Все реакции, связанные с раскручиванием нитей ДНК-осуществляют ферменты топоизомеразы. Аналогичным образом действуют эти ферменты и при другом процессе-транскрипции. Специальные ферменты (хеликаза) разрывают водородные связи между противоположными нитями ДНК делая их свободными.
Освобождённые из дуплекса нити ДНК долго оставаться в свободном состоянии не могут. Они или вновь соединятся или взаимодействуют с активными реагентами из окружающего пространства, или формируют шпильки. Любой вариант способен нарушить нормальный ход репликации.
Для предотвращения этого существуют специальные белки SSB-белки. Эти белки обладают сродством к одноцепочечной ДНК и с появлением последней сразу же соединяются с ней на всём протяжении, составляя жёсткий каркас, препятствуя не только её реакциям, но и образованию шпилек. Важным свойством белков является то, что они оставляют открытыми для реакций нуклеиновые основания одноцепочечной нити ДНК, что чрезвычайно важно для последующего синтеза дочерних нитей ДНК.
Образование РНК-затравки.
После завершения всех процессов репликативная вилка почти готова к синтезу ДНК. Для полной готовности ДНК к репликации не хватает одной существенной детали. Синтез дочерних нитей в соответствии с матричными свободными нитями ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза. Однако начать процесс синтеза новой нити этот фермент не может. Он способен продолжить синтез уже начатой цепочки. Поэтому другой фермент ДНК зависимая РНК-полимераза (ДНК-проймаза) вначале синтезирует на обоих, разошедшихся в репликационной вилке матричных нитях ДНК, небольшой участок РНК. Эта РНК носит название РНК-затравка. РНК-затравки синтезируются параллельно матричным нитям ДНК по принципу комплементарности. Причём на одной нити РНК-затравка синтезируется начиная с ори-сайт в сторону вилки репликации, на оппозитной нити РНК-затравка синтезируется отступя от ори-сайта в его сторону. Синтезом двух РНК-затравок на двух противоположных нитях матричной ДНК заканчивается период инициации.
2.2 Элонгация
Фермент ДНК-полимераза начинает синтез новых нитей ДНК с 3 концов двух РНК-затравок. При таком синтезе дочерние молекулы ДНК а матричных нитях будут синтезироваться в потивоположных направлениях.
Элонгация начинается с присоединения одного нуклеотида к 3 концу РНК-затравки. Это присоединение осуществляет фермент ДНК-полимераза.
К первому нуклеотиду ДНК-полимераза присоединяет второй, третий нуклеотид в соответствии с принципом комплементарности к нуклеотидам ,находящимся на матричной нити ДНК. Основания нуклеотидов новой и матричной нити соединяются водородными связями. Поскольку синтез новой нити ДНК начинается с 3' конца РНК-затравки, к которому присоединяется 5 конец первого нуклеотида ДНК, то принято считать, что синтез дочерней нити ДНК происходит в направлении 5'->3'.
На той нити, где синтез дочерней нити идёт в сторону вилку репликации,он идёт непрерывно, и по мере раскручивания нити фрагмент синтезированный ДНК будет постоянно удлиняется. Чем дальше продвигается вилка репликации, тем длиннее будет вновь синтезированная цепь ДНК. Эту нить ДНК называют непрерывной, лидирующей или ведущей. В дальнейшем никаких РНК-затравок на матричной нити ДНК ,с которой реплицируется лидирующая нить не формируется.
Сложнее происходит синтез дочерней ДНК на противоположной нити материнской ДНК, которая имеет направление 5'->3'. К синтезированой на этой нити РНК-затравка нуклеотиды будут присоединяться также к 3' и новая цепь будет синтезироваться в сторону от вилки репликации. Эту нить дочерней ДНК называют отстающей, запаздывающей. Таким образом ,в репликативной вилке одновременно синтезируются две дочерние нити ДНК-ведущая (она синтезируется в направлении вилки репликации) отстающая (синтезируется в направлении от вилки репликации), то есть направление синтеза обоих дочерних цепей противоположно.
Синтез запаздывающей нити ДНК происходит не постоянно, а фрагментами. После окончания синтеза одного фрагмента вблизи репликационной вилки вновь происходит синтез РНК-затравки. С 3 этой затравки вновь начинается синтез дочерней нити ДНК в направлении РНК-затравки и по её достижению синтез вновь прекращается - сформировался второй фермент ДНК, который начинается от репликации РНК-затравки. Фактически на отстающей цепи мы имеем два фрагмента ,которые состоят из соединённых друг с другом РНК и ДНК. Один фрагмент ДНК начинается с РНК-затравки. На запаздывающей нити синтезировался третий участок РНК-затравки. Последующие раунды репликации повторяются-тпоизомераза раскручивает очередной виток спирали ДНК, хелаза разрывает водородные связи между нитями ДНК и они расходятся, белки SSB фиксируют нити ,лидирующая цепь продолжает удлиняться, на отстающей цепи ситезируется третий фрагмент РНК-затравки и с его 3' конца начинает синтезироваться новый фрагмент Оказаки. Затем на отстающей нити ДНК РНК-затравки разрушаются и оставшиеся фрагменты ДНК соединяются в единую цепь. Таким образом, на отстающей нити идут непрерывно четыре процесса: образование новых РНК-затравок ,синтез с их 3' конца фрагментов Оказаки, разрушение РНК-затравок и воссоединение фрагментов в единую цепь.
2.3 Терминация
Синтез ДНК продолжается до тех пор, пока не встретятся две репликативные вилки или когда репликативная вилка не подойдёт к концу молекулы ДНК в хромосоме. После встречи репликативных вилок, синтезированные дочерние цепи ДНК из соседних вилок соединяются ферментом. Сложнее происходит терминация в случае если репликативная вилка подошла к концу молекулы ДНК. Но и здесь репликацию прекращают специальные ферменты.
3. Коррекция репликации
При репликации ДНК происходит важный процесс коррекции вставляемых нуклеотидов. В область синтеза ДНК поступают все четыре нуклеотида. ДНК полимераза отбирает нужного предшественника путём пробного спаривания его с нуклеотидом ДНК матрицы.
Правильность подобранного нуклеотида оценивается по нескольким параметрам, два из которых наиболее существенны. Во-первых, подобранный нуклеотид должен формировать столько же водородных связей, столько и нуклеотид на матричной нити. Во-вторых, расстояние между сахарофосфатными остовами должно быть постоянно и должно соответствовать трём кольцам в двух основаниях (одно кольцо в одном основании и два кольца в другом). Если же претендент нуклеотид и нуклеотид в матрице будут содержать по два кольца в молекуле или по одному, то соединения не происходит.
Проверка правильного включения нуклеотида в растущую цепь производится дважды: один раз перед включением его состав растущей цепи и второй раз перед включением следующего нуклеотида. После того как прошла проверка на совместимость нуклеиновых оснований, формируется связь в сахарофосфатном остове.
4. Конвариантная редупликация, как редупликация мутационной изменчивости
Несмотря на высокую точность процессов репликации и эффективно работающую систему коррекции во вновь синтезированных нитях ДНК всегда имеются нарушения. Эти дефекты именуют чаще всего на «генные мутации». Подсчёты показали, что они происходят с частотой 1 ошибка на 1010 пар нуклеотидов. Редупликация, происходящая с ошибками носит название конвариантная редупликация.
В основе нарушений лежат самые различные причины. Например, высокая или наоборот очень низкая концентрация нуклеотидов в месте синтеза, спонтанная потеря пуриновых оснований, дезаминирование цитозина, который превращается в урацил, под действие ультрафиолетового облучения, присутствия в месте синтеза химических мутагенов и так далее. Судьба возникших неоднозначна. Они могут быть справлены репарационными процессами. Это и наиболее благоприятный для клетки вариант. В некоторых случаях мутация в молекуле ДНК не исправляется. При этом возможны два варианта разворачивания событий.
Если повреждение молекулы ДНК затронуло функционально не активную область ДНК, то фенотипически такая ошибка не будет выявляться, и как правило, никаких тяжёлых последствий наблюдаться не будет. Иное дело если ошибка спаривания произошла в нуклеотидных последовательностях какого-либо гена. В этом случае вероятнсть проявления фенотипических нарушений увеличивается. Это может привести к гибели клетки или целого организма. При этом вместе с погибшей клеткой элиминируется и дефект ДНК. И, наконец следует учитывать ,что генные мутации лежат в основе мутационной изменчивости. А она приводит к возникновению множественных аллелей, которые делают генофонд популяций более пластичным.
5. Метилирование ДНК
И в заключении необходимо остановиться на важном прцессе,который происходит в момент или сразу же после синтеза дочерних цепей ДНК- метилирование вновь синтезированных цепей. У человека специальный фермент ДНК-метилаза метилирует цитозин,присединяя к нему группы CH3. Процесс метилирования скорее всего необходим для формиования структуры хромосом (упаковки ДНК) и регуляции транскрипции генов. Кроме того,метилирование способствует инактивации одной Х-хромосомы у млекопитающих.
6. Лекарственные препараты и репликация
Процесс репликации подвержен воздействию самых разных факторов и в частности лекарственных препаратов.
Так, например, дауномицин и другие противоопухолевые препараты имеют в своей молекуле плоскую циклическую структуру, которая встраивается (инеркалируется) между парами оснований. Это ведёт к локальному изменению структуры ДНК, в результате чего ферменты репликации прекрашают свою работу. Например, топоизомераза теряет способность деспирализовать ДНК в месте интеркаляции.
Такие алкилирующие вещества, как тиофосфалид модифицируют основания путём присоединения к ним алкильных группировок. Если фермент репликации встречают это основание, их работа может прекратиться.
Ингибитор ДНК-топоизомераза - новобиоцин, вмешиваясь в работу фермента прекращается деспирализация ДНК ,а следовательно и синтез РНК.[6]
Заключение
1.Процесс является важным молекулярным механизмом ,лежащим в основе всех разновидностей деления клеток проэукариот.
2.Обеспечивает все типы размножения как одноклеточных, так и многоклеточных организмов.
3.Поддерживает постоянство клеточного состава органов ,тканей и организма в результате физиологической регенерации.
4.Обеспечивает длительное существование отдельных индивидуумов.
5.Обеспечивает длительное существование видов организма.
6.Процесс способствует точному удвоению информации.
7.В процессе репликации возможны ошибки, что может приводить к нарушениям синтеза белков с развитием патологических изменений.
Список использованных источников литературы
1.Биология - Пехов А.П.
2.Биология - Ярыгин В.Н.
3. http://estnauki/ru
4. http://ru.m.wikipedia.org
5. http:www.medbio-kgmu.ru
6. http://длямедик.рф
7. http://www.epigenetiki.net
8. http://meduniver.com
9. http://sbio.info
10. http://www.ebio.ru