65. Репликация днк: основные компоненты реплисом(днк-полимеразы, хеликазы, ssb-белки, топоизомеразы, праймазы, днк-лигазы )прокариот.

По имеющимся данным, в репликации ДНК, включающей узнавание точки начала процесса, расплетение родительских цепей ДНК в репликационной вилке, инициацию биосинтеза дочерних цепей и дальнейшую их элонгацию и, наконец, окончание (терминация) процесса, участвует более 40 ферментов и белковых факторов, объединенных в единую ДНК-репликазную систему, называемую реплисомой. Рассмотрим подробнее её компоненты в прокариотической клетке:

Основным ферментом, катализирующим биосинтез новообразованной ДНК (стадию элонгации репликации ДНК), являются ДНК-полимеразы III. Имеются доказательства, что в димерной форме ДНК-полимераза III катализирует сопряженный синтез ведущей (лидирующей) и отстающей цепей ДНК при репликации.

ДНК-полимеразы I катализирует отщепление затравочного олигорибонуклеотидного праймера и заполнение образующихся после этого пробелов (ниш) дезоксирибонуклеотидами. ДНК-полимеразы II из Е. coli выполняет ≪ремонтные≫ функции, исправляя повреждения цепей ДНК.

Функцию раскручивания (расплетения) двойной спирали ДНК в репликационной вилке, происходящего за счет энергии гидролиза АТФ, выполняет специфический rep-белок, названный хеликазой. Образовавшиеся на определенное время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, связывающихся с одноцепочечной ДНК (SSB-белки) и препятствующих обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК. В связи с этим их иногда называют дестабилизирующими двойную спираль белками. Имеются, кроме того, особые ферменты топоизомеразы (у прокариот одна из них названа ДНК-гиразой), которые играют особую роль в сверхспирализации, обеспечивая как репликацию, так и транскрипцию ДНК. Эти ферменты наделены способностью не только создавать супервитки, но и уничтожать суперспирализацию путем сшивания образующихся разрывов или разрезания ДНК.

В стадии инициации репликации ДНК участвует специфическая клеточная РНК-полимераза, названная праймазой, которая катализирует синтез короткого олигорибонуклеотида (от 10 до 60 нуклеотидов), т.е. праймера, с которого затем начинается синтез ДНК. В состав праймасомы входит также комплекс белков dna В и dna С, который вблизи репликационной вилки периодически участвует в формировании специфической вторичной структуры ДНК, подходящей для узнавания праймазой.

Важную функцию соединения двух цепей ДНК или замыкания двух концов одной цепи ДНК в процессе репликации либо репарации ДНК выполняют особые ферменты – ДНК-лигаза, катализирующая за счет энергии АТФ образование фосфодиэфирной связи между 3'-ОН-группой дезоксирибозы одной цепи и 5'-фосфатной группой другой цепи ДНК.

66. Биологическое значение и механизмы репарации днк.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Так как наследственность – важное общебиологическое свойство живого, исправление ошибок на матрице ДНК – необходимый процесс. Также, по некоторым данным, до 90 % всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК. Наиболее частые причины ошибок в молекуле ДНК:

- воздействие излучения (УФ, радиационное);

- воздействие хим. в-в (мутагенов);

- случайные ошибки репликации ДНК

- нарушение структуры нуклеотидов (апуринизация, дезаминирование и др.).

В каждой репарационной системе присутствуют следующие компоненты:

1) фермент, «узнающий» измененные фрагменты ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения;

2) фермент, удаляющий повреждённый участок;

3) фермент (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого;

4) фермент (ДНК-лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.

На сегодняшний день известны следующие механизмы репарации ДНК:

1. Прямая репарация – наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.

2. Эксцизионная репарация включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы.

BER – эксцизионная репарация оснований (3-4)

NER – эксцизионная репарация нуклеотидов (у прокариот – 13, у эукариот – 26).

3. Пострепликативная репарация. Тип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения:

   1. Пострепликативная – с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA.

   2. Прямая фотореактивация – разрушение тимидовых димеров фотолиазами и заполнение брешей при помощи ДНК-полимеразы I.

   3. Система репарации ошибочно спаренных нуклеотидов у E. coli, использующая белки MutHLS , распознает и репарирует все некомплементарные пары оснований за исключением C-C. Кроме того, эта система репарирует небольшие вставки в одну из цепей ДНК, образующиеся в результате ошибок репликации, длина которых не превышает четырех нуклеотидов.