ДНХ-ийн хуулбар хэрхэн явагддаг вэ? Репликаци ба транскрипцийн процессууд Хуулбарлах процесс дахь матриц нь

Нуклейн хүчил нь амьд организмын эсийн амин чухал үйл ажиллагааг хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ бүлгийн органик нэгдлүүдийн чухал төлөөлөгч бол генетикийн бүх мэдээллийг агуулсан, шаардлагатай шинж чанаруудын илрэлийг хариуцдаг ДНХ юм.

Репликац гэж юу вэ?

Эсүүд хуваагдах явцдаа удамшлын мэдээлэл алдагдахаас сэргийлж цөм дэх нуклейн хүчлүүдийн хэмжээг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болдог. Биологийн хувьд репликаци нь шинэ хэлхээ нийлэгжүүлэн ДНХ-ийн давхардал юм.

Энэ үйл явцын гол зорилго нь генетикийн мэдээллийг ямар ч мутацигүйгээр охин эсүүдэд шилжүүлэх явдал юм.

Хуулбарлах фермент ба уураг

ДНХ-ийн молекулын давхардал нь тохирох уураг шаарддаг эс дэх аливаа бодисын солилцооны үйл явцтай харьцуулж болно. Биологийн репликаци нь эсийн хуваагдлын чухал бүрэлдэхүүн хэсэг учраас энд олон туслах пептидүүд оролцдог.

• ДНХ полимераз нь охины гинжин хэлхээний нийлэгжилтийг хариуцдаг хамгийн чухал редупликацийн фермент юм.

Эдгээр суурь нь нуклейн хүчлийн мономерууд тул молекулын бүхэл бүтэн гинж нь тэдгээрээс үүсдэг. ДНХ полимераз нь зөв дарааллаар угсрах процессыг хариуцдаг, эс тэгвээс бүх төрлийн мутаци үүсэх нь зайлшгүй юм.

• Примаза нь загвар ДНХ-ийн хэлхээнд праймер үүсэх үүрэгтэй уураг юм. Энэ праймерыг мөн праймер гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь ДНХ полимераза ферментийн хувьд бүхэл бүтэн полинуклеотидын гинжийг нэгтгэх боломжтой анхны мономеруудтай байдаг. Энэ функцийг праймер болон түүнд тохирох фермент гүйцэтгэдэг.
• Хеликаз (геликаз) нь устөрөгчийн холбоог таслах замаар загвар утаснуудын хуваагдал болох хуулбарлах салаа үүсгэдэг. Энэ нь полимеразууд молекул руу ойртож, синтезийг эхлүүлэхэд хялбар болгодог.
• Топоизомераза. Хэрэв та ДНХ-ийн молекулыг эрчилсэн олсоор төсөөлвөл полимераз нь гинжин хэлхээний дагуу хөдөлж байх үед хүчтэй эргэлтээс болж эерэг хурцадмал байдал үүснэ. Энэ асуудлыг топоизомераза ферментээр шийдэж, гинжийг богино хугацаанд тасалж, бүх молекулыг задалдаг. Үүний дараа гэмтсэн хэсгийг хооронд нь холбож, ДНХ нь хурцадмал байдалд ордоггүй.
• Ssb уургууд нь бөөгнөрөлтэй адил репликацийн салаа дахь ДНХ-ийн хэлхээнд наалдаж, редупликацын процесс дуусахаас өмнө устөрөгчийн холбоо дахин үүсэхээс сэргийлдэг.
• Лигаза. ДНХ молекулын хоцрогдсон хэлхээн дээр Оказаки хэлтэрхийг хооронд нь оёхоос бүрдэнэ. Энэ нь праймеруудыг хайчилж, оронд нь уугуул дезоксирибонуклеины хүчлийн мономеруудыг оруулах замаар тохиолддог.

Биологийн хувьд хуулбарлах нь олон үе шаттай нарийн төвөгтэй үйл явц бөгөөд эсийн хуваагдлын явцад маш чухал юм. Тиймээс үр дүнтэй, зөв ​​синтез хийхэд янз бүрийн уураг, ферментийг ашиглах шаардлагатай байдаг.

Хувиргах механизм

ДНХ-ийн хуулбарлах үйл явцыг тайлбарладаг 3 онол байдаг.

1. Консерватив нэг охин нуклейн хүчлийн молекул нь загвар шинж чанартай, хоёр дахь нь эхнээс нь бүрэн нийлэгждэг гэж үздэг.
2. Хагас консервативыг Ватсон, Крик нар санал болгосон бөгөөд 1957 онд E. Coli дээр хийсэн туршилтаар батлагдсан. Энэ онолын дагуу хоёр охин ДНХ молекул нь нэг хуучин хэлхээтэй, нэг шинээр нийлэгжсэн нэг хэлхээтэй байдаг.
3. Тархалтын механизм нь охин молекулууд нь хуучин болон шинэ мономеруудаас бүрдэх бүхэл бүтэн уртын дагуу ээлжлэн оршдог гэсэн онол дээр суурилдаг.

Одоо хагас консерватив загвар нь шинжлэх ухаанаар батлагдсан. Молекулын түвшинд хуулбарлах гэж юу вэ? Нэгдүгээрт, хеликаза нь ДНХ молекулын устөрөгчийн холбоог тасалдаг бөгөөд ингэснээр полимеразын ферментийн хоёр хэлхээг нээдэг. Сүүлийнх нь үр үүссэний дараа 5'-3' чиглэлд шинэ гинжний синтезийг эхлүүлнэ.

ДНХ-ийн эсрэг параллель шинж чанар нь тэргүүлэх болон хоцрогдсон хэлхээ үүсэх гол шалтгаан юм. Тэргүүлэх хэлхээнд ДНХ полимераз тасралтгүй хөдөлж, хоцрогдсон туузан дээр Оказаки хэлтэрхийнүүд үүсдэг бөгөөд энэ нь ирээдүйд лигаза ашиглан холбогдох болно.

Хуулбарлах онцлогууд

Репликацийн дараа цөмд хэдэн ДНХ молекул байдаг вэ? Уг процесс нь өөрөө эсийн удамшлын бүтцийг хоёр дахин ихэсгэдэг тул митозын нийлэг үед диплоид багц нь ДНХ-ийн молекулуудаас хоёр дахин их байдаг. Энэ оруулгыг ихэвчлэн 2n 4c гэж тэмдэглэдэг.

Хуулбарлахын биологийн утгаас гадна эрдэмтэд энэ үйл явцыг анагаах ухаан, шинжлэх ухааны янз бүрийн салбарт ашиглахыг олж мэдсэн. Хэрэв биологийн хувьд репликаци нь ДНХ-ийн хоёр дахин нэмэгддэг бол лабораторийн нөхцөлд нуклейн хүчлийн молекулын нөхөн үржихүйг хэдэн мянган хуулбарыг бий болгоход ашигладаг.

Энэ аргыг полимеразын гинжин урвал (ПГУ) гэж нэрлэдэг. Энэ үйл явцын механизм нь in vivo репликацитай төстэй тул түүний үүсэхэд ижил төстэй ферментүүд болон буфер системийг ашигладаг.

дүгнэлт

Хуулбарлах нь амьд организмын хувьд биологийн чухал ач холбогдолтой. ДНХ-ийн молекулыг хоёр дахин нэмэгдүүлэхгүйгээр эсийн хуваагдлын үед дамжих нь бүрэн гүйцэд байдаггүй тул ферментүүдийн уялдаа холбоотой ажил нь бүх үе шатанд чухал байдаг.

1. Санаачлага.

Хуулбарлах нь ДНХ-ийн нарийн тодорхойлогдсон хэсгүүдээс эхэлдэг - хуулбарлах гарал үүслийн цэгүүд - ори (англи хэлнээс - эхлэл). Энд нуклеотидын тодорхой дараалал байдаг - ДНХ-ийн хайрцаг, санаачлагч уургаар хүлээн зөвшөөрөгдсөн, дараа нь бусад хуулбарлах ферментүүд холбогддог. ДНХ-ийн нийлэгжилт нь зөвхөн нэг судалтай загвар дээр явагддаг тул үүнээс өмнө ДНХ-ийн хоёр хэлхээг заавал салгах ёстой, өөрөөр хэлбэл. Дараах процессуудыг багтаасан матрицыг бэлтгэх.

· ДНХ-ийн спираль нь ATP-ийн энергийг ашиглан ДНХ-ийн давхар мушгиа тайлдаг. Утаснууд нь салж эхэлдэг газрыг Y хэлбэрийн онцлогтой тул хуулбарлах салаа гэж нэрлэдэг.

· ДНХ-ийн топоизомераза нь ДНХ-г задлахад топологийн хурцадмал байдлыг (супер ороомог) арилгадаг. Үүнийг хийхийн тулд фермент эхлээд ДНХ-ийн хэлхээг тасалж, дараа нь эвдэрсэн төгсгөлд ковалент байдлаар наалддаг. Энэ холбоо нь их хэмжээний энергитэй тул урвал нь буцах боломжтой бөгөөд нэмэлт эрчим хүчний зардал шаарддаггүй. Хоёр төрлийн топоизомераза илрүүлсэн: топоизомераза I (нэг хэлхээний тасалдлыг нэвтрүүлдэг) ба топоизомераза II (ДНХ-ийн давхар хэлхээний тасалдлыг нэвтрүүлдэг).

· SSB уураг (нэг судалтай ДНХ холбогч уураг) нь нэг судалтай хэсгүүдтэй холбогдож, сүлжихгүй дуплексийг тогтворжуулж, үсний хавчаар үүсэхээс сэргийлдэг.

ДНХ-ийн загвар бэлэн боллоо. Одоо эсэд агуулагдах дезоксирибонуклеозид трифосфатуудаас (dNTPs) эх ДНХ молекулын гинж бүрт нэмэлт гинж нэмэх шаардлагатай байна. Дезоксирибонуклеотидын ДНХ-матрицаар тодорхойлогдсон нэмэлт урвалыг катализатор болгодог ферментүүдийг ДНХ полимераз (DNCP) гэж нэрлэдэг.

Анхны ДНХ полимеразыг 1957 онд А.Корнберг нээж, 1959 онд ДНХ биосинтезийн механизмыг нээснийхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртжээ.

Прокариотуудын хамгийн сайн судлагдсан DNAP нь:

· DNAP I. Чиг үүрэг:

5'-3' - экзонуклеаз (5'-терминал нуклеотидыг арилгах боломжтой)

· DNAP II. Дүр нь бүрэн тодорхойгүй байна. Хуулбарлах ажилд оролцдоггүй.

· DNAP III. Хуулбарлах гол фермент. Чиг үүрэг:

Полимераз (нуклеотидуудыг фосфодиэстерийн холбоогоор холбодог),

3'-5' - экзонуклеаза (3'-терминал нуклеотидыг арилгах боломжтой)

DNAP нь хоёр онцлогтой:

Нэгдүгээрт, ДНХ полимеразууд ДНХ-ийн нийлэгжилтийг эхлүүлж чадахгүй, харин одоо байгаа полинуклеотидын гинжин хэлхээний 3' төгсгөлд зөвхөн шинэ дезоксирибонуклеотидын нэгжүүдийг нэмж болно. Тиймээс DNAP нь праймерыг шаарддаг. DNAP-ийн үйл ажиллагаанд шаардлагатай праймер нь РНХ-ээс (ойролцоогоор 15-17 нуклеотид) тогтдог ба энзим примазаар нийлэгждэг. Примаз нь геликаз ба ДНХ-тэй холбогдож, примосом гэж нэрлэгддэг бүтцийг үүсгэдэг. Дараа нь DNAP III нь праймертай холбогдож гинжийг сунгана.

Хоёрдугаарт, шинэ полимеразын гинжин нийлэгжилтийг зөвхөн загварын гинжин хэлхээний дагуу 5'-3' чиглэлд, чиглэсэн антипараллель, өөрөөр хэлбэл. 3'-5'. Эсрэг чиглэлд гинжний нийлэгжилт хэзээ ч тохиолддоггүй тул хуулбарлах салаа дахь нийлэгжсэн гинж нь эсрэг чиглэлд өсөх ёстой. Нэг гинжний нийлэгжилт (тэргүүлэх, тэргүүлэх) тасралтгүй явагддаг, нөгөө нь (хоцрогдсон) - хэсгүүдэд байдаг. Тэргүүлэх хэлхээ нь 5'-ээс 3' төгсгөл хүртэл хуулбарлах салаа чиглэлд ургадаг бөгөөд зөвхөн нэг эхлэлийг шаарддаг. Мөн хоцрогдсон хэлхээ нь 5'-ээс 3' төгсгөл хүртэл ургадаг, гэхдээ хуулбарлах салааны хөдөлгөөний эсрэг чиглэлд. Хоцрогдсон гинжин хэлхээний синтезийн хувьд хэд хэдэн эхлэлийн үйлдлүүд хийгдэх ёстой бөгөөд үүний үр дүнд прокариотуудад 1000-2000 нуклеотид байдаг олон богино гинж (Оказаки хэлтэрхий) үүсдэг.

Оказаки фрагмент бүрийн эхэнд РНХ-ийн праймер байдаг бөгөөд үүнийг арилгах шаардлагатай байдаг рибонуклеотидууд ДНХ-д байх ёсгүй. DNIP I нь 5'-3' экзонуклеазын үйл ажиллагааны улмаас праймерыг арилгаж, дезоксирибонуклеотидоор сольдог. Хоёр зэргэлдээх Оказаки хэлтэрхий хоорондын зай нь ATP-ийн энергийг ашиглан ДНХ-ийн лигаз ферментээр хаагддаг.

2. Сунгах (гинж уртасгах).

Реплисом гэж нэрлэгддэг репликацын ферментийн цогцолбор нь ДНХ-ийн загвар молекулын дагуу хөдөлж, түүнийг задалж, нэмэлт ДНХ-ийн хэлхээг үүсгэдэг.

3. Дуусгах (хуулбарлах төгсгөл).

ДНХ нь репликацын төгсгөлийн цэгүүдийг агуулдаг бөгөөд төгсгөлийн уурагууд холбогддог тодорхой дарааллыг агуулсан бөгөөд репликацын салаа цааш ахихаас сэргийлдэг. ДНХ-ийн синтез дуусна.

Полимеразын идэвхжилээс гадна DNAP нь 3'-5' экзонуклеазын идэвхжилтэй гэдгийг бид өмнө нь тэмдэглэсэн. Энэ нь залруулга хийхэд шаардлагатай, өөрөөр хэлбэл. буруу оруулсан нуклеотидыг арилгах. DNAP нь нуклеотид бүрийн загварт тохирох эсэхийг хоёр удаа шалгадаг: нэг удаа өсөн нэмэгдэж буй гинжин хэлхээнд оруулахын өмнө, хоёр дахь удаагаа дараагийн нуклеотидыг оруулахаас өмнө.

Прокариотуудын репликацийн хурд 500 нуклеотид/сек байна.

Хуулбарлах аргууд

· θ төрлийн. Хуулбарлах нүд нь дугуй хэлбэртэй ДНХ молекулын дагуу эсрэг чиглэлд тэлдэг. Энэ тохиолдолд Грекийн θ үсгийг санагдуулам завсрын бүтэц үүсдэг. Прокариот ба зарим вирусын шинж чанар.

· σ төрлийн (гулсмал цагираг механизм). Репликаци нь эх цагираг молекулын гинжин хэлхээний аль нэг дэх фосфодиэфирийн холбоог таслахаас эхэлдэг. DNAP нь чөлөөт 3' төгсгөлд наалдаж, шинэ хэлхээ ургуулдаг. Завсрын бүтэц нь σ үсгийн хэлбэртэй байна. Энэ төрлийн репликаци нь зарим вирус, ялангуяа бактериофагийн ламбдад байдаг.

· Хэд хэдэн хуулбарлах салаа үүсэх замаар шугаман молекулуудын репликаци нь бие бие рүүгээ хөдөлдөг. Шугаман ДНХ молекул бүхий бүх эукариот ба вирусын шинж чанар.

Эукариотуудад репликацийн онцлог

1. Репликаци нь эсийн митозын мөчлөгийн S үе шатанд явагддаг.

2. Нэг ДНХ молекулд олон репликон байдаг, i.e. Хуулбарлах хэд хэдэн гарал үүсэлтэй байдаг.

3. DNP полимеразууд:

· α – ДНХ полимераз. Хуулбарлах гол фермент. Энэ нь мөн үндсэн үйл ажиллагаатай. Оказаки фрагментуудыг нэгтгэдэг.

· β – ДНХ полимераза – засварын фермент (ДНХ-ийн гэмтлийг арилгана).

· γ – ДНХ полимераза нь митохондрийн ДНХ-ийн нийлэгжилтийг хангадаг

· δ – ДНХ полимераз нь тэргүүлэх хэлхээний нийлэгжилтэнд оролцдог.

4. Оказаки хэлтэрхийний урт нь 100-200 нуклеотид.

5. Хуулбарлах хурд 50 нуклеотид/сек.

6. ДНХ-ийн 3’ төгсгөлийг репликаци хийхээс өмнө сунгадаг теломераза хэмээх фермент байдаг. Хуулбарлах бүрт шугаман ДНХ молекулын 3' төгсгөлийн урт нь праймерын хэмжээгээр багасдаг. Теломерын суналтын зөрчил нь хорт хавдар үүсэх, хөгшрөлттэй холбоотой байдаг.

Тиймээс, дээр дурдсан материалаас бид репликацийн биологийн утга учир нь охин эсийн удамшлын материал нь эх эсийн удамшлын материалтай ижил байх шаардлагатай генетикийн мэдээллийг үнэн зөв хуулбарлахад оршдог гэж бид дүгнэж болно. Энэ нь олон эст организмын хөгжил, хэвийн үйл ажиллагаа, ургамлын нөхөн үржихүйн хувьд маш чухал юм.

10.03.2015 13.10.2015

ДНХ-ийн хуулбарлах чадвар нь удамшлын мэдээллийг хойч үедээ хадгалах явдал юм. ДНХ-ийн репликаци нь эсийн хуваагдлын үед үүсдэг эх организмаас охин организм руу дезоксирибонуклеины хүчлийн хуулбарыг олж авах цогц механизм юм. Энэ тохиолдолд ДНХ-д кодлогдсон генетикийн материалыг хуулж, дараа нь шинэ эсүүдэд хуваана. Нарийвчлалтай хуулбарлахыг баталгаажуулдаг молекулын механизмууд одоо маш сайн ойлгогдож, интерактив загвар хэлбэрээр тодорхойлж болох нарийн төвөгтэй процессыг төлөөлдөг.
Генүүдийн өөрийгөө хуулбарлах үйл явц (түүний хуулбарлах механизм) нь үржих, удамшлыг хадгалах, түүний шинж чанарыг үр удамд шилжүүлэх, зөвхөн нэг бордсон өндөгнөөс бүхэл бүтэн олон эст организм үүсэх үндэс суурь болдог. Репликац гэдэг нэр томъёо нь өөр нэртэй байдаг - ДНХ-ийн репликаци.

Хуулбарлах процессыг хэн нээсэн бэ?

Эрдэмтэд Ватсон, Крик нарын 1953 онд давхар мушгиа молекулын загварт санал болгосон ДНХ-ийн бүтцийн онолын дагуу эцэст нь ДНХ-ийн репликаци хэрхэн явагддагийг тайлбарлаж чадсан - удамшлын мэдээллийг бүртгэж, хадгалдаг.

Эрдэмтэд Ватсон, Крик нар

мөн түүнчлэн түүний өөрөө давхарлах химийн зарчмыг судлах. ДНХ-ийн суурь хосолсон хатуу өвөрмөц байдал нь хоёр хэлхээний азотын суурийн нэмэлтээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь түүний синтезийн нарийвчлалыг тайлбарладаг. Эцсийн эцэст эрдэмтэд репликацийн явцад азотын хос суурь, тухайлбал, гуаниныг цитозинтэй хамт гурван устөрөгчийн холбоо, тиминтэй хос адениныг хоёрыг ашиглан тогтворжуулдаг болохыг эрдэмтэд харуулсан. Энэ нь генийн молекул бий болсон суурийг буруу хослуулахаас сэргийлдэг зүйл юм.
Хуулбарлах үйл явцын тухай таамаглалыг анх 1953 онд ижил судлаачид боловсруулсан. Тэд ямар ч нэмэлт хэлхээнээс нөгөө хэлхээнээс салсны дараа шинэ хэлхээг нэгтгэх матрицыг олж авах боломжтой гэж үзсэн. 1958 онд эрдэмтэн Меселсон Сталтай хамт энэ таамаглалыг туршилтаар баталжээ.
ДНХ-ийн репликаци дараах байдлаар явагддагийг нотолсон Ватсон, Крик нарын онолоор:
1) устөрөгчийн холбоог таслах, дараа нь мушгиа ДНХ-ийн хэлхээг задлах;
2) салангид хэсгүүдэд шинэ нэмэлт бүсүүдийн нийлэгжилт.
Үүний үр дүнд нэг генээс ижил төстэй хоёр ген гарч ирэх бөгөөд аливаа шинэ генийн нэг хэлхээ нь эцэг эх, нөгөө нь шинээр нийлэгждэг. Энэхүү хуулбарлах механизмыг хагас консерватив гэж нэрлэдэг.

Үндсэн зарчим

Хэрэв та давхар спираль генийн үндсэн бүтцийг мэддэг бол генийг өөрөө хуулбарлах үндсэн зарчмыг төсөөлөхөд хялбар байдаг. Мэдэгдэж байгаа мэдээллээр ДНХ нь нуклеотидын давхар хэлхээ хэлбэрээр илэрдэг. Түүний генийн хэлхээ тус бүрийн генетикийн мэдээлэл нь ижил бөгөөд тус бүр нь хоёр дахь дараалалтай яг таарч байгаа нуклеотидын дарааллыг агуулдаг. Эсрэг гинжин хэлхээний хоёр нэмэлт суурийн хооронд чиглэсэн устөрөгчийн холбоо байгаа тул энэ ижил төстэй байдал боломжтой юм. Бие биенээ нөхдөг G (гуанидин) ба С (цитозит), түүнчлэн А (аденин) ба Т (тимин). Нэмэлт чанар нь ДНХ-ийн өвөрмөц шинж чанар юм. Үүний ачаар эсрэг чиглэлтэй генийн гинжийг антипараллель гэж нэрлэдэг.
Иймээс молекулуудын бие даан олшрох явцад давхар спиральаас утаснуудын ялгаа ажиглагдаж, дараа нь нэмэлт нуклеотидын суурийг холбох зарчмын дагуу анхны хэлхээ дээр шинээр нийлэгжсэн хэлхээ нийлэгждэг гэж төсөөлөхөд маш энгийн.
ДНХ-ийн репликаци нь хоёр судалтай, гэхдээ анхны молекулаас огт ялгагдахааргүй цоо шинэ хоёр охин молекулыг бий болгоход хүргэдэг. Шинэ молекулуудын аль нэг нь нэг эх утас, нэг шинээр нийлэгжсэн нэгийг агуулдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

ДНХ полимераз нь геномын өөрийгөө хуулбарлах хурдасгуур юм

1957 онд эрдэмтэн А.Корнберг нянгаас (Escherichia coli) өвөрмөц шинж чанартай, репликацийн процессыг хурдасгах чадвартай ферментийг анхлан ялгаж авсан бөгөөд үүнийг ДНХ полимераз гэж нэрлэдэг. Үүний дараа ижил төстэй бодисууд бусад организмаас олдсон.
Энэхүү тусгай фермент нь нуклеотидуудаас эх гинжин хэлхээний шинэ хэлхээг нэгтгэж чаддаг болохыг тогтоожээ. Эдгээр өвөрмөц шинж чанаруудын ачаар полимераз нь 3′ төгсгөлөөс тодорхой чиглэлд нэмэлт нуклеотидын суурийг нэмж нэг судалтай генийн гинжийг дараалан сунгаж чаддаг.
Эс бүр өөр өөр үүрэг, бүтэцтэй ДНХ полимеразын хувилбаруудыг агуулдаг нь одоо тодорхой болсон. Гэхдээ тэдний гол үүрэг бол анхны генийн яг хуулбарыг нэгтгэх явдал юм.

Хоёр дахин нэмэгдүүлэх механизм

Удамшлын мэдээллийг өөрөө хуулбарлах явцад эрдэмтэд амьд организмын янз бүрийн хэлбэрт (бактериас хөхтөн амьтад хүртэл) ижил төстэй явагддаг хэд хэдэн үндсэн үе шатыг тодорхойлдог.
генийн хэлхээг эхлүүлэх;
давхар мушгиа тайлах;
хоёр дахь хэлхээг шууд гүйцээнэ.
1. ДНХ-ийн гинжин хэлхээний эхлэл. Урьдчилан нийлэгжүүлсэн жижиг хэлхээтэй байх шаардлагатай - үр, хэрэв байгаа бол л аль полимераз нь нуклеотидын суурийг нэмж чаддаг. Энэ нь байхгүй тохиолдолд генийн синтез боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч практик дээр ийм праймерууд нь аливаа организмд фермент үүсгэдэг нь тодорхой байна - ДНХ-ийн примаза. Энэ фермент нь үнэн зөв биш бөгөөд гаргасан алдаагаа хэрхэн засахаа мэддэггүй тул зөвхөн синтезийн үйл явцыг санаачлагч болж, дараа нь шинээр нийлэгжсэн гинжин хэлхээнээс бүрэн хасагдаж, түүний орон зайг полимераз дүүргэдэг.
2. ДНХ-ийн давхар мушгиа гинжийг задлах. ДНХ-ийн шинэ гинжин нийлэгжилт нь зөвхөн нэг судалтай молекул дээр л боломжтой байдаг тул энэ үе шат зайлшгүй шаардлагатай. Давхар мушгиа хуваагдах газар нь сэрээ шиг харагддаг тул хуулбарлах сэрээ гэж нэрлэдэг. Энд полимеразын тусламжтайгаар охин гинжний нийлэгжилт явагдана. Ийм ялгаа нь ихэвчлэн өөрийгөө олшруулдаг гарал үүсэл гэж нэрлэгддэг тодорхой бүс нутгаас эхэлдэг бөгөөд 300 орчим нуклеотидыг агуулдаг гэдгийг анхаарах нь чухал юм.
ДНХ шиг ийм тогтвортой молекулыг нээхийн тулд тусгай тогтворгүйжүүлэх ферментийн үйл ажиллагаа шаардлагатай байдаг - ДНХ-ийн геликазын хамт уурагууд нь молекулын давхар хэсгүүдтэй тулгарах үед нэмэлт суурийн хооронд устөрөгчийн холбоог тасалж, гинжийг тусгаарлаж, улмаар гинжийг урагшлуулдаг. хуулбарлах сэрээ. Уургийн тогтворгүйжүүлэгч нь нэг гинжийг дахин холбохоос сэргийлж, шинэ гинжийг нэгтгэх боломжийг олгодог.
Репликацийн салаа нь эрчилсэн генийн хэлхээний дагуу хөдөлж, өөрөө хуулбарлагдаагүй байгаа хэлхээг эргүүлэхээс сэргийлэхийн тулд ДНХ-д задрах боломжтой ийм бүсүүд гарч ирдэг. Энэ үйл явц нь ДНХ-ийн топоизомеразуудын оролцоотойгоор явагддаг бөгөөд генийн хэлхээнд зүсэлт хийж, молекулуудыг салгах боломжийг олгодог бөгөөд дараа нь тэд өөрсдөө үүссэн эвдрэлийг засах боломжтой. Эдгээр нь генийг "дутуу ороомогтой" хэлбэрт оруулахад тусалдаг бөгөөд энэ нь цөөн эргэлттэй байдаг бөгөөд энэ нь хоёр хэлхээг хуулбарлах салаагаар илүү хялбар тусгаарлах боломжийг олгодог.
3. Завсрын синтезийн үе шат. Хоёр чиглэлд хөдөлж байх үед хоёр шинэ хэлхээнд нэгэн зэрэг нуклеотидуудыг тасралтгүй нэмж хийснээр репликацийн процесс явагддаггүй. Эрдэмтэд охин гинжний нийлэгжилт нь зөвхөн 3' чиглэлд явагддаг бөгөөд энэ нь 3' төгсгөлийг сунгахад хүргэдэг бөгөөд полимеразын хэв маягийг унших нь зөвхөн 5' чиглэлд явагддаг. Хуулбарлах салаа нь зөвхөн нэг чиглэлд шилжих боломжгүй юм шиг санагдаж магадгүй юм. Гэхдээ энэ нь үнэн биш юм. Энэхүү нууцын шийдэл нь синтез нь генийн зөвхөн нэг хэлхээний дагуу тасралтгүй ажиглагдаж, нөгөө талд нь нийлэгжилт нь сегментүүдэд явагддаг - Оказаки хэлтэрхий гэж нэрлэгддэг 100-1000 нуклеотидын суурь юм. Тасралтгүй нийлэгжсэн утасыг фрагментээр нийлэгжүүлсэн утасыг хоцролт гэж нэрлэдэг. Судлаачид эдгээр фрагмент бүрийн нийлэгжилт нь РНХ праймерыг ашиглан явагддаг бөгөөд эдгээрийг шинээр нийлэгжсэн гинжин хэлхээнээс тодорхой интервалаар салгаж, полимеразын ферментийг ашиглан нуклеотидуудаар дуусгадаг болохыг тогтоожээ.

Репликацийн салаа дахь ферментүүдийн хамтын үйлдэл

ДНХ-ийн репликаци нь генийн дагуу хурдан хөдөлгөөн хийх чадвартай, генетикийн өөрийгөө хуулбарлах үйл явцыг нэлээд нарийвчлалтайгаар зохицуулах чадвартай фермент, уургийн цогцолборын оролцоотойгоор явагддаг. Энэхүү уургийн цогцолборыг үр ашгийн хувьд "оёдлын машин" -тай харьцуулж болох бөгөөд энд ДНХ үүсгэх "хэсгүүд" нь уураг бөгөөд энергийн процессын гол эх үүсвэр нь нуклеотидын суурийн гидролизийн урвал юм.
Генийн молекул задрах нь генийн гинжийг задлах чадвартай ДНХ-ийн топоизомераза, түүнчлэн нэг хэлхээтэй холбогдож, буцаж нэгдэхээс сэргийлдэг генийг тогтворгүйжүүлэх шинж чанартай уураг агуулсан ДНХ-ийн геликазын нөлөөн дор явагддаг. хамтдаа.
Хуулбарлах сэрээний талбайд шууд хоёр гинжний полимеразууд ажилладаг. Тэргүүлэх хэлхээний полимеразын ажил тасралтгүй бөгөөд ДНХ-ийн примазын уургийг нэгтгэдэг РНХ праймерыг ашиглах үед хоцрогдсон хэлхээ нь тасалдалтай байдаг. Ийм примаза, түүнчлэн геликазууд нь примосом гэж нэрлэгддэг нарийн төвөгтэй бүтцийг бүрдүүлдэг бөгөөд энэ нь репликацын салаа нээх рүү шилжих чадвартай бөгөөд Оказаки хэлтэрхий үүсэхийг өдөөдөг РНХ праймеруудыг нэгтгэдэг.
Полимераз нь ижил чиглэлд хөдөлдөг. Түүний хоцрогдсон гинжин хэлхээний дагуух хөдөлгөөнийг төсөөлөхөд хэцүү байдаг ч үүнийг эрдэмтэд тайлбарлаж байна - полимераз нь синтезийн загвар болж үйлчилдэг генийн гинжийг өөрөө өөртөө суулгадаг бөгөөд үүний улмаас хоцрогдсон гинжин хэлхээний полимераз эсрэг чиглэлд эргэдэг. . Полимеразын хөдөлгөөний энэхүү зохицуулалт нь давхардал үүсэх хоёр хэлхээний уялдаа холбоотой давхардлыг хангахад тусалдаг.
Генүүдийг өөрөө хувилах үйл явцад оролцдог уургийн нийт тоо хорь гаруй байдаг нь энэхүү нарийн төвөгтэй, өндөр эмх цэгцтэй, эрчим хүч их шаарддаг процессыг явуулах боломжтой болгодог.

Геномын давхардлын механизмыг эсийн хуваагдалтай уялдуулах

Эс нь нэг (прокариот организм) эсвэл хэд хэдэн хромосом (эукариот организм) агуулсан эсэхээс үл хамааран
организм) эсүүд хуваагдах үед геном бүрэн хуулбарлах ёстой. Генийн материалын олшрох эхлэлийн дохио нь репликацын гарал үүсэл дэх ДНХ-ийн дараалалтай хамт санаачлагч зохицуулалтын уургийг холбох үйл явц юм.
Бактерийн хувьд хромосомын нөхөн үржихүйн үйл явц нь репликацийн үйл явц эхэлдэг тодорхой цэгээс эхэлж, бүх генетикийн материалын хоёр дахин нэмэгдэж дуусах хүртэл үргэлжилнэ. Бактери нь хромосомыг хуулбарлах цорын ганц нэгжийг агуулдаг тул үүнийг репликон гэж нэрлэдэг. Хуулбарлах процессын эхлэл нь эсийн хуваагдалд хүргэдэг бөгөөд энэ нь репликаци бүрэн дууссаны дараа үүсдэг. Энэ тохиолдолд геном бүр нь тусдаа охин эс рүү шилждэг.
Эукариот эсүүд хуваагдахаас өмнө хромосомынхоо бүрэн хуулбарыг хийдэг. Хромосом бүр хэд хэдэн тусдаа репликонуудад хуваагддаг бөгөөд тус бүр нь нэг удаа давтагдах тусам аажмаар идэвхждэг. Энэ нь хэд хэдэн бие даасан хуулбарлах сэрээг нэгэн зэрэг үүсгэх боломжийг олгодог. Тодорхой салаа дахь репликацийг зогсоох нь өөр хромосомтой мөргөлдөх эсвэл хромосомын төгсгөлд хүрэх үед тохиолдож болно. Үүний ачаар хромосомын генетик материал маш хурдан хуулбарлагддаг. Дараа нь, хромосомын хос бүр нь митоз хуваагдлын үед үр удам руу шилждэг.

ДНХ-ийн давхардлын зохицуулалт

ДНХ-ийн репликацийг эсийн хуваагдлын үед тохиолддог гол үйл явдал гэж үздэг. Энд гол зүйл бол эсийн хуваагдах мөчид түүний ДНХ аль хэдийн хуулбарлагдсан байдаг. Энэ нь хуулбарлах зохицуулалтын тодорхой механизмаар дамждаг. ДНХ-ийн хуулбарлах 3 үндсэн үе шат байдаг.
хуулбарлах эхлэл үе шат
сунгах үйл явц
дуусгавар болгох.
Хуулбарлах үйл явцын гол зохицуулалт нь эхлэлийн шатанд явагддаг.
Зохицуулалт хэрхэн явагддаг вэ? Хуулбарлах үйл явц нь генийн хэсэг бүрээс боломжгүй, зөвхөн хуулбарлах процессын эхлэл гэж нэрлэгддэг тодорхой хэсгүүдээс л явагддаг. Организмаас хамааран геном нь нэг буюу хэд хэдэн эхлэлийг агуулж болно. Дүрмээр бол эхлэлийн газрууд нь репликонууд дээр байрладаг - генийн синтезийн дараа нэн даруй хуулбарлаж эхэлдэг тусгай бүсүүд.

ДНХ-ийн хуулбарлах нарийвчлал

Одоо байгаа организмын удамшлын материалыг хадгалахын тулд ДНХ-ийн репликац нь өндөр нарийвчлалтай байх ёстой. Аливаа организмын геном нь ердөө л асар том гэдгийг мэддэг. Нийтдээ 3 тэрбум орчим нуклеотидын суурьтай хөхтөн амьтдын геномыг өөрөө хувилах явцад нийт 1-3 алдаа ажиглагддаг болохыг эрдэмтэд нотолсон. Ийм нарийвчлалыг хэрхэн олж авдаг вэ? Эцсийн эцэст геномын синтез нь мэдэгдэхүйц хурдтай байдаг - бактерийн хувьд секундэд 500 орчим нуклеотид, хөхтөн амьтдын хувьд секундэд 50 орчим нуклеотид байдаг. Өнөөдөр судлаачид геномын нийлэгжилтийг ихээхэн хурдасгаж, яг хуулбарыг нь авахад тусалдаг алдаа засах тусгай механизмуудыг тодорхойлсон.
Залруулгын үйл явцын өвөрмөц байдал нь хоёр үндсэн зүйлд оршдог. Нэгдүгээрт, генийн синтезийн явцад полимераз нь оруулсан нуклеотид бүрийг давхар шалгадаг - анх удаа нийлэгжүүлсэн гинжин хэлхээнд нэмэхээс өмнө. Дараачийн нуклеотидыг оруулахын өмнө тэр даруй хоёр дахь удаагаа шалгадаг. Алдаа илэрсэн тохиолдолд генийн гинжин хэлхээний нийлэгжилтийг засах хүртэл зогсдог. Залруулга нь ферментийг эсрэг чиглэлд хөдөлгөж, нэмэлт холбоосуудын сүүлчийн хэсгийг таслах замаар хийгддэг бөгөөд ингэснээр зөв нэмэлт нуклеотидыг энэ газарт оруулах боломжтой болно. Шинжлэх ухааны үүднээс авч үзвэл энэ нь зарим полимеразууд нь 3′-терминал гидролизийн үйл ажиллагааг гүйцэтгэх чадвартай гэсэн үг бөгөөд энэ нь шинэ генүүдэд алдаатай орсон нуклеотидыг арилгахад тусалдаг.

Интерактив хуулбарлах загвар

ДНХ-ийн репликацийн ийм загварыг уураг, ферментээр зохицуулагддаг олон нарийн төвөгтэй процесс, механизмаас бүрдсэн цогц "хуулбарлах машин" гэж төлөөлж болно. Интерактив загвар нь генетикийн материалыг хуулбарлах явцад үүсдэг механизмыг төсөөлөхөд тусалдаг.
Энэхүү загвар нь генийн нийлэгжилтийн явцад азотын суурийн нэмэлт нэмэлтийг харуулж байгаа бөгөөд үүнийг өөр өөр өнгөт ердийн тэмдэглэгээгээр илэрхийлдэг. Түүнээс гадна нуклеотидууд нь зөвхөн тодорхой дарааллаар (нуклеотид аденин нь зөвхөн тиминтэй, гуанин нь зөвхөн цитозинтэй) нэгдэх чадвартай байдаг. Гинжин синтезийн механизм нь зүүнээс баруун тийш явагддаг. ДНХ молекулын пентоз фосфатын нурууг 3′ ба 5′ төгсгөлийн чиглэлийг заах сумаар бэлгэдлээр тодорхойлно. Урвалын эерэг үр дүнг ДНХ-ийн хэлхээний дагуу хөдөлдөг фермент - полимеразаар хангадаг.
Дүрмээр бол интерактив загвар дээр ДНХ-ийн репликаци нь загварыг эхлүүлэх үед "Start" товчийг ашиглан хөдөлгөөнийг түр зогсоож, "Reset" товчийг ашиглан интерактив механизмыг анхны хэлбэрт нь буцааж өгөх боломжтой.

Хуулбарлах хурд

Хуулбарлах процессын хурд маш өндөр бөгөөд энэ нь нэг минутын дотор 45,000 орчим нуклеотидын нийлэгжилтийг хийх боломжийг олгодог бол эцэг эхийн сэрээ нь минутанд 4500 эргэлтийн хурдтайгаар эргэлддэг. Удамшлын мэдээллийг нэгэн зэрэг, заримдаа олон мянган газарт нэгэн зэрэг хуулбарлах боломжтой байдаг тул эукариот организмд генетикийн материалыг бүрэн хоёр дахин нэмэгдүүлэх механизм маш хурдан явагддаг. Хэрэв энэ боломжгүй байсан бол геномыг хуулбарлахад хэдэн сар шаардагдах болно.

Генетик дэх хуулбарлах үйл явцын ач холбогдол

Генетикийн материалыг хуулбарлах, хадгалах үйл явцыг судлах нь судлаачдын анхаарлыг үргэлж татсаар ирсэн. Үүний ачаар молекул биологийн шинжлэх ухаан үүссэн бөгөөд энэ нь өнөөдөр бусад шинжлэх ухааны дунд онцгой байр суурь эзэлдэг.
Манай зуунд яг энэ шинжлэх ухааны салбарт амьдралын гол талуудын нэг болох удамшлын онолын хамгийн чухал үйл явц, механизмыг задлан шинжлэх, тайлах боломжийг олгосон нээлтүүд хийгдсэн.
Энэ чиглэлээр хийсэн нээлтүүд нь 20-р зууны шинжлэх ухааны хамгийн том ололт гэж тооцогддог бөгөөд тэдгээрийн ач холбогдол нь цацраг идэвхт бодисын нээлттэй адил ач холбогдолтой юм.
Энэ чиглэлийн судалгаа нь молекул биологи, бионик, биокибернетик зэрэг олон шинэ биологийн салбаруудыг бий болгож, хөгжүүлэх боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь өнөөдөр хүний ​​​​эрүүл мэндтэй холбоотой олон асуудлыг шийдвэрлэх, ургамал, ургамлын шинэ сортуудыг бий болгох боломжийг олгож байна. амьтны төрөл.

ДНХ-ийн хуулбарамьд организмын эсийн нөхөн үржихүйн явцад эцэг эхийн ДНХ молекулыг хоёр дахин нэмэгдүүлэх үйл явц юм. Өөрөөр хэлбэл, хуулбарлах үйл явц нь эсийн хуваагдлаас өмнө явагддаг. Хуулбарлах нь транскрипци ба орчуулгатай адил юм матрицын процесс. Гинжин репликацийн явцад ДНХ-ийн молекулууд хуваагдаж, тус бүр нь шинэ нэмэлт гинж нийлэгждэг загвар болж хувирдаг. Энэ тохиолдолд шинэ хэлхээний нуклеотидууд хосолсон байдаг нэмэлтхуучин гинжин хэлхээний нуклеотидуудтай (A-тай T, G-тэй C). Үүний үр дүнд эх молекулаас ялгагдахааргүй хоёр охин ДНХ молекул үүсдэг. ДНХ-ийн молекул бүр нь анхны эх молекулын нэг хэлхээ ба шинээр нийлэгжсэн нэг хэлхээнээс бүрдэнэ. Үүнийг хуулбарлах механизм гэж нэрлэдэг хагас консерватив. Шинээр нийлэгжсэн хэлхээ бүр эсрэг параллелэцэг эх. Нэг гинжний синтез (тэргүүлэх) тасралтгүй явагддаг, нөгөө нь (хоцрогдсон) - импульс. Энэ механизмыг нэрлэдэг хагас тасралтгүй.

Хуулбарлах сэрээний бүтэц. Тэргүүлэх утас, хоцрогдсон утас, Оказаки хэлтэрхий. зургийг үзнэ үү.

ДНХ-ийн нийлэгжилтэнд оролцдог гол ферментүүд.

ДНХ полимеразын бүтцийн ерөнхий шинж чанарууд.

Тэд ижил зарчмаар ажилладаг: 3' төгсгөлд 1 нуклеотид нэмж ДНХ-ийн гинжийг уртасгадаг. Сонголт нь ДНХ-ийн загварыг нөхөх шаардлагаас хамаарна. Онцлог шинж чанарууд:

Хэд хэдэн бие даасан домэйн, cat. Тэд хамтдаа хүний ​​баруун гартай төстэй. ДНХ нь гурван домайнаас үүссэн жижиг доголд холбогддог. Катализаторын төвийн үндэс нь далдуу модны доторх хадгалагдсан амин хүчлийн мотивүүдээс бүрддэг. "Хуруунууд" нь идэвхтэй төвд матрицыг зөв байрлуулна. "Эрхий хуруу" нь ферментийн гарц дээр ДНХ-ийг холбож, өндөр процессыг үүсгэдэг. Идэвхтэй төвд бүх гурван домэйны хамгийн чухал хамгаалагдсан бүсүүдийг нэгтгэж, тасралтгүй гадаргууг бүрдүүлдэг. Экзонуклеазын үйл ажиллагаа нь өөрийн катализаторын талбайтай бие даасан домэйнд байрладаг. N-терминал домэйн нь экзонуклеазын домэйнд суулгагдсан байдаг.

ДНХ полимераз I-ийн онцлог.

Гэмтсэн ДНХ-ийг нөхөн сэргээхэд оролцдог, мөн ДНХ-ийн хуулбарлахад туслах үүрэг гүйцэтгэдэг - энэ нь загвар хэлхээтэй хосолсон хэлхээний 3' төгсгөлийг сунгаж, завсарыг хоцрогдсон хэлхээний м/д хэлтэрхийгээр дүүргэх боломжийг олгодог, Оказаки хэлтэрхийүүдийг сунгадаг. 3' төгсгөлөөс, нэгэн зэрэг РНХ рибонуклеозидын үрийг устгаж, мууртай. Оказаки хэсэг бүр эхэлдэг. ДНХ полимераз I нь давхар судалтай ДНХ-ийн тасалдал дээр нэг хэлхээний 3' төгсгөлийг сунгаж, ижил завсарлагааны 5' төгсгөлөөс нуклеотидыг зайлуулах чадвартай (ник орчуулга) - засварын системд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

ДНХ полимер" Би бусад бүхнээс давамгайлдаг. Энэ нь 2 хэсэгт хуваагдах боломжтой 103 кДа полипептид юм: C-терминал фрагмент, 68 кДа, Кленовын хэсэг, полимераз ба 3'->5" экзонуклеазын үйл ажиллагаатай; N-зоосны хэсэг, 35 кДа, 5' байна. ->3" экзонуклеазын идэвхжил.

Холофермент, ДНХ полимераз III, реплисом.

Холоэнзим нь 4 төрлийн дэд цогцолборт хуваагддаг 10 уураг агуулсан 900 кДа цогцолбор юм.

α, ξ, θ. Катализаторын 2 хуулбарыг агуулна. α – ДНХ полимеразын идэвх, ξ – 3’-экзонуклеазын идэвх, θ – экзонуклеазыг өдөөдөг.

τ (tau) гэсэн 2 дэд нэгжийг агуулдаг - тэдгээр нь катализаторын идэвхжилтэй (α) хамгийн бага ферментийг нэгтгэдэг.

Хавчаарын 2 хувь - ДНХ-ийн загварт хамгийн бага ферментийг барих үүрэгтэй. Тус бүр нь β дэд нэгжийн гомодимерээс бүрдэнэ. Гол үүрэг нь хуулбарлах процесс дуусахаас өмнө матрицаас ферментийг салгах магадлалыг багасгах явдал юм.

γ – 5 уургийн бүлэг, муур. хавчаар ачигч үүсгэх - ДНХ матрицад хавчаар тавих төхөөрөмж. 2 δ, 1 γ, 1 ψ, 1 χ дэд нэгжээс бүрдэнэ.

Реплисом нь хагас консерватив хуулбарлах процессыг явуулдаг бактерийн хуулбарлах салаа дахь олон ферментийн цогцолбор юм; ДНХ полимераз болон бусад олон уураг агуулдаг.

Эукариот ДНХ полимеразууд.

ДНХ полимераз α - шинэ хэлхээ ба хоцрогдсон хэлхээний нийлэгжилтийг эхлүүлдэг. β-дэд нэгж ба хоёр жижиг уурагтай холбогддог тул гинжийг шинээр нэгтгэж чаддаг. 2 функц: праймер ба өргөтгөл = α-primase.

ДНХ полимераз δ - тэргүүлэх хэлхээг уртасгадаг

ДНХ полимераз ξ - хоцрогдсон хэлхээний нийлэгжилтэнд оролцдог

ДНХ-ийн лигазууд.

Хуулбарлах, засварлах, дахин нэгтгэх үед ДНХ-ийн гинжийг холбоход шаардлагатай. E. coli ба фаг T4-ийн ДНХ-ийн лигазууд нь хоёр өөр дуплекс фрагментийн төгсгөл эсвэл шугаман эсвэл дугуй ДНХ-ийн гинжин хэлхээний тасархай төгсгөлийг холбох чадвартай дан пептидүүд юм. Тиймээс, ДНХ-ийн лигазын тусламжтайгаар шугаман болон дугуй хэлбэртэй хоёр талт ДНХ молекулууд үүсч болно.

ДНХ геликазууд.

ATP гидролизийн энергийг ашиглан гинжийг задалдаг. Хуулбарлах сэрээний хөдөлгөөн, мушгиагүй хэлхээний хуулбарыг гүйцэтгэдэг цогцолборын нэг хэсэг болгон ажилладаг. Хэд хэдэн Зеликасууд хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд хамтдаа ажиллаж чадна.

SSB- уураг.

Нэг судалтай холбогч уургууд нь спиральыг тогтворгүй болгож, нэг судалтай бүсэд холбож, улмаар тогтворжуулдаг, i.e. нэг хэлхээтэй ДНХ-ийн хэсэг тогтсон байна.

ДНХ топоизомеразаIТэгээдII, гираза.

ДНХ задрахад молекул эргэдэг - хоёрдогч ба гуравдагч бүтцийн өөрчлөлт. Эдгээр процессууд нь топоизомераза гэж нэрлэгддэг ферментийн бүлэгт нөлөөлдөг. Тэд ДНХ-д нэг ба хоёр хэлхээний завсарлага үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нуклейн хүчлийн молекулыг эргүүлж, загвар болгох боломжийг олгодог. Үйлдлийн механизмын дагуу эхний (I) ба хоёр дахь (II) төрлийн топоизомераза нь ялгагдана.

I хэлбэрийн топоизомераза (E. coli-д - swivelase) - ДНХ-ийн молекулд нэг хэлхээний тасалдлыг нэвтрүүлдэг, II төрлийн топоизомераза (E. coli-д - гираза) - ДНХ-д давхар хэлхээний завсарлага хийж, ДНХ-ийн хэлхээг дамжуулдаг. таслах, дараа нь хөндлөн холбоос хийх. Үүний зэрэгцээ, топизомераза нь үүргээ гүйцэтгэхдээ ДНХ-ийн молекултай холбоотой хэвээр байна. Эдгээр процессуудад топоизомераза нь тирозины үлдэгдлийг ашигладаг бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн фосфатын бүлэгт нуклеофилийн дайралт хийж, фосфотирозин үүсгэдэг. Үүний үр дүнд ферментүүд ДНХ-ийн 5' эсвэл 3' төгсгөлтэй ковалент байдлаар холбогддог. Ийм ковалент холбоо үүсэх нь урвалын эцсийн үе шатанд нэг судалтай тасрах үед фосфодиэфирийн холбоог сэргээхэд энерги зарцуулах шаардлагагүй болно. I хэлбэрийн ДНХ топоизомераза нь нэг мономер уургийн молекул тутамд нэг каталитик тирозин үлдэгдэлтэй байдаг бол ДНХ топоизомераза II димерүүд нь дэд нэгж бүрт нэг катализаторын үлдэгдэл агуулдаг бөгөөд энэ нь ДНХ молекулд үе шаттайгаар давхар хэлхээний тасралт үүсгэдэг.

Топоизомераза нь нугасны үүрэг гүйцэтгэдэг боловч тэдгээрийн үйлдэл нь эсрэгээрээ байдаг. Топоизомераза I нь дугуй хэлбэрийн супер ороомогтой ДНХ-ийн нэг хэлхээг тасалж, гинжийг задалж, супер ороомгийн тоог бууруулдаг. Топоизомераза II сул, хэт ороомоггүй, хаалттай дугуй ДНХ-ийг супер ороомог болгон хувиргадаг.

Хуулбарлах үе шатууд: эхлэл, сунгалт, төгсгөл. ДНХ-ийн шинэ гинж үүсэх эхлэл. Примаза. Примосом. Прокариотуудын ДНХ-ийн репликацийг дуусгавар болгох ба охин мушгиауудын ялгаа.

Шугаман геном дахь репликацийг зогсоох. Шугаман нээлттэй ДНХ-ийн фрагментийг хуулбарлах асуудал. Теломер ба теломерын давталт, теломерын гогцоо. Теломераза. Теломеразын механизм. Эукариот ДНХ-ийн хуулбарлах онцлог. Эукариотуудын хуулбар.

Бусад эсийн макромолекулуудын биосинтезийн нэгэн адил репликацийн процессыг уламжлалт байдлаар хуваадаг. гурван үндсэн үе шат: эхлэл, сунгалт ба төгсгөл.

Прокариотуудын хуулбар

Санаачлага

Прокариотуудын хромосомыг ихэвчлэн төлөөлдөг репликацийн нэг буюу хоёр гарал үүсэл бүхий нэг супер ороомог дугуй молекул.ДНХ-ийн хоёр хэлхээ тус бүр нь шинэ хэлхээний нийлэгжилтийн загвар болохын тулд ДНХ-ийн хэлхээ шулуун болж, бие биенээсээ холдох шаардлагатай. ДНХ-ийн гинж нь бүхэл бүтэн уртаараа тайлдаггүй, харин богино хэсэгтээ тайлагддаг нь тогтоогдсон. Энэ бол ДНХ-ийн хуулбарлах цэг болох репликацын салаа үүсдэг.

ДНХ задрахад молекул эргэдэг - хоёрдогч ба гуравдагч бүтцийн өөрчлөлт. Эдгээр процессыг ферментийн бүлэг гэж нэрлэдэг топоизомераза . Тэд ДНХ-д нэг ба хоёр хэлхээний завсарлага үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нуклейн хүчлийн молекулыг эргүүлж, загвар болгох боломжийг олгодог. Үйлдлийн механизмын дагуу эхний (I) ба хоёр дахь (II) төрлийн топоизомераза нь ялгагдана.

Санаачлагч уургууд нь эх ДНХ молекулын мушгиагүй хэсэгт "суух" ба түүнээс репликаци эхэлдэг ба үүнийг репликацийн эх (эсвэл гарал үүсэл, oriC) гэж нэрлэдэг. OriC дахь репликацийг эхлүүлэх нь DnaA, DnaB, DnaC, HU, gyrase, SSB гэсэн зургаан уураг агуулсан цогцолбор үүсэхээс эхэлдэг.

Нэгдүгээрт, уураг нь есөн нуклеотидын дараалалд холбогддог ДнаА , том дүүргэгчийг бүрдүүлдэг. Гарал үүслийн ДНХ нь түүнийг хүрээлж, ДНХ-ийн хэлхээ нь 13-мер гурван дараалалд хуваагддаг. Дараагийн шатанд DnaB (геликаз) ба DnaC уургууд нийлж, 6 нм радиустай 480 кДа хэмжээтэй агрегатыг үүсгэдэг. Хеликаз/ DnaB ДНХ-ийн давхар хэлхээ дэх азотын суурийн хоорондох устөрөгчийн холбоо тасрахыг баталгаажуулж, түүний денатурацид хүргэдэг, өөрөөр хэлбэл. утаснуудын ялгаа.

ДНХ-ийн давхар спираль шулуун ба денатурацийн үр дүнд Y хэлбэрийн репликацын салаа үүсдэг (Зураг). ДНХ полимеразууд нь энэ репликацийн салаа дээр охин ДНХ молекулуудыг нэгтгэдэг. ДНХ-ийн энэ хэсэг нь хуулбарлагдаагүй ДНХ-ийн хөөс эсвэл "нүд" шиг харагддаг. Хуулбарлах "нүд" нь хуулбарлах гарал үүсэлтэй газруудад үүсдэг. ДНХ-ийн хэлхээг салгахад молекул нэлээд хөдөлгөөнтэй болдог. Үйл ажиллагааны улмаас нэг хэлхээний бүтцэд гарч болзошгүй бүх зөрчлүүд арилдаг SSB уураг (нэг судалтай ДНХ холбогч уураг эсвэл спираль тогтворгүй болгох уураг) бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн нэг хэлхээтэй холбогдож, хоорондоо наалдахаас сэргийлдэг.

1. Хуулбарлах нь хэзээ тохиолддог вэ?- Интерфазын нийлэг үе шатанд, эс хуваагдахаас хамаагүй өмнө. Митозын репликаци ба профазын хоорондох үеийг интерфазын постсинтетик үе гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ хугацаанд эс үргэлжлэн ургаж, давхардал зөв хийгдсэн эсэхийг шалгадаг.

2. Хоёр дахин нэмэгдэхээс өмнө 46 хромосом байсан бол хоёр дахин нэмэгдсний дараа хэд байх вэ?- ДНХ хоёр дахин нэмэгдэхэд хромосомын тоо өөрчлөгддөггүй. Давхарагдахын өмнө хүн 46 дан хромосомтой (ДНХ-ийн нэг давхар хэлхээнээс тогтдог), давхардсаны дараа 46 давхар хромосомтой (центромер дээр хоорондоо холбогдсон ДНХ-ийн хоёр ижил хоёр хэлхээнээс бүрддэг).

3. Яагаад хуулбарлах хэрэгтэй вэ?- Митозын үед охин эс бүр өөрийн ДНХ-ийн хуулбарыг хүлээн авах боломжтой. Митозын үед 46 давхар хромосом бүр нь хоёр дан хромосомд хуваагддаг; 46 нэг хромосомын хоёр багцыг олж авсан; Эдгээр хоёр багц нь хоёр охин эс болж хуваагддаг.

ДНХ-ийн бүтцийн гурван зарчим

Хагас консерватив- охин бүрийн ДНХ нь эхийн ДНХ-ийн нэг гинж, шинээр нийлэгжсэн нэг гинжийг агуулдаг.

Нэмэлт байдал- AT/CG. Нэг ДНХ-ийн хэлхээний аденины эсрэг талд нөгөө ДНХ-ийн хэлхээний тимин үргэлж байдаг ба цитозины эсрэг талд үргэлж гуанин байдаг.

Эсрэг параллелизм- ДНХ-ийн хэлхээ нь бие биенийхээ эсрэг талд байрладаг. Эдгээр төгсгөлүүдийг сургуульд судлаагүй тул бага зэрэг нарийвчлан (дараа нь зэрлэг байгальд).

ДНХ-ийн мономер нь нуклеотид, нуклеотидын төв хэсэг нь дезоксирибоз юм. Энэ нь 5 нүүрстөрөгчийн атомтай (хамгийн ойрын зурган дээр зүүн доод дезоксирибоз нь дугаарласан атомуудтай). Харцгаая: эхний нүүрстөрөгчийн атомд азотын суурь, тавдугаарт өгөгдсөн нуклеотидын фосфорын хүчил, гурав дахь атом нь дараагийн нуклеотидын фосфорын хүчлийг холбоход бэлэн байна. Тиймээс аливаа ДНХ-ийн гинж нь хоёр төгсгөлтэй байдаг.

• 5" төгсгөлтэй, фосфорын хүчил үүн дээр байрладаг;
• 3" төгсгөл нь рибоз агуулдаг.

Antiparallel дүрэм нь ДНХ-ийн давхар хэлхээний нэг төгсгөлд (жишээлбэл, хамгийн ойрын зургийн дээд төгсгөлд) нэг хэлхээ нь 5" төгсгөлтэй, нөгөө нь 3" төгсгөлтэй байна. ДНХ полимераз нь зөвхөн 3" төгсгөлийг сунгах чадвартай байх нь хуулбарлах процесст чухал юм. ДНХ-ийн гинж нь зөвхөн 3" төгсгөлд ургадаг.

Энэ зурган дээр ДНХ-ийн хуулбарлах үйл явц доороос дээш явагдана. Зүүн гинж нь нэг чиглэлд, баруун талынх нь эсрэг чиглэлд ургаж байгааг харж болно.

Дараах зурган дээр шилдэг шинэ гинж("тэргүүлэх хэлхээ") давхардал үүсэх тэр чиглэлд сунадаг. Доод талын шинэ гинж("хоцрогдсон хэлхээ") нэг чиглэлд сунах боломжгүй, учир нь тэнд 5" төгсгөлтэй байдаг бөгөөд бидний санаж байгаагаар ургахгүй. Тиймээс доод хэлхээ нь богино (100-200 нуклеотид) Оказакигийн тусламжтайгаар ургадаг. хэлтэрхий, тус бүр нь 3" чиглэлд ургадаг. Оказаки фрагмент бүр нь праймерын 3" төгсгөлөөс ургадаг ("РНХ праймерууд", праймерууд нь улаан өнгөтэй байна).

Хуулбарлах ферментүүд

Хуулбарлах ерөнхий чиглэл- ДНХ-ийн давхардал үүсэх чиглэл.
Эцэг эхийн ДНХ- хуучин (эхийн) ДНХ.
"Эцэг эхийн ДНХ"-ийн хажууд ногоон үүл- хуучин (эх) ДНХ-ийн хэлхээний азотын суурийн хоорондох устөрөгчийн холбоог тасалдаг геликазын фермент.
Бие биенээсээ дөнгөж тусгаарлагдсан ДНХ-ийн хэлхээн дээрх саарал зууван- ДНХ-ийн хэлхээг холбохоос сэргийлдэг тогтворгүй уургууд.
ДНХ pol III- ДНХ-ийн дээд (тэргүүлэх, тасралтгүй нийлэгждэг) хэлхээний 3" төгсгөлд шинэ нуклеотид нэмдэг ДНХ полимераз. (Тэргүүлэх эгнээ).
Анхдагч- праймер (улаан Лего хэсэг) үүсгэдэг праймаз фермент. Одоо бид праймеруудыг зүүнээс баруун тийш тоолж байна:

• эхний праймер дуусаагүй байна, примаза яг одоо хийж байна;
• хоёр дахь праймераас ДНХ полимераз нь ДНХ-ийг бүтээдэг - ДНХ-ийн хоёр дахин нэмэгдэх чиглэлийн эсрэг чиглэлд, гэхдээ 3" төгсгөлийн чиглэлд;
• Гурав дахь праймераас ДНХ-ийн гинж аль хэдийн бий болсон (Хоцрогдсон хэлхээ), тэр дөрөв дэх праймер руу ойртсон;
• ДНХ полимераза учир дөрөв дэх праймер нь хамгийн богино байдаг (ДНХ pol I)үүнийг устгадаг (РНХ гэж нэрлэдэг, энэ нь ДНХ-тэй ямар ч холбоогүй, бидэнд зөвхөн баруун төгсгөл хэрэгтэй байсан) ДНХ-ээр солино;
• Тав дахь праймер нь зураг дээр байхаа больсон, энэ нь бүрэн таслагдаж, оронд нь хоосон зай үлдээсэн. ДНХ лигаз (ДНХ лигаз)Доод талын (хоцрогдсон) ДНХ-ийн хэлхээг бүрэн бүтэн байлгахын тулд үүнийг хооронд нь холбоно.

Топоизомераза ферментийг супер зурагт заагаагүй боловч дараа нь туршилтын явцад гарч ирэх тул энэ талаар хэдэн үг хэлье. Энд гурван том утаснаас бүрдсэн олс байна. Гурван нөхдүүд эдгээр гурван утаснаас барьж аваад гурван өөр чиглэлд татаж эхэлбэл, удалгүй олс тайрахаа больж, чанга гогцоонууд болон муруйна. Хэрэв топоизомераза биш бол хоёр судалтай олс болох ДНХ-тэй ижил зүйл тохиолдож болно.

Топоизомероз нь ДНХ-ийн хоёр хэлхээний аль нэгийг тасалдаг бөгөөд үүний дараа (хоёр дахь зураг, улаан сум) ДНХ нь түүний нэг хэлхээний эргэн тойронд эргэлддэг тул нягт гогцоо үүсэхгүй (топологийн стресс буурдаг).

Терминал дутуу хуулбарлалт

Хуулбарлах фермент бүхий супер зургаас харахад праймерыг зайлуулсны дараа үлдсэн хэсэгт ДНХ полимераз дараагийн Оказаки хэлтэрхийг гүйцээж байгаа нь тодорхой байна. (Үнэхээр тодорхой байна уу? Хэрэв ямар нэгэн зүйл байвал супер зураг дээрх Оказаки хэлтэрхийг тоогоор дугуйлан зааж өгсөн болно.) Супер зураг дээрх хуулбар логик (зүүн) төгсгөлдөө хүрэхэд сүүлчийн (хамгийн зүүн) Оказаки хэлтэрхий болно. "дараагийн" байхгүй тул праймерыг арилгасны дараа үлдсэн хоосон зайд ДНХ-г гүйцээх хүн байхгүй болно.

Энд танд өөр нэг зураг байна. Хар ДНХ-ийн хэлхээ нь хуучин, эхийнх. ДНХ-ийн давхардал нь супер загвараас ялгаатай нь зүүнээс баруун тийш явагддаг. Баруун талын шинэ (ногоон) ДНХ нь 5" төгсгөлтэй тул хоцрогдсон бөгөөд тусдаа хэлтэрхийнүүдээр (Оказаки) сунгасан байдаг. Оказаки хэлтэрхий бүр праймерынхаа 3" төгсгөлөөс (цэнхэр тэгш өнцөгт) ургадаг. Бидний санаж байгаагаар праймеруудыг ДНХ полимеразаар арилгадаг бөгөөд энэ үед дараагийн Оказаки хэлтэрхий (энэ процессыг улаан эллипсээр тэмдэглэсэн) дуусгадаг. Хромосомын төгсгөлд энэ хэсгийг дүүргэх хүн байхгүй, учир нь дараагийн Оказаки хэлтэрхий байхгүй тул тэнд аль хэдийн хоосон зай бий. (Цоорхой). Тиймээс репликация бүрийн дараа охин хромосомын 5" төгсгөл хоёулаа богиносдог (терминал дутуу хуулбарлах).

Үүдэл эсүүд (арьс, улаан чөмөг, төмсөг) 60-аас дээш удаа хуваагдах ёстой. Тиймээс тэдгээрийн дотор теломераза фермент ажилладаг бөгөөд энэ нь репликация бүрийн дараа теломеруудыг уртасгадаг. Теломераза нь ДНХ-ийн хэт унжсан 3" төгсгөлийг сунгаж, Оказаки хэлтэрхийний хэмжээтэй болтлоо томордог. Үүний дараа примаза дээр праймерыг нэгтгэж, ДНХ полимераза нь ДНХ-ийн дутуу хуулбарлагдсан 5" төгсгөлийг сунгадаг.

Туршилтууд

1. Хуулбарлах нь дараах үйл явц юм.
A) дамжуулах РНХ-ийн нийлэгжилт үүсдэг;
B) ДНХ-ийн синтез (хуулбарлах) явагддаг;
C) рибосомууд антикодоныг таньдаг;
D) пептидийн холбоо үүсдэг.

2. Прокариотуудын нөхөн үржихүйд оролцдог ферментүүдийн үйл ажиллагааг тэдгээрийн нэрстэй харьцуул.

3. Эукариот эсэд репликацийн үед праймеруудыг зайлуулах
A) зөвхөн ДНКазын идэвхжилтэй ферментээр явагддаг
B) Оказаки хэлтэрхий үүсгэдэг
B) зөвхөн хоцрогдсон утаснуудад тохиолддог
D) зөвхөн цөмд тохиолддог

4. Хэрэв та fX174 бактериофагийн ДНХ-ийг гаргаж авбал 25% A, 33% T, 24% G, 18% C агуулагдаж байгааг олж мэдэх болно. Та эдгээр үр дүнг хэрхэн тайлбарлах вэ?
A) Туршилтын үр дүн буруу; хаа нэгтээ алдаа гарлаа.
B) А-ийн хувь нь T-тэй ойролцоогоор тэнцүү гэж таамаглаж болох бөгөөд энэ нь С ба Г-ийн хувьд ч үнэн юм. Иймээс Чаргаффын дүрэм зөрчигддөггүй, ДНХ хоёр хэлхээтэй, хагас консерватив хуулбарлагддаг.
B) A ба T ба үүний дагуу C ба G-ийн хувь хэмжээ өөр байдаг тул ДНХ нь нэг хэлхээ юм; Энэ нь загвар болгон нэг хэлхээ бүхий тусгай хуулбарлах механизмыг дагадаг тусгай ферментээр хуулбарлагддаг.
D) A нь T-тэй, G нь C-тэй тэнцүү биш тул ДНХ нь нэг хэлхээтэй байх ёстой бөгөөд нэмэлт хэлхээг нэгтгэж, энэ давхар хэлхээтэй хэлбэрийг загвар болгон ашигладаг;

5. Диаграмм нь хоёр хэлхээтэй ДНХ-ийн хуулбарыг хэлнэ. I, II, III квадрат тус бүрд энэ хэсэгт үйлчилдэг нэг ферментийг сонгоно.

A) Теломераза
B) ДНХ топоизомераза
B) ДНХ полимераз
D) ДНХ-ийн геликаз
D) ДНХ лигаз

6. Хөнгөн азотын изотоп (N-14) бүхий орчноос авсан нянгийн өсгөвөрийг хүнд изотоп (N-15) агуулсан орчинд нэг хуваагдалтай тэнцэх хугацаанд шилжүүлж, дараа нь хөнгөн азоттой орчинд буцаан шилжүүлэв. изотоп. Хоёр репликацитай тэнцэх хугацааны дараа бактерийн ДНХ-ийн найрлагад хийсэн шинжилгээ нь:

Сонголтууд хариулах	ДНХ
	гэрэл	дундаж	хүнд
А	3/4	1/4	-
Б	1/4	3/4	-
IN	-	1/2	1/2
Г	1/2	1/2	-

7. Дархлал хомсдол, оюун ухаан, бие бялдрын хомсдол, микроцефали зэрэг удамшлын нэг ховор өвчин юм. Энэ синдромтой өвчтөний ДНХ-ийн ханднаас та бараг тэнцүү хэмжээний урт ба маш богино хэмжээний ДНХ-ийг олсон гэж бодъё. Энэ өвчтөнд аль фермент дутагдаж/гажигтай байх магадлалтай вэ?
A) ДНХ лигаз
B) Топоизомераза
B) ДНХ полимераз
D) Геликаз

8. ДНХ молекул нь дөрвөн өөр төрлийн азотын суурь агуулсан хос мушгиа юм. ДНХ-ийн репликаци ба химийн бүтцийн талаархи дараах мэдэгдлүүдийн аль нь зөв бэ?
A) Хоёр хэлхээний үндсэн дараалал ижил байна.
B) ДНХ-ийн давхар хэлхээнд пурины агууламж пиримидины агууламжтай тэнцүү байна.
C) Хоёр хэлхээ 5’→3’ чиглэлд тасралтгүй нийлэгждэг.
D) Шинээр нийлэгжсэн нуклейн хүчлийн эхний суурийн нэмэлтийг ДНХ полимеразаар катализлана.
E) ДНХ полимеразагийн алдаа засах үйл ажиллагаа 5’→3’ чиглэлд явагдана.

9. Ихэнх ДНХ полимеразууд нь дараахь үйл ажиллагаатай байдаг.
A) ligase;
B) эндонуклеаз;
B) 5"-экзонуклеаз;
D) 3"-экзонуклеаза.

10. ДНХ-ийн геликаз нь хоёр хэлхээтэй ДНХ-ийг нэг хэлхээтэй ДНХ болгон задалдаг ДНХ-ийн хуулбарлах гол фермент юм. Энэ ферментийн шинж чанарыг тодорхойлох туршилтыг доор тайлбарлав.

Энэхүү туршилтын талаарх дараах мэдэгдлүүдийн аль нь зөв бэ?
A) Гельний дээд хэсэгт гарч буй тууз нь зөвхөн ssDNA бөгөөд 6.3 кб хэмжээтэй байна.
B) Гельний доод хэсэгт гарч буй тууз нь 300bp гэсэн шошготой ДНХ юм.
B) Хэрэв эрлийзжүүлсэн ДНХ-г зөвхөн ДНХ-ийн геликазаар эмчилж, урвалыг дуусгах хүртэл гүйцэтгэсэн бол туузны зохион байгуулалт b-ийн 3-р эгнээнд үзүүлсэн шиг харагдана.
D) Хэрэв эрлийзжүүлсэн ДНХ-ийг геликазын эмчилгээгүйгээр зөвхөн буцалгах аргаар боловсруулвал b-ийн 2-р эгнээнд үзүүлсэн шиг туузны бүтэц гарч ирнэ.
E) Хэрэв эрлийзжүүлсэн ДНХ-г зөвхөн чанасан геликазаар эмчилвэл туузны зохион байгуулалт b-ийн 1-р эгнээнд үзүүлсэн шиг харагдана.

2001 оны дүүргийн олимпиад
- Бүх Оросын олимпиад 2001 он
-Олон улсын олимпиад 2001
-Олон улсын олимпиад 1991 он
-Олон улсын олимпиад 2008
- 2008 оны дүүргийн олимпиад
-Олон улсын олимпиад 2010
Эдгээр олимпиадын бүрэн эхийг авах боломжтой.