Репликация днк схема егэ

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 106    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

Всего: 106    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Биосинтез нуклеиновых кислот. Репликация ДНК

Биология. Подготовка к олимпиадам. 8–9 классы.

БИОСИНТЕЗ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. СИНТЕЗ ДНК

Принцип
комплементарности лежит в основе процессов синтеза всех нуклеиновых кислот.
Впервые модель синтеза нуклеиновой кислоты предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик
одновременно с моделью двойной спирали ДНК. Они предположили, что благодаря
принципу комплементарности старая молекула может служить матрицей для синтеза
новых идентичных молекул.  Это возможно благодаря тому, что водородные
связи между цепями ДНК гораздо слабее ковалентных и могут быть разрушены. На
это тратится энергия — в клетке в качестве ее источника используется АТФ, в пробирке
цепи можно разделить простым нагреванием. Этот процесс называется плавлением,
или денатурацией ДНК. 

После
разделения цепей «обнажаются» азотистые основания, не связанные более
водородными связями. Они могут провзаимодействовать по принципу
комплементарности с новыми нуклеотидами, которые станут звеньями дочерних
цепей. При этом каждая из двух материнских цепочек становится матрицей для
синтеза дочерней цепи. В результате получаются две дочерние двойные спирали
ДНК, идентичные исходной молекуле. Принцип матричного синтеза лежит
в основе синтеза всех существующих в клетке нуклеиновых кислот (как ДНК, так и РНК).

В
дальнейшем оказалось, что полного расхождения нитей ДНК не происходит,
расплетается только небольшой фрагмент ДНК, на нем происходит поочередное
присоединение нуклеотидов. Расплетенный участок материнской молекулы, где идет
наращивание новых цепей, называют репликативной вилкой. Каждый
очередной новый нуклеотид подбирается по принципу комплементарности к
находящемуся против него нуклеотиду матричной нити (см. рис.). Для синтеза ДНК
используются нуклеотиды, содержащие дезоксирибозу, а в качестве азотистых
оснований аденин, гуанин, цитозин и тимин. Этот процесс называется удвоением,
или репликацией ДНК. Его осуществляет фермент ДНК-зависимая
ДНК-полимераза (ДНК-зависимая означает, что она использует ДНК в
качестве матрицы), или просто ДНК-полимераза (но существуют и
РНК-зависимые ДНК-полимеразы, например у ретровирусов).

направление
синтеза

Синтез
новой цепи начинается с 5’-конца, новые нуклеотиды присоединяются всегда к
3’-концевому нуклеотиду, к его свободной ОН-группе. При этом комплекс белков,
синтезирующий ДНК, двигается вдоль матричной нити в направлении от 3′ к 5′,
постепенно расплетая новые участки двойной спирали. Новые данные экспериментов
показывают, что, скорее, наоборот, ДНК протягивается сквозь статичную «фабрику
репликации» — совокупность осуществляющих репликацию белков. Так продолжается
до полного завершения удвоения всей молекулы ДНК. 

ферменты
репликативной вилки

Расплетание
материнской молекулы АТФ-зависимо осуществляет фермент ДНК-хеликаза (от
helix — спираль). На обнаженных матричных цепях праймаза синтезирует РНК-затравки,
или праймеры — короткие участки РНК. 3′-концы праймеров
удлиняются ДНК-полимеразами. У прокариот основной репликативной
полимеразой является РНК-полимераза III. У эукариот больше типов ДНК-полимераз,
они обозначаются греческими буквами.

Основная
репликативная ДНК-полимераза должна быть процессивна, то есть синтезировать
очень длинный фрагмент ДНК без «соскоков» с матрицы и обладать свойством
проверки ошибок — proofreading. Оно заключается в том, что при
случайном присоединении некомплементарного нуклеотида ДНК-полимераза отщепляет
его от растущей цепи. Это обеспечивает fidelity — точность
синтеза.

Особенностью
синтеза ДНК является невозможность его начала «с нуля». Все ДНК-полимеразы
узнают и удлиняют уже существующий 3′-конец молекулы, спаренной с матрицей.
Поэтому им нужна затравка, или праймер — любая
молекула, которая комплементарно связана с матрицей и 3′-конец которой можно
удлинять, руководствуясь этой матрицей. Так как синтез РНК происходит
беззатравочно, в клетке роль праймеров играет РНК. Эти короткие фрагменты РНК
синтезирует специфическая РНК-полимераза — праймаза.

На
одной из цепей направление синтеза ДНК (от 3′ к 5′ по матрице) совпадает с
направлением расплетания ДНК (движения вилки). Эта цепь называется лидирующей,
на ней синтез происходит непрерывно. На другой цепи направление синтеза ДНК
противоположно направлению расплетания, так что синтез происходит фрагментами,
по мере расплетания все новых и новых участков матрицы. Эта цепь
называется отстающей, а фрагменты, по имени открывшего их
исследователя, называют фрагментами Оказаки. Каждый фрагмент
Оказаки начинается со своей затравки; между ними остаются незамкнутые связи
(бреши). Затравки удаляются РНКазой Н (от hybrid —
РНК-ДНК-гибрид), вместо нее ДНК-полимераза I (репаративная) синтезирует РНК.
Фрагменты соединяются между собой ДНК-лигазой. После удаления всех
затравок и залечивания всех брешей новая ДНК полностью готова.

субстраты
для синтеза и энергия

Для
образования связи между нуклеотидами необходима энергия. Она поставляется в
реакцию каждым приходящим нуклеотидом, т. к. используются нуклеозидтрифосфаты,
имеющие макроэргические связи. 
При этом от молекулы нуклеотида отщепляется два остатка фосфорной кислоты, а
третий присоединяется к 3-му положению предыдущего нуклеотида (см. рис.).
Синтез новой цепи начинается с 5’ конца, новые нуклеотиды присоединяются к
3’-концевому нуклеотиду. При этом комплекс белков, синтезирующий ДНК, двигается
вдоль матричной нити, постепенно расплетая новые участки двойной спирали. Так
продолжается до полного завершения синтеза всей молекулы ДНК. Этот процесс
называется репликацией ДНК.

Синтез
ДНК не является стопроцентно точным. С вероятностью порядка 10−6 в ходе синтеза
происходят ошибки, в результате чего вставляется неправильный
(некомплементарный) нуклеотид. В результате возникает предмутационное
состояние — некомплементарная пара нуклеотидов в полученной молекуле
ДНК. В клетке существует специальная система исправления ошибок в ДНК —  система
репарации (от англ. to repair — восстанавливать). Если система
репарации исправит ошибку, то ДНК останется точной копией материнской молекулы.
Если же исправление ошибки не произойдет до следующего удвоения ДНК, то изменение
будет закреплено и унаследовано потомками данной клетки. Так возникают точечные
мутации — наследуемые изменения последовательности ДНК, то есть генетической
информации. 

Синтез
ДНК у эукариот происходит в строго определенной фазе клеточного цикла — S-фазе.
S-фаза — это часть интерфазы, то есть времени между делениями клетки. Школьники
часто совершают ошибку, полагая, что удвоение ДНК происходит в начале деления
клетки. Это не так. Репликация ДНК занимает довольно большое время и требует
большого количества ресурсов клетки. После ее завершения в клетке идет G2-фаза
(подготовка к делению), и только затем возможно начало деления. Если клетка не
полностью удвоила свою ДНК, деление не может происходить. Именно в ходе
репликации ДНК образуются две копии клеточного генома, которые должны достаться
дочерним клеткам, расходясь в процессе деления. В результате репликации
однохроматидные хромосомы становятся двуххроматидными. Две сестринские
хроматиды, соединенные в области центромеры, содержат по молекуле ДНК. Эти две
молекулы ДНК являются точными копиями друг друга, образованными при репликации
(за вычетом возможных ошибок репликации, приводящих к возникновению
мутаций). 

точки
начала синтеза днк

Синтез
ДНК начинается на участке ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов,
который узнают специальные белки. Этот участок называется origin of
replication, или Оri. В кольцевых молекулах ДНК прокариот,
как правило, только 1 Оri, а в гораздо более длинных линейных хромосомах
эукариот — несколько. В области Ori ДНК расплетается, и образуется так
называемый репликационный глазок. По сути, это две репликативные вилки,
движущиеся из одной точки в противоположные стороны. По мере синтеза новых
цепей «глазок» растет, вилки движутся друг от друга, расплетая все новые и новые
участки ДНК. Синтез идет до тех пор, пока движущиеся навстречу репликативные
вилки не встретятся. Тогда вся молекула оказывается полностью удвоенной.

Схема
синтеза ДНК у прокариот:

Схема
 синтеза ДНК у эукариот: 

Пластический обмен.

(анаболизм, ассимиляция).

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

Проще говоря, это любые процессы и реакции образования, синтеза веществ.
Примеры:
● репликация ДНК
● синтез и-РНК
● синтез белка
● синтез липидов и углеводов
● фотосинтез
● хемосинтез

Подробно каждый из этих процессов мы будем разбирать в соответствующих темах, здесь же рассмотрим исходные вещества, продукты, получающиеся при энергетическом обмене, место синтеза и организмы, в которых происходят эти процессы.

к оглавлению ▴

Репликация (самоудвоение) ДНК.

Из одной молекулы получаются 2 и процесс идет с затратами энергии.

Это основной процесс абсолютно для всех живых ( и неживых систем)

● у вирусов (неживых систем) — он происходит в клетках носителя;
● у бактерий — в цитоплазме (прокариоты)
● у всех других эукариотических организмов — в ядре

к оглавлению ▴

Синтез и-РНК (транскрипция).

Так же основной, базовый процесс для всего живого.

Базой, матрицей для синтеза молекулы служит ДНК.
У бактерий (прокриотических организмов) — осуществляется в цитоплазме, у всех эукариотов — в ядре.

Синтез белка.

Все живое потребляет и синтезирует белки.
Процесс построения полимера (белка) из мономеров (аминокислот) происходит в рибосомах.
Рибосомы есть абсолютно во всех клетках — как у бактерий, так и у представителей всех царств эукариотического мира.

Процесс многостадийный и требует большого количества энергии:
1. синтез и-РНК на базе ДНК
2. выход и-РНК из ядра в цитоплазму и прикрепление к рибосоме
3. “считывание” рибосомой информации с и-РНК
4. транспорт соответствующих аминокислот с помощью т-РНК
5. построение белковой нити

к оглавлению ▴

Синтез липидов и углеводов.

Происходит в эндоплазматической сети.

к оглавлению ▴

Фотосинтез.

Это прямо классический пример пластического обмена — из неорганических веществ получаются органические.

● у растений — во всех клетках наземной части организма в хлоропластах
● у бактерий — в пигменте — хлорофилле

Хемосинтез.

Это процесс пластического обмена, характерный исключительно для бактерий.