ДНҚ репликациясы

Жоспар:

1. ДНҚ репликациясы
2. Прокариоттық  және эукариоттық ДНҚ- полимеразалар
3. Репликондар
4. Прокариоттық жене эукариоттық ағзалардың ДНҚ репликациясы 
5. Артта қалған тізбектің үздікті репликациясы
6. Бастаушы тізбектің үздіксіз репликациясы
7. Жаңадан синтезделген ДНҚ молекулалары  ұштарының  толық репликацияланбауы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 ДНҚ репликациясы

       ДНҚ репликациясының екі еселену  процесін репликация деп атайды.  Репликация бірлігі –репликон,  өздігінен репликацияланатын генетикалық элемент. Оның құрамында ДНҚ репликациясының  инициациалық учаскесі  және реплыкация процесіне қатынасатын  блоктардың синтезңн бақылайтын гендер орналасқан.  Репликация аса күрделе биохимиялық процес. Бұл процеске генетикалық ақпараттың  өте  дәлдікпен көшірілуін,  ДНҚ тізбектеріндегі қателіктерді түзетіп, алмастыруды және рекомбинацияны  қаитамасыз ететін көптеген  белоктар қатысады.

     Репликация  процесі мына принциптер бойынша  іске асырылады;

1. Жартылай консервативті  ДНҚ ның  бастапқы тәзбектерінің әр қайсысы жаңа тізбек түзілуі үшін  матрица болып табылады. Реплиациядан  кейінгі әр ДНҚ молекуласындағы екі тізбектің біреуі  бастапқы матрицалық тізбек болса, екіншісі жаңадан синтзделген тізбек болады.
2. Комплементарлық   ДНҚ молекуласының  жаңа тізбегі комплементарлық принципке негізделіп  адениннңғ тиминмен, гуаниннің цитозинмен байланысуына сай түзіледі. Сондықтан жаңадан синтезделген тіхбек бастапұы матрицалық  тңзбеке комплнментарлы болып келеді.
3. Униполярлығы  комплементарлы жаңа тізбектердің синтезделуі  тек  5!-3!  Бағытында іске асырылады, яғни әрдайым ДНҚ молекуласының 3!ұшы ұзарып отырады.
4. Анти парллельдік ДНҚ ның жаңа тізбектері матрицалық тізбектерге қарама қарсы бағытта синтезделеді. өйткені бастапқы ДНҚ дағы аппараттың  оқылуы ДНҚ полимераза  ферментінің қатысуымен 3!-5! Бағытында ңана жүреді.
5. Үзілмелігі  репликация ДНҚ молекуласының  бірнеше жерінде бір уақытта  басталады. Синтезделген түрлі ұзындықтағы  кесінділер арнайы лигаза ферменттерінің  көмегінмен бір біріне  жалғанып ДНҚ молекуласының тғтас тізбегін құрайды.  ДНҚ ның  бойындағы репликация  жүріп жатқан учаскені  айрықша шеңбер пішіндес «репликациялық көзше» арқылы тауып,тануға болады. Көзшенің мұндай пішіні ДНҚ репликациясының шеңберлік тәсілмен жүретінін сипаттайды.    

   Прокариоттық  жасушаларда  тек бір ғана  репликациялық  көзше  қызмет атқарса,  эукариоттарда ДНҚ молекуласының мөлшеріне байланысты жүздеген, мыңдаған репликациялық  көзшелер қызмет етуі мүмкін.  Репликациялық көзше тек  арнайы нуклеотиттер  жүйесі  орналасқан учаскелерде ғана  түзіледі. Ұзындығы 300 нуклеотитке шамалас  келетін мұндай учаскелер  репликация басталатын нүкте  немесе «О»   сайты ( ағыл. origin) деп аталады. ДНҚ дағы жалпы репликациялық  учаскелердің  саны ағзаның  генетикелық бағдарламасының мөлшерңмен анықталады.

        ДНҚ ның  ширатылңан тізбектері  таратылып репликация басталатын  учаске  репликациялық айыр деп  аталатын  арнайы құрылым түзіледі. Репликация кезінде ДНҚ синтезделуі бағытының қос тізбектің тарқатылу бағытымен сәйкес келуі тек жаңа синтезделген  бастаушы тңзбекте көрінеді.  Екінші артта алған тізбек үзік үзік болып, қысқа  Оказаки ферменттері  түрінде синтезделеді.  Нәтижесінде  тізбектердің  екеуі 5!-3! Бағытта  ұзарады.

       Прокариоттық  және эукариоттық  жасушаларда   ДНҚ мен әсерлесе алатын  ядролық ферменттердің  үш типі анықталған. Олар; нуклеазалар, полимеразалар  және  лигазалар.

1.    Нуклеазалар  ДНҚ молекуласының 3!  Немесе  5! Ұшына әсер ете отырып  полинуклеотиттік  тізбекті жеке нуклеотиттерге  дейін ыдырататын ферметтер.
2.    Полимеразалар  немесе репликазалар  полинуклеотиттік  жаңа  тізбектің  синтезін қамтамасыз ететін  фермент тер тобы.  Егер  полимеразалардың  әрекетіне байланысты хромосоманың  екі еселенуі журсе,  ол кезде  фермент  репликаза  деп аталады.
3.    Лигазалар   репликация және  репарация процестері  кезінде ДНҚ ның түзілген жеке фрагменттерін бір біріне  жалғастырып, тігіп тұтас молекула  құрастыратын  ферменттер.

Репликация  процесінің  іске асырылуы  үшін ДНҚ  полимеразалардан  басқа  дезоксинуклеозид үшфосфаттардың(d АМФ,d ЦМФ, d ТМФ, d ГМФ)   және ұштары 3! ОН болып аяқталған полинуклеотиттік  тізбектердің болуы қажет.

 

 

                       Прокариоттық ДНҚ полимеразалар

     Ішек таяқшасы  бактериасында  және басқа  прокариоттарда  қызмет атқаратын ДНҚ  полимеразалардың үш типі  белгілі. ДНҚ полимеразалар 1 және полимераза 2  ДНҚ  репарациясына  қатынасады, ал ДНҚ  полимераза 3 ДНҚ  репликациясына  қатынасады.

      ДНҚП  күрделі фермент, оның  5 активті  сайттары бар:

1. матрицалық сайт
2. праймерлік сайт
3. 5!-3! Ыдыратушы сайт немесе  экзонуклеазалық сайт
4. Нуклеотит- үшфосфат сайт
5. 5!-3! Эндонуклеазалық сайт.

  ДНҚП 1 ферментінің   атқаратын  қызтеті синтездік активтілік  көрсетіп,  нуклеотиттерді ретімен қосып ДНҚ тізбегін  өсірумен  қатар экзонуклеозалық активтілігіне байланысты тізбектердегі  қателіктерді жөндеп , түзету болып табылады.

      ДНҚП 2 активтілігі  жағынан ДНҚ 1ге ұқсас болсп  келеді, бірақ  нуклеотиттерді  қосып, ұзартып өсіру үшін  тізбектің 3! Бос ұшына ғана  әсер ете алады.

      ДНҚП    ДНҚ репликациясында маңызды роль атқарады. Бұл мультимерлік фермент немесе  холофермент суббірліктен  тұрады.

 

 

                  Эукариоттық ДНҚ  полимеразалар

1. ДНҚ полимераза альфа  цитоплазмалық немесе  үлкен полимераза деп те аталады, ол ядрода және цитолпазмада кездеседі.
2. ДНҚ полимераза бета  нулеазалық  полимераза  кіші полимераза,  тек омыртқылыларға тән фермент.
3. ДНҚ полимераза гамма  митохондриялық  полимераза, ядода синтезделеді.
4. ДНҚ полимераза дельта  сүтқоректердің жасушаларынан табылған және PSNA белогіна тәуелді; ол ДНҚ синтезінің жылдамдығы  мен қарқындылығын  қамтамасыз етеді.
5. ДНҚ полимераза эпсилон  қызметі  бойынша дельта  ДНҚ полимеразаға  ұқсас,  ашытқы саңырауқұлақтары  мен сүтқоректілердің  жасушаларында кездеседі

ДНҚ молекуласындағы  реаликация басталатын  нүтеде А- Т жұптары көбірек, арнайы  нуклеотиттер жүйесі  орналасқан болады.

 

 

                  Репликондар.

    Прокариоттар мен эукариоттарда  ДНҚ репликациясы  дискреттік  бірліктер  репликондармен іске  асырылады. 

    Барлық, белгілі ДНҚ полимеразалардың  бірле біреуі  өздігінен ДНҚ ның жаңа тізбегін  синтездеуге қабілетті емес.  Сондықтан, жаңа  синтезін  бастау үшін алдымен РНҚ қоздырғыш немесе РНҚ проймер деп аталатын қысқаша келген  РНҚ молекуласының фрагменті  синтезделуі тиіс.  Небәрі он  жиырма нуклеотиттен тұратын  РНҚ праймер  арнайы  РНҚ праймаза  ферментінің  көмегімен синтезделеді. РНҚ праймер синтезделу үшін  рибонуклеазидүшфосфаттар қажет. Бұлардың  бір біріне жалғасып орналасуы, яғни  РНҚ праймердегі  нуклеотиттердің  реті репликацияланатын  ДНҚ учаскесіне  комплеметарлы  болады.  РНҚ праймерлер  синтезделгеннен кейін  де ДНҚ ның  матрицалық тізбегімен   сутекті байланыстар арқылы  жалғанған күйде қалады. Бұдан кейін РНҚ праймерлер  бөлініп кетеді

де  олардың  орнына  нуклеотиттердің  ситезңн прокариоттарда ДНҚ  полимераза 1 жалғастырса эукариоттарда репликациялық   ферментер жалғастырады.

       Репликация  нәтижесінде түзілген  ДНҚ фрагменттерінің  ұштарын тігіп,  жалғастырып, тұтас  ДНҚ молекуласын  құрастыруды  арнайы фермент ДНҚ  лигазалар  қамтамасыз  етеді.

 

 

           

 

 

 

 

         Прокариоттық  ағзалардағы  ДНҚ  репликациясы.

ДНҚ репликациясы  үш кезеңнен  тұрады:

1. Инициация
2. Элонгацая
3. Терминация,
1. ДНҚ репликациясының  инициация  кезеңінде  мына  төмендегіндей  процестер журеді:

• Ферменттер жиынтығы репликация  басталатын нүктені таниды.

     -ДНҚ ның қосарланған  тізбектері тарқатылып бір тізбектік ДНҚ лар түзіеді де  репликацияларға  жол ашылады.

    - ДНҚ ға  арнайы  В белок  жалғанады.  Бұл белок  праймазаның белсенділігін   арттырушы  ретінде әрекет  жасайды.

 Элонгация кезеңі  немесе  ДНҚ тізбектерінің   репликациясы жүретін  кезең  мына  төмендегілердің  қатынасуымен жүреді:

-  ДН) В немесе геликазалар  (  лабильдік промотр)

- Праймазалар ( ДНҚG)

-SSB белоктар

- Холофермент ДНҚ полимеразалар( ДНҚ pol 3  НЕ)

-  РНҚ азалар Н  ( РНҚ праймерлерді  шығарып тастайтын)

- ДПҚ полимераза1,  ДНҚ молекуласында алып тасталған  РНҚ праймерлердің  бос орындарын  толтыру үшін қолданылады.

   Инициация кезеңінен   элонгацияға  өтер кезде   геликаза ферментінің әсерінен 3!-5! Бағытында  тарқатылып ДНҚ  учакесінде  репликативтік айырдың   түзілуі жүреді.

  ДНҚ ныі геликаза  жалңанған тізбегі артта қалған тізбек болып шығады.  ДНҚ прймаза геликазамен байланысып  праймосоманы қалыптастырады. Праймосома артта қалған тізбекте  көптеген  РНҚ праймерлерді  синтездейді.

     Артта қалған  тізбектің репликациясы  ДНҚ В   геликазалар мен ДНҚG праймазлардың және  ДНҚ pol 3 НЕ  ферментінің бірігіп әсер етуі  нәтижесінде іске асырылады.  Репликация бастапқы тізбекке  қарама қарсы бағытта жүреді. Геликаза  және  ДНҚ праймаза  бүкіл репликациялық айырмен байланысқан күйде болып репликацияның  өнімділігін  қамтамасыз етеді.

      

 

                    Эукариоттардағы  ДНҚ репликациясы 

  Эукариоттардағы   ДНҚ репликациясы  прокариоттардағы  сияқты үш кезеңнен  тұрады:

1. Инициация
2. Элонгация
3. Терминация

  Репликация басталарға  дейін, эукариоттарға алдымен, ашық  ДНҚ комплексі  қалыптасып, іле шала  ДНҚ тізбектері  тарқатылады. Бұл пресинтетикалық   кезеңнің ұзақтығы 8-10 минут. Мұнда тек тазарт ылған 3 белок:  Т антиген, RFA және  топтизомера 1 мен 2 қатынасады.

      Т антиген   көптеген  суббірліктерден  тұроатын  комплекс құрап, ДНҚ ның  қосарланған  тізбектерін  локальді  тарқату.а жағдай жасайды.

      ДНҚ   жіпшелерінің  одан әрі тарқатылуы  RF-A фактордың және  топоизомераза   ферментінің,  ДНҚ геликаза  Т  ago компонеттері арқылы  ДНҚға  жалғануына байланысты жүреді.  Топоизомераза репликативтік айырдың аймағында ДНҚ жіпшелерінің  оңай  тарқатылуына  мүмкіндік жасайды.  RF-A- немесе   SSB  белоктары тарқатылып  тізбектерді бір біріне  байланыстырмай оларды сол күйінде ширатпай ұстап тұрады.  Осыдан соң праймаза ДНҚ полимераза  альфа  мен  әрекеттесіп РНҚ  қоздырғыштың  синтезін бастайды. РНҚ қоздырғыш яғни РНҚ  праймер  синтезделгеннен кейін  5!-3! Бағытында  Оказаки  фрагменттері  синтезделе  бастайды.

     Репликация  факторы Cor RF-C циклинмен (PCNA) қосылдып ДНҚ полимераза  дельтаға ауысуымен іске асырылады.  ДНҚ полимераза дельта  ДНҚ ның бастаушы  тізбегінің үздіксіз  ситезін қамтамасыз етеді. Соңынан бастаушы жіне артта қалған  тізбектердегі РНҚ праймерлер  босап бөлініп кетеді. Олардың бос қалған  орындары прокариоттық  ДРҚ дағы  сияқты комлементарлы  нуклеотиттермен толықтырылады. 

     

 

           Артта қалған  тізбектің  үздікті  репликациясы.

      Артта  қалғанг репликацияның  жүру  реті:

1. Праймазаның  хелаказамен  активтенуі.  Активтенген праймаза  ұзындықтары  10-20 нуклеотиттерден  тұратын  РНҚ  праймерлерді  синтездейді.
2. РНҚ  праймерлерді  ДНҚ pol 3 НЕ  ферменті  танып,  оларды 

ДНҚ фрагменті  синтездеу  үшін  пайдаланады. РНҚ праймерлер ДНҚ  pol 3  НЕнің  бета  суббірлінін  бірігіп кор ферментімен  байланысады. Нәтижесінде  РНҚ  праймерлер  бета  суббірлік  ДНҚ pol 3  НЕ  кор  фермент  ДНҚ  pol 3 НЕ  жиынтығы  түзіліп  Оказаки  фрагментінің  синтезі басталады.

3. Оказаки  фрагменттерінің  синтезі  аяқталған  ДНҚ полимераза  бірдің  қатысуымен  РНҚ қоздырғыштар  босап, алып тасталып,  оның  бос орнына  матрицалық тізбекке  комплементарлы  нукеотиттер  орналастырылады.
4. ДНҚ  лигаза  ферменті  Оказаки  фрагменттерінің  ұштарын  фосфодиэфирлік  құрылымын  қалыптастырады.

 

 

                 Бастаушы  тізбектің үздіксіз репликациясы.

  Бастаушы  тізбектің   репликациядағы  инициация кезеңі  артта қалған тізбектің  репликациясына  ұқсас жүреді, тек  айырмасы  РНҚ  праймаза  синтезделіп   қызмет  атқарады. Бастаушы  тізбектің   ұзарфып өсуі ДНҚ pol 3 НЕ  ферментінің  қатысуымен  іске  асырылады. Бастаушы  тізбектің репликациясын  дәл артта  қалған тізбектегі  сияқты  ДНҚ  полимераза  бір  жәнеДНҚ  лигаза  ферменттері аяқтайды.

 Жаңадан  синтезделген  ДНҚ  молекулалары  ұштарының   толық репликацияланбауы