimerazanın xəta korreksiyası fəaliyyəti 5’→3’ istiqamətində baş verir.

9. Əksər DNT polimerazaları da aktivliyə malikdir:
A) ligaza;
B) endonukleaza;
B) 5"-eksonukleaza;
D) 3"-eksonukleaza.

10. DNT helikazı, cüt zəncirli DNT-ni tək zəncirli DNT-yə açan əsas DNT replikasiya fermentidir. Bu fermentin xüsusiyyətlərini təyin etmək üçün bir təcrübə aşağıda təsvir edilmişdir.

Bu təcrübə ilə bağlı aşağıdakı ifadələrdən hansı düzgündür?
A) Gelin yuxarı hissəsində görünən bant yalnız ssDNA-dır, ölçüsü 6,3 kb.
B) Gelin dibində görünən bant 300bp etiketli DNT-dir.
B) Hibridləşdirilmiş DNT yalnız DNT helikazı ilə işlənirsə və reaksiya tamamlanana qədər aparılırsa, zolaqların düzülüşü b-də 3-cü zolağında göstərildiyi kimi görünür.
D) Hibridləşdirilmiş DNT yalnız helikazla müalicə edilmədən qaynadılırsa, zolağın düzülüşü b-də 2-ci zolaqda göstərildiyi kimi görünür.
E) Əgər hibridləşdirilmiş DNT yalnız qaynadılmış helikazla işlənirsə, bant düzümü b-də 1-ci zolağında göstərildiyi kimi görünür.

Rayon olimpiadası 2001
- Ümumrusiya Olimpiadası 2001
- Beynəlxalq Olimpiada 2001
- Beynəlxalq Olimpiada 1991
- Beynəlxalq Olimpiada 2008
- Rayon olimpiadası 2008
- Beynəlxalq Olimpiada 2010
Bu olimpiadaların tam mətnləri ilə tanış olmaq olar.