Презентация по биологии "Репликация ДНК"

Репликация днк

Строение молекулы ДНК

Основные принципы репликация ДНК


Репликация ДНК (редупликация) – удвоение ДНК.
1.Комплементарность – новая цепь молекулы ДНК будет синтезироваться по одной из старых цепей по принципу комплементарности.

Основные принципы репликация ДНК


2.Полуконсервативность – новые молекулы ДНК будут содержать одну новую и одну исходную материнскую цепь ДНК

Согласно гипотезе
 консервативной репликации двухцепочечная материнская молекула ДНК как единое целое служит матрицей для образования дочерней молекулы, состоящей из двух совершенно новых цепей.
Полуконсервативный механизм репликации предполагает разделение цепей исходной молекулы ДНК. При этом каждая материнская цепь является матрицей для синтеза дочерней цепи. Таким образом, при репликации образуются две молекулы ДНК, каждая из которых включает одну материнскую цепь и одну новую — дочернюю. 
Гипотеза дисперсной репликации состояла в том, что материнская ДНК распадается на фрагменты, которые выступают в роли матриц для построения отдельных участков новых молекул. Образованные таким способом молекулы ДНК должны состоять из чередующихся фрагментов исходной молекулы и вновь синтезированных

В 1958 г. американские биологи М. Мезельсон и Ф. Сталь провели экспериментальную проверку этих гипотез.
На протяжении нескольких поколений они выращивали бактерии (а именно кишечную палочку) в питательной среде, содержащей «тяжелый» азот 15N. За это время 15N вошел в состав бактериальных молекул ДНК. Далее бактерии были перенесены в среду, содержащую изотоп 14N. Следовательно, в состав вновь синтезированных цепей ДНК включался уже «легкий» азот. Из бактериальных клеток новых поколений, образовавшихся в среде с 14N, выделяли ДНК и центрифугировали в градиенте плотности хлорида цезия.
Выяснилось, что ДНК дочерних клеток первого поколения имела плотность, среднюю между плотностью «легкой» ДНК, содержащей только 14N, и «тяжелой», включающей только 15N. То есть такая «гибридная» ДНК содержала одновременно 14N и 15N. Это противоречило гипотезе о консервативном механизме репликации, согласно которой ДНК должна была разделиться на две фракции — «легкую» и «тяжелую».
ДНК, выделенная из клеток второго поколения, разделялась на «легкую» и «гибридную». Этот факт полностью соответствовал гипотезе полуконсервативной репликации и позволил исключить дисперсный механизм удвоения ДНК, согласно которому плотность ДНК второго поколения бактерий должна быть средней между «легкой» и «гибридной». Таким образом был доказан полуконсервативный механизм репликации ДНК.

Основные принципы репликация ДНК


3.Антипараллельность – две цепи ДНК антипараллельны (одна цепь заканчивается ОН у 3-С, другая остатком фосфорной кислоты у 5-С)

Основные принципы репликация ДНК


4.Челночный синтез – фермент ДНК-полимераза, обеспечивающая синтез новой цепи ДНК, строит новую цепь от 5’ к 3 ’ концу.

Особенность ДНК-полимеразы состоит в том, что она может двигаться вдоль существующей цепи ДНК только в направлении 3' → 5'. При этом наращивание дочерней цепи всегда происходит  
антипараллельно: от 5'-конца к 3'-концу (т. е. новые нуклеотиды добавляются к 3'-концу синтезируемой цепи).
Вдоль одной материнской цепи (той, у которой направление 3' → 5' совпадает с направлением перемещения репликативной вилки) фермент движется непрерывно. Дочерняя цепь ДНК, которая при этом синтезируется, называется  лидирующей  или  ведущей .
В то же время движение ДНК-полимеразы, которая работает над созданием другой дочерней цепи, не может быть непрерывным. По мере смещения репликативной вилки фермент «забегает вперед» и затем, возвращаясь назад, синтезирует новую цепь отдельными фрагментами. В честь первооткрывателей — супругов Р. и Ц. Оказáки — эти участки называют фрагментами Оказаки. Таким образом, вторая дочерняя цепь строится прерывисто с существенным отставанием от лидирующей цепи. Поэтому данная цепь получила название отстающей или запаздывающей. Впоследствии фрагменты отстающей цепи сшивает друг с другом фермент ДНК-лигаза.

Хеликаза раскрывает ДНК в репликационной вилке.
Белки, связывающие одноцепочечную ДНК (их также называют SSB-белки), удерживают разделённые цепи ДНК вблизи репликационной вилки, предотвращая их обратное соединение.
Топоизомераза работает перед вилкой репликации и предотвращает чрезмерное скручивание.
Праймаза синтезирует РНК праймеры комплементарные цепи ДНК.
ДНК полимераза III удлинняет праймеры, добавляя нуклеотиды к 3'-концу и создавая основную часть новой ДНК.
РНК праймеры удаляются и заменяются на ДНК с помощью ДНК полимеразы I.
Разрывы между фрагментами ДНК восстанавливаются ДНК лигазой.