WYKŁAD III

REPLIKACJA-PODWAJANIE-

DUPLIKACJA DNA



Replikacja DNA

to proces, w którym

podwójna nić

DNA

ulega skopiowaniu



Nie licząc niewielkiego

prawdopodobieństwa (ok. 1 błąd na

109 nukleotydów) wystąpienia błędu

obie cząsteczki DNA

będą identyczne.

Replikacja jest

semikonserwatywna -



w każdej z dwóch uzyskanych

podwójnych nici DNA jedna nić

będzie macierzysta i jedna nowa.

Substratami tego procesu są:

matryca DNA;

trifosforany

deoksyrybonukleotydów (dNTP);



W replikacji uczestniczą różne

enzymy, m. in.

POLIMERAZY DNA,

dla których substratami są:



TRIFOSFONUKLEOTYDY,

od których odrywają dwie

reszty P

Enzymy te mogą przyłączyć

trifisosfonukleotydy tylko do

końca 3’



Dlatego synteza nowej nici

odbywa się od 5’ do 3’,

natomiast odczytywanie

sekwencji odbywa się

od 3’ do 5’

cząsteczka DNA jest dwuniciowa, a

każda z tych nici ułożona jest

przeciwrównolegle,



tzn. komplementarna nic biegnie

w kierunku przeciwnym (ale obie

od 5’ do 3’), i to oznacza,



że druga nowa nić powstaje w

kierunku odwrotnym od lewej do

prawej i od prawej do lewej, ale

zawsze synteza – obu nici

odbywa się od 5’ do 3’.

Polimerazy DNA mogą przyłączać

nukleotydy do końca 3’ czyli w

pozycji C3’ w cząsteczce cukru, ale

tylko

do istniejącego już łańcucha

polinukleotydowego.



Dlatego w miejscu rozpoczęcia syntezy

nowej nici potrzebny jest krótki odcinek

RNA, 5-10 nukleotydowy zwany

starterem

albo

primerem.



Jest on syntetyzowany przez PRIMAZĘ

(jest to polimeraza RNA, u bakterii jest

to specyficzna polimeraza DNA),

która jest składnikiem kompleksu

inicjującego replikację zwanego

PRIMOSOMEM.



PRIMOSOM - jest to kompleks enzymów

i białek niezbędnych do replikacji.

Czy replikacja DNA może się

odbywać bez udziału startera?



Tak, jednak pod warunkiem, że jest

obecna grupa hydroksylowa w

pozycji C3’ pentozy.



Polimeraza DNA może przyłączyć

nukleotyd w miejscu pęknięcia

pojedynczej nici DNA, lub na końcu

pojedynczego łąńcucha

RNA starterowy



zostaje wycięty przez

egzonukleazę.



Następnie jest zastępowany nowymi

fragmentami DNA



Nowe odcinki DNA są łączone przez

ligazę

DNA,

która uzupełnia brakujące wiązania

fosfodiestrowe w szkielecie nowo-

zsyntezowanej nici DNA

Czy startery są zawsze

wycinane?



Startery u ssaków w genomie

jądrowym są wycinane wszystkie

lub prawie wszystkie



W genomie mitochondrialnym

startery nie są wycinane – pozostają

w kolistym DNA.

Polimeraza DNA działa jedynie w

kierunku od końca 3' do końca 5' (czyli

syntetyzuje nową nić w kierunku od 5'

do 3').



Z tego powodu jedna z nici w

cząsteczce DNA jest syntezowana w

sposób ciągły, gdyż synteza przebiega

zgodnie z kierunkiem

powstawania

rozwidlenia (widełek).



Druga nić, która jest syntetyzowana

w kierunku przeciwnym do

kierunku powstawania

rozwidlenia (widełek)

syntezowana jest w sposób

nieciągły



i powstają odcinki, tzw.

fragmenty Okazaki.

Nić syntetyzowana na matrycowym

łańcuchu DNA jest w sposób ciągły,

nazywa się

prowadzącą

lub

wiodącą

, a

druga powstająca na nici kodującej–

nicią

opóźnioną

Fragmenty Okazaki



W czasie replikacji cząsteczki DNA

nawinięte na rdzeniach nukleosomów

zostają uwolnione ze struktury

nukleosomów, i prawdopodobnie dlatego:



fragmenty Okazaki u eukariontów są

krótsze (100-350pz, u prokariontów 1-

2kpz)



liczba przyłączonych nukleotydów w

jednostce czasu u Euk. jest mniejsza.



Po przejściu widełek replikacyjnych

struktura nukleosomu zostaje odtworzona.

Kopiowanie podwójnej helisy DNA jest

procesem złożonym.



Proces dzieli się na fazy :



inicjacji,



wydłużania



i terminacji.

Inicjacja replikacji DNA – w

specyficznych sekwencjach zasad

nazywanych

miejscem inicjacji

replikacji.



W kolistych cząsteczkach DNA

replikacja rozpoczyna się w miejscu

inicjacji, o długości ok. 200-300 par

nukleotydów. Miejsce to oznacza się

skrótem

ori

od ang.

origin



W aktywnych chromosomach liniowych

przebiegać może wiele (tysiące)

jednoczesnych procesów replikacji.

Helikazy DNA.

To enzymy, które

rozrywają wiązania wodorowe między

nićmi matrycowego DNA, rozkręcając

helisę

umożliwiając

rozpoczęcie

helisę

umożliwiając

rozpoczęcie

procesu; powstają widełki replikacyjne

Widełki replikacyjne



to miejsce jednoczesnego rozwijania

cząsteczki DNA i syntezowania

nowych nici podczas replikacji.



Replikacja następuje

tylko w widełkach

replikacyjnych.

Oczko replikacyjne - Z czasem

rozpoczyna się również replikacja po

stronie przeciwnej rozwidlenia.

Jednoniciowe łańcuchy w widełkach

replikacyjnych są usztywniane białkami SSB

destabilizującymi heliks – zapobiegają

ponownemu skręcaniu



SSB (Single-Strand-Binding-

protein) - białka destabilizujące

heliks



GYRAZA DNA - wprowadza

ujemne skręty, przywraca

topologię heliksu



TOPOIZOMERAZA - relaksuje

napięcia pojedynczych nici

REPLIZOM



Kompleks enzymów niezbędnych do

replikacji to replisom.



PRIMOSOM – kompleks inicjacji,

składa się z białek rozpoznających

ori

i prymaz, które syntetyzują startery



REPLIKON = REPLIZOM +

ori

Etapy replikacji DNA u

Procaryota:inicjacja, elongacja,

terminacja



Inicjacja

składa się z 3 etapów:



Pierwszy - synteza RNA starterowego

przez prymazy



Drugi – wiązanie białka inicjatorowego

do sekwencji

ori,

jest tylko jedno takie

miejsce



Trzeci – dołącza się helikaza i powstaje

oczko replikacyjne o wielkości 45-60pz,

a widełki stopniowo się przesuwają i

następuje

elongacja

Inicjacja replikacji DNA w

komórkach wyższych

Eucaryota



Zamiast miejsc inicjacji są strefy inicjacji



Zawierają wiele potencjalnych miejsc

inicjacji



Składają się z 10 tys. pz



Występują w obszarach międzygenowych



Strefy inicjacji są kontrolowane przez:



-białka struktury chromatyny

(nukleosomy)



-białka szkieletowe macierzy jądrowej

Terminacja u bakterii



Naprzeciwko sekwencji inicjującej

znajduje się sygnał terminacji, są nim

sekwencje 800pz, sekwencje

ter,

symetrycznie ułożone po obu

stronach, czyli na obu ramionach.



Sekwencje te kodują białko

terminacyjne, które jest supresorem

replikacji i inhibitorem helikazy

TERMINACJA



U Eucaryota brak jest sekwencji

terminacyjnych. Replikacja każdego

replikonu kończy się wraz z

zetknięciem się widełek

replikacyjnych podążających z

przeciwnych kierunków ku sobie.

Document Outline