Məlumat

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_20 - Biologiya

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_20 - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_20 ilə əlaqəli öyrənmə məqsədləri

  • DNT sintezindən məsul olan kimyəvi reaksiyanı ayırın və onun enerji hekayəsini danışın.
  • DNT-də əsas yerlər, reaktivlər, məhsullar, fermentlər və hər bir addım üçün enerji tələblərinin təsviri daxil olmaqla aparıcı zəncir üçün DNT replikasiyası prosesini çəkin.
  • Geridə qalan zəncir üçün DNT replikasiyası prosesini çəkin, geridə qalan zəncir şablonunun replikasiyası ilə bağlı dizayn problemini və Okazaki fraqmentləri və DNT liqazının təqdim etdiyi həlləri daxil edin.
  • Xətti xromosomların uclarının təkrarlanmasının çətinliklərini təsvir edin. Bu çətinlikləri prokaryotik xromosomların təkrarlanması ilə müqayisə edin.
  • Ferment kompleksində struktur RNT-nin rolunu açıq şəkildə təsvir edən telomeraz vasitəçiliyi ilə telomerin uzadılması mexanizminin təsvirini yaradın.
  • DNT replikasiyasının necə genetik mənbə olduğunu izah edinvariasiya,və mutasiya tezliyini dəyişdirə bilən mexanizmləri və xətaların düzəldilməsi ilə bağlı mübadilələri təsvir edin.

DNT ikiqat sarmal və onun təkrarlanması

Problem

Bu modulda biz canlı sistemin bərpası və gələcək nəslin yaradılması üçün əsas tələblərdən biri olan DNT-nin replikasiyasını müzakirə edirik. Əvvəlcə ədəbi bənzətmə vasitəsilə problemə qısaca nəzər salaq.

Tam diploid genomu nəzərə alsaq (yəni hər iki valideyndən miras qalmış DNT-ni hesablasanız) insan genomu təxminən 6,5 milyard əsas cüt DNT-dən ibarətdir. Altı nöqtə beş milyard belə görünür: 6.500.000.000. Bu böyük rəqəmdir. Bu rəqəmin nə demək olduğunu daha yaxşı başa düşmək üçün təsəvvür edin ki, bizim DNT bizdən birini yaratmaq üçün yazılı təlimatlar toplusudur. Analoji olaraq, biz onu başqa bir yazılı sənədlə müqayisə edə bilərik. Bu nümunə üçün Tolstoyun nümunəsini nəzərdən keçirərək başlayırıq Müharibə və Sülh, həcmli xarakterinə görə çoxlarının tanış olduğu bir roman. Vikipediya məlumatları bunu təxmin edir Müharibə və Sülh

ehtiva edir

təxminən 560.000 söz. Çoxlarına tanış olan ikinci yazılı əsər yeddi cildlikdir

J.K. Roulinq

nin Harry Potter. Bu iş ~1,080,000 sözlə yoxlanılır (Vikipediyada İstinad Edilən Statistika). Orta İngilis sözünün uzunluğunun beş simvol olduğunu fərz etsək, iki ədəbi əsər müvafiq olaraq 2,8 milyon və 5,4 milyon simvoldur. Buna görə də, hətta "Harri Potter"in bütün yeddi cildi bizim genomlarımızdan 1000 dəfə az xarakterə malikdir. Bu romanlardakı personajların sayı

var

, lakin tipik bakterial genomdakı nukleotidlərin sayına çox yaxındır.

İndi bir anlığa bu kitabları oxuyan və köçürən bir maşın və ya mexaniki proses (elektron proses deyil) inkişaf etdirdiyinizi təsəvvür edin. Və ya özünüzü bu mətnləri köçürdüyünüzü təsəvvür edin. Bunu nə qədər tez edə bilərdiniz? Nə qədər səhv etmək ehtimalınız var? Kopyalaya biləcəyiniz sürət və dəqiqlik arasında uyğunlaşma olacağını gözləyirsinizmi? Bu proses hansı növ resurslara ehtiyac duyur? Proses nə qədər enerji tələb edir? İndi 1000x daha böyük bir şeyin surətini çıxardığınızı təsəvvür edin! Oh, və sadəcə yaxşı ölçü üçün, xəyali mexaniki cihazınız ~25Å genişlikdə (yəni 0,0000000025 metr enində) mətn üzərində iş görməlidir. Müqayisə üçün deyək ki, tipik on nöqtəli şrift ~ 0,00025 metr enində, DNT əsas cütünün enindən təxminən 100,000x böyükdür.

Bunu nəzərə alaraq,

qeyd etmək yerinə düşər

bir insan hüceyrəsinin bölünməsi təxminən 24 saat çəkə bilər (buna görə də DNT replikasiyası bir az daha sürətli olmalıdır). Sağlam E. coli hüceyrənin bölünməsi cəmi 20 dəqiqə çəkə bilər (o cümlədən onun ~4,5 milyon əsas cüt genomunun təkrarlanması). Həm insan, həm də bakteriya bunu, adətən, sonrakı nəslin canlı və tanınması üçün kifayət qədər az səhvə yol verərək edir. Bu olduqca heyrətamiz görünməlidir! İndi düşünün ki, insan orqanizminin ~10 trilyon hüceyrədən (10.000.000.000.000) ibarət olduğunu və onun mikrob sakinlərinin sayının iki ilə on dəfə arasında ola biləcəyini təxmin edirik. budur

çox hüceyrə

bölgüsü nəzərə alınmalıdır.

Dizayn problemi

Hüceyrə təkrarlanacaqsa - onun

son

məqsəd - DNT-nin surəti olmalıdır

yaradılsın

. Beləliklə, bir aydın problem bəyanatı/sualı "hüceyrə necə ola bilər

səmərəli

onun DNT-ni kopyalayın?" Yuxarıdakı bənzətməni nəzərə alaraq, burada bəzi müvafiq alt suallar var: DNT-ni təmin edən kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlər hansılardır.

köçürmək

? Orqanizm öz genomunu hansı sədaqətlə kopyalamalıdır? Hansı sürət olmalıdır

kopyalansın

at? Bu iş üçün enerji haradan gəlir və nə qədər lazımdır? "Xammal" haradan gəlir? Bu prosesdə iştirak edən molekulyar maşınlar xammalın yığılmasını və yeni DNT molekulu yaratmaq üçün tələb olunan enerjini necə birləşdirir? Siyahı ola bilər

, əlbəttə,

davam et.

Növbəti müzakirədə və mühazirədə DNT-nin təkrarlanması prosesinin necə baş verdiyini araşdıracağıq

həyata keçirilir

bəzi sürücülük suallarını yadda saxlayarkən. Oxu və mühazirə materiallarını nəzərdən keçirərkən, bu proseslə bağlı bu və digər suallardan daim xəbərdar olmağa çalışın. Fikirlərinizi təşkil etmək üçün bu suallardan bələdçi kimi istifadə edin və bilməyinizi gözlədiyimiz "faktlar" ilə sürücülük sualları arasında uyğunluq tapmağa çalışın.

DNT ikiqat spiral

Bəzi əlavə kontekst yaratmaq üçün bizə bir az da empirik olaraq müəyyən edilmiş biliyə ehtiyac var. DNT molekulunun irsi formasının bəlkə də ən məşhur və məşhur xüsusiyyətlərindən biri onun ikiqat spiralvari üçüncü quruluşa sahib olmasıdır. DNT-nin ikiqat sarmal quruluşunu qiymətləndirməmiz 1950-ci illərə aiddir. Bu hekayə haqqında daha çox məlumat üçün burada qısa filmə baxın.

DNT strukturunun modelləri molekulun iki kovalent bağlı nukleotid zəncirindən ibarət olduğunu ortaya qoydu.

bükülürlər

bir-birinin ətrafında sağ əlli spiral əmələ gətirir. Hər bir zəncirdə nukleotidlər

kovalent birləşirlər

Şəkərləri 5' və 3' hidroksil qrupları (panel) vasitəsilə birləşdirən fosfodiester bağları vasitəsilə digər iki nukleotidə (xətti zəncirlərin ən ucları istisna olmaqla)

b

Şəkil 1-də). Xatırladaq ki, 5' və 3' etiketləri şəkər molekulunda olan karbonlara aiddir. Bu şəkərlər və fosfat zəncirləri bitişik kovalent bağlar toplusunu təşkil edir

tez-tez istinad edilir

strukturun "onurğa sütunu" kimi. Xətti molekulda hər bir ipin iki sərbəst ucu var. Biz bir pulsuz ucunu 5' sonu adlandırırıq, çünki əlaqəsi olmayan funksional qrup

adətən iştirak edir

nukleotidləri birləşdirən 5' karbonla əlaqəli fosfatdır. Biz ipin digər ucunu 3' ucu adlandırırıq, çünki əlaqəsi olmayan funksional qrup budur

adətən iştirak edir

nukleotidlərin birləşməsində şəkərin 3' karbonu ilə əlaqəli hidroksil qrupudur. Telin iki ucu simmetrik olmadığından, bu, ipin bir istiqamətini təyin etməyi asanlaşdırır - biri məsələn, 5' ucundan 3' ucuna qədər oxuduqlarını söyləyə bilər.

göstərmək

onlar 5' ucundan başlayaraq 3' ucuna doğru hərəkət edən ip boyunca "gəzirlər". Bu istiqamət (5' - 3') əksər bioloqlar tərəfindən istifadə edilən konvensiyadır. İstiqaməti aydın göstərsək, əks istiqamətdə oxuya bilərsiniz (3'-dən 5'ə qədər). Kovalent bağlı nukleotidlərin iki zəncirinin olmasını tapırıq antiparalel ikiqat sarmalda bir-birinə;

yəni

bir telin oriyentasiyası/istiqaməti digər ipinkinin əksinədir (panel

b

Şəkil 1-də). Onurğa sütunu struktur olaraq ikiqat sarmalın "xarici tərəfində" yerləşir və səthdə mənfi yüklər zolağı yaradır. Antiparalel zəncirlərin hər birinin azotlu əsasları strukturun daxili tərəfində yığılır və unikal purin/pirimidin cütləri (A ilə T və G ilə C cütləşməsi) arasında hidrogen bağlarının yaranmasına imkan verən şəkildə bir-birinə qarşı çıxır. Biz bunları xüsusi əsas cütlüklər adlandırırıq tamamlayıcı baza cütləri. Beləliklə, biz ikiqat spiralın qoşalaşmış tellərinə istinad edirik tamamlayıcı iplər.

Tamamlayıcı iplər lazımsız məlumat daşıyır. Ciddi kimyəvi cütləşməyə görə, bir zəncirinin ardıcıllığını bilirsinizsə, onun tamamlayıcısının ipini mütləq bilməlisiniz. Məsələn, 5′- C A T A T G G A T G - 3′ ardıcıllığını götürək. Ardıcıllığın necə olduğuna diqqət yetirin

annotasiya edilir

oriyentasiya ilə (

Göstərilmiş

5' və 3' etiketləri ilə). Bu ardıcıllığın tamamlayıcısı—5'-dən 3'-ə qədər olan konvensiyaya uyğun olaraq yazılmışdır: 5′- C A T C C C A T A T G - 3′. Əgər sən

əmin deyillər

, bu iki ardıcıllığı qeydlərinizdə bir-birinin üstünə yazın, onları antiparalel tel kimi yazın. Qeyd edək ki, iki tamamlayıcı ipin bir-birinin ətrafında bükülməsi zülalların DNT (panel) ilə bağlanmasını müzakirə etdiyimiz zaman daha vacib olacaq əsas və kiçik yivlər adlanan struktur xüsusiyyətlərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir.

c

Şəkil 1-də).

BIS2A təlimatçılarının əksəriyyəti sizdən aşağıdakı şəkildə təsvir olunan əsas struktur xüsusiyyətləri tanımağınızı gözləyəcək və siz

bacarmaq

DNT strukturunun əsas fiqurunu özünüz yaradın.

Şəkil 1. DNT (a) ikiqat sarmal quruluşa malikdir və(b) fosfodiester bağları. (c) əsas və kiçik yivlər üçün bağlayıcı yerlərdirDNT bağlanmasıtranskripsiya (DNT şablonundan RNT yaradılması) və replikasiya kimi proseslər zamanı zülallar.


Mümkün NB müzakirəsi Nöqtə

Şəkil 1-də azotlu əsasları nəzərdən keçirmək üçün bir az vaxt ayırın. Sinifdə təsvir olunduğu kimi funksional qrupları müəyyən edin. Müəyyən edilmiş hər bir funksional qrup üçün ondan hansı kimya növünü gözlədiyinizi təsvir edincəlb olunmaqFunksional qrupun hidrogen bağının donoru, qəbuledicisi və ya hər ikisi kimi çıxış edə biləcəyini müəyyən etməyə çalışın?


Təxminən eyni vaxtda DNT replikasiyasının rejimləri üçün üç fərziyyə nəzərdən keçirilirdi.

Replikasiya üçün modellər məlum idikimi:

mühafizəkar model, yarı mühafizəkar model və dispersiv model.

1. Mühafizəkar: Replikasiyanın mühafizəkar modeli hər iki zəncirli bütöv molekulun yeni ikiqat zəncirli molekulun sintezi üçün şablon kimi çıxış edə biləcəyini irəli sürdü. Əgər replikasiyadan sonra şablon DNT molekuluna kimyəvi etiket qoyulsa,

bu etiketin heç biri tapılmayacaq

yeni nüsxədə.
2. Yarı mühafizəkar: Bu fərziyyə DNT molekulunun hər bir fərdi zəncirinin indi əlaqə quracağı yeni zəncir üçün şablon rolunu oynaya biləcəyini şərtləndirirdi.

Bu halda

, əgər

kimyəvi etiket qoyulmuşdur

cüt zəncirli DNT molekulunda, nüsxələrin hər birində bir zəncir etiketi saxlayacaq.
3. Dispersiv: Bu model, kopyalanmış ikiqat spiralın "köhnə" və "yeni" iplərin davamlı seqmentlərini hissə-hissə birləşdirəcəyini təklif etdi.

Kimyəvi etiket qoyulubsa

DNT molekulunda

köçürdülər

dispersiv mexanizmdən istifadə edərək, əldə edilən nüsxənin diskret seqmentlərini tapmaq olar

etiketlənmişdilər

ilə ayrılmış hər iki teldə

tamamilə

etiketsiz hissələr.

Meselson və Stahl 1958-ci ildə indi məşhur olan bir təcrübənin nəticələrini bildirdikdə problemi həll etdilər (Vikipediyada təsvir edin) DNT replikasiyasının yarı konservativ olduğunu göstərdi (Şəkil 2), burada hər bir zəncir

kimi istifadə olunur

yeni ipin yaradılması üçün şablon. Bu təcrübə haqqında daha çox öyrənmək üçün Meselson-Stahl Təcrübəsinə baxın.

Şəkil 2. DNT antiparalel ikiqat sarmal quruluşa malikdir, nukleotid əsasları bir-birinə hidrogenlə bağlıdır və hər bir zəncir digərini tamamlayır.DNT replikasiya olunuryarı mühafizəkar şəkildə,hər bir ip istifadə olunuryeni hazırlanmış ip üçün şablon kimi.

DNT replikasiyası

Bəzi əsas struktur xüsusiyyətlərini və yarı konservativ mexanizmə ehtiyacı müəyyən etdikdən sonra proses haqqında bildiklərimizin bəzilərini anlamaq və baş verənləri daha yaxşı başa düşmək üçün hansı suallara cavab vermək istəyə biləcəyimizi düşünmək vacibdir. .

DNT replikasiyası bir proses olduğundan, bu barədə düşünmək üçün enerji hekayəsi rubrikasına müraciət edə bilərik. Xatırladaq ki, enerji hekayəsi rubrikası proseslər haqqında sistematik düşünməyə kömək etmək üçün oradadır (işlərin A-dan B-yə necə getməsi). Bu halda söz mövzusu proses bir cüt zəncirli DNT molekulu ilə başlayıb iki cüt zəncirli molekulla bitmə hərəkətidir. Beləliklə, biz müxtəlif suallar verəcəyik: Replikasiyanın başlanğıcında (maddə və enerji) sistem necə görünür? Maddə və enerji sistemdə necə ötürülür və köçürmələri kataliz edən nədir? Prosesin sonunda sistem necə görünür? Biz həmçinin MÜTLƏQ OLAN konkret hadisələrlə bağlı suallar verə bilərik

baş verir

proses zamanı. Məsələn, DNT uzun bir molekul olduğu üçün

bəzən dairəvi olur, replikasiya prosesi haradan başlayır kimi əsas suallar verə bilərik? Harada bitir? Biz həmçinin proseslə bağlı praktiki suallar verə bilərik, iki telli bir quruluşda nə baş verir

açılmış vəziyyətdədir

?

Bu əsas suallardan bəzilərini mətndə və sinifdə nəzərdən keçiririk və sizi də eyni şeyi etməyə təşviq edirik.

DNT replikasiyası üçün tələblər

Gəlin DNT replikasiyası üçün bəzi əsas funksional tələbləri sadalamaqla başlayaq ki, biz yalnız baş verməli və/və ya proses haqqında düşünməklə nəticə çıxara bilərik.

tələb olunsun

replikasiyanın baş verməsi üçün. Yaxşı, bizə nə lazımdır?

• Biz DNT-ni bilirik

ibarətdir

nukleotidlərdən ibarətdir. Əgər yeni bir zəncir yaratmaq istəsək, bizə nukleotidlərin mənbəyi lazım olacaq.
• DNT-nin yeni zəncirinin qurulması üçün enerji mənbəyi tələb olunacağı qənaətinə gələ bilərik - biz bunu tapmağa çalışmalıyıq.
• Biz belə nəticə çıxara bilərik ki, replikasiyaya başlamaq üçün yer tapmaq üçün bir proses olmalıdır.
• Kömək edən bir və ya daha çox fermentin olacağı qənaətinə gələ bilərik

kataliz etmək

replikasiya prosesi.
• Bu, biokimyəvi bir proses olduğu üçün bəzi səhvlərə yol verəcəyi qənaətinə də gələ bilərik.

Nukleotid strukturunun nəzərdən keçirilməsi

DNT-nin nukleotid bloklarının bəzi əsas struktur xüsusiyyətlərini xatırlayın. Nukleotidlər nükleotid trifosfatlar şəklində başlayır.Nukleotidlərdən ibarətdirazotlu əsas, deoksiriboza (beş karbonlu şəkər) və bir fosfat qrupundan ibarətdir. Nukleotidi azotlu əsasına, adenin (A) və guanin (G) kimi purinlərə və ya pirimidinlərə görə adlandırırıq.sitozin(C) və timin (T). Aşağıdakı strukturları xatırlayın. Qeyd edək ki, nukleotid Adenozin trifosfat (ATP) dezoksiribonukleotidin xəbərçisidir (dATP) hansıdaxil edilirDNT-yə daxil olur.

Şəkil 3. Hər bir nukleotid əmələ gəlirşəkərdən (müvafiq olaraq RNT və ya DNT qurmasından asılı olaraq riboza və ya deoksiriboza), fosfat qrupundan və azotlu əsasdan ibarətdir. Purinlər beş üzvlü bir halqa ilə birləşən altı üzvlü bir halqa ilə ikiqat halqa quruluşuna malikdir. Pirimidinlərdirölçüsü daha kiçikdir; onlar tək altı üzvlü halqa quruluşuna malikdirlər. Beş karbonlu şəkərin karbon atomlarınömrələnir1', 2', 3', 4' və 5' (1'oxunur"bir əsas" kimi).Fosfat qalığı əlavə olunurbir nukleotidin bir şəkərinin 5' karbonunun hidroksil qrupuna və növbəti nukleotidin şəkərinin 3' karbonunun hidroksil qrupuna,bununla5'-3' fosfodiester bağı əmələ gətirir.

Replikasiyanın başlanması

Replikasiya mexanizmi DNT-nin replikasiyasını DNT boyunca haradan başlayır?

Kopyalanacaq milyonlarla, hətta milyardlarla nukleotidlə DNT polimeraza haradan başlayacağını necə bilir? Bu prosesin təsadüfi olmadığı ortaya çıxır. adlı xüsusi nukleotid ardıcıllığı var replikasiyanın mənşəyi replikasiyanın başladığı DNT boyunca. Bir dəfə bu sayt

müəyyən edilir

, lakin bir problem var. DNT ikiqat spiral

keçirilir

baza yığma qarşılıqlı təsirləri və hidrogen bağları ilə birlikdə. Hər bir ip lazımdırsa

oxunsun

və ayrı-ayrılıqda kopyalandıqda, iki ipi bir-birindən ayırmağa kömək edən bir mexanizm olmalıdır. Enerji baxımından bu, enderqonik bir prosesdir. Enerji haradan gəlir və bu reaksiya necədir

katalizləşdirilmişdir

? Əsas mülahizə, ehtimal ki, zülal katalizatorunun iştirak etdiyi və bu fermentin ya qırdığı bağlardan daha enerjili (ekzerqonik) olan yeni bağlar yaratdığını və/yaxud xarici enerji mənbəyindən istifadəni birləşdirə biləcəyi fərziyyəsinə səbəb olmalıdır. ipləri ayırmağa kömək edir.

Məlum olub ki, bu prosesin təfərrüatları və iştirak edən zülallar sözügedən orqanizmə və molekulyar səviyyəli bir çox detala görə fərqlənir.

tam başa düşülmür

. Bununla belə, eukariotların, bakteriyaların və arxeyaların təkrarlanmasında bəzi ümumi xüsusiyyətlər mövcuddur və bu xüsusiyyətlərdən biri də prosesin çoxlu müxtəlif prosesləri əhatə etməsidir.

növləri

DNT-ni təkrarlayan zülallar. Birincisi, "təşəbbüskarlar" adlanan zülallar replikasiya mənşəyində və ya çox yaxında DNT-ni bağlaya bilər. Təşəbbüs zülallarının DNT ilə qarşılıqlı əlaqəsi ikiqat spiralın sabitliyini pozmağa kömək edir və həmçinin DNT adlanan ferment də daxil olmaqla digər zülalları cəlb etməyə kömək edir.helikaz DNT-yə. Burada DNT ikiqat spiralını qeyri-sabitləşdirmək üçün lazım olan enerji, DNT ilə başlatıcı zülallar və zülalların özləri arasında yeni assosiasiyaların yaranmasından gəlir. DNT helikazı çoxalma prosesində mühüm əhəmiyyət kəsb edən çox subunitli zülaldır, çünki o, ATP-nin ekzerqonik hidrolizini DNT ikiqat spiralının açılması ilə əlaqələndirir. Əlavə zülallar olmalıdır

işə götürülmək

başlanğıc kompleksinə (iştirak edən zülalların toplanması

təşəbbüskar

transkripsiya). Bunlara daxildir, lakin

məhdud deyil

üçün, əlavə fermentlər çağırılır primazDNT polimeraza. Təşəbbüsçülər replikasiya başlandıqdan dərhal sonra ayrılarkən, qalan zülallar DNT replikasiyası prosesini yerinə yetirmək üçün birlikdə işləyirlər. Bu ferment kompleksi adlanan DNT-dəki Y şəkilli strukturlarda fəaliyyət göstərir replikasiya çəngəlləri (Şəkil 4). İstənilən replikasiya hadisəsi üçün replikasiyanın hər bir mənşəyində hər iki istiqamətdə uzanan iki replikasiya çəngəsi yarana bilər.

Replikasiyanın bir çox mənşəyi tapıla bilər

eukaryotik xromosomlarda və bəzi arxeylərdə, bakteriyanın genomunda isə, E. coli, replikasiyanın bir mənşəyini kodlayır.

Şəkil 4. Replikasiyanın başlanğıcında replikasiya qabarcığı əmələ gəlir.Replikasiya qabarcığı ibarətdirhər biri DNT boyunca əks istiqamətdə hərəkət edən iki replikasiya çəngəlindən ibarətdir.Bu başa düşülürreplikasiya çəngəllərinə replikasiyanın baş verməsi üçün lazım olan bütün fermentləri ehtiva edirŞablon və yeni DNT zəncirləri arasındakı əlaqələri göstərmək üçün yer təmin etmək üçün onlar sadəcə şəkildə açıq şəkildə çəkilməyiblər.
Atribut: BIS2A komandasının orijinal şəkli

Replikasiyanın uzadılması

DNT cüt spiralının əriməsi və DNT replikasiya kompleksinin yığılması replikasiya prosesində yalnız ilk addımdır. İndiprosesiyeni bir strand yaratmaq əslində başlamaq lazımdır. Burada biz əlavə çətinliklərlə qarşılaşırıq. Birinci aşkar məsələ hər hansı replikasiya çəngəlində iki zəncirdən hansının surətini çıxarmaq lazım olduğunu müəyyən etməkdir (yəni, hansı tel yarı konservativ sintez üçün şablon rolunu oynayacaq? Hər iki tel eyni dərəcədə uyğun alternativdirmi?). Yeni tel sintezi prosesinin başlanması problemi də var. DNT polimeraza özü yeni zəncirini işə sala bilərmi? Sonuncu sualın cavabını və bəzi əsaslandırmaları və nəticələrini daha sonra müzakirə edəcəyik. Bu nöqtədə qeyd edilməli olan əsas fikir onun olmasıdıreksperimental olaraq müəyyən edilmişdirDNT polimerazı öz-özünə zəncir sintezini başlaya bilməz. Daha doğrusu, DNT polimeraza qısa bir uzantılı cüt zəncirli struktur tələb edir, ondan sonra tək zəncirli şablon. Ferment primaz a adlı RNT-nin (DNT deyil) qısa oliqonukleotid polimerini yaradır primer (bunlartəsvir olunuryuxarıda və aşağıda göstərilən rəqəmlərdə qısa yaşıl xətlərlə). DNT polimeraza yeni bir ipi nüvələşdirmək və böyütmək üçün primerdən istifadə edir.

Telin uzanması prosesi zamanı DNT polimeraza yeni kovalent bağlı DNT nukleotid zəncirini polimerləşdirir (bakteriyalarda bu xüsusi ferment ola bilər.

çağırılsın

DNT polimeraza III; eukariotlarda polimeraza nomenklaturası daha mürəkkəbdir və bir neçə polimeraza zülalının rolu

tam başa düşülmür

). Belə çıxır ki, bir ip

üstünlük verilir

şablon kimi xidmət etmək üçün digəri üzərində. DNT polimeraza şablon zəncirini 3'-dən 5'-ə qədər "oxuyacaq" və 5'-dən 3' istiqamətində yeni bir zəncir sintez edəcək. Bu universal müşahidəni izah edən fərziyyələr adətən yeni nukleotidin əlavə edilməsi ilə bağlı enerjiyə və qısa müddət ərzində təsvir edəcəyimiz DNT təmiri ilə bağlı arqumentlərə əsaslanır. Buna görə də gəlin bir nukleotidin əlavə edilməsi ilə bağlı reaksiyanı qısaca nəzərdən keçirək. Primer sintezə başlamaq üçün vacib olan 3' hidroksil təmin edir. Növbəti deoksiribonukleotid trifosfat DNT polimerazanın bağlanma yerinə daxil olur və aşağıda Şəkil 5-də göstərildiyi kimi,

yönümlüdür

polimeraza tərəfindən 5' trifosfatın hidrolizi baş verə bilər. Bu reaksiya pirofosfatı buraxır və daxil olan nukleotidin 5' fosfatı ilə primerin 3' hidroksil qrupu arasında fosfodiester bağının sintezi üçün fosfoanhidridin ekzerqonik hidrolizini birləşdirir. Bu proses deoksiribonukleotid trifosfatlar tükənənə və ya replikasiya kompleksi DNT-dən ayrılana qədər təkrarlanır. Əslində, DNT polimeraza daxil olan nukleotiddən fosfat qrupunu (5') əvvəllər əlavə edilmiş nukleotidin mövcud hidroksil qrupuna (3') əlavə edir.

Düzgün əsas cütləşməsi və ya hər addımda əlavə etmək üçün düzgün nukleotidin seçilməsi,

həyata keçirilir

DNT polimerazının hiss etdiyi struktur məhdudiyyətlər və tamamlayıcı nukleotidlər arasında əmələ gələn enerji baxımından əlverişli hidrogen bağları ilə. Proses

enerji ilə idarə olunur

daxil olan 5' trifosfatın hidrolizi və böyüyən ikiqat sarmalda nukleotidlərarası qarşılıqlı təsirlər nəticəsində əmələ gələn enerji baxımından əlverişli qarşılıqlı təsirlər (əsas yığma və tamamlayıcı baza cütləşməsi hidrogen bağları). Nəzərə alın ki, nukleotid əlavəsinin enerjisi 3'-dən 5'-ə qədər uzanan bir ipin texniki olaraq qarşısını almır. Bu "geri" sintez sxemindəki əsas fərq ondan ibarətdir ki, sintez üçün enerji "mənbəsi" yeni daxil olan nukleotiddən çox, artıq böyüyən zəncirdə birləşdirilmiş nukleotiddən gəlməlidir (bu, mühüm seçici çatışmazlıq ola bilər).

müzakirə edilir

qısaca). Uzatma başladıqdan sonra fərqli bir DNT polimeraza (bakteriyalarda biz bunu adətən DNT Polimeraz I adlandırırıq) RNT primerini çıxarmaq və itkin DNT-nin qalan hissəsini sintez etmək üçün daxil olur.

Sinifdə daha ətraflı müzakirə edildiyi kimi, replikasiya çəngəlinin hərəkəti DNT-nin replikasiyanın hər iki istiqamətində dolanmasına səbəb olur. Başqa bir ATP istehlak edən ferment adlanır topoizomeraz bu stressi aradan qaldırmağa kömək edir.

Şəkil 5. DNT polimeraza daxil olan nukleotiddən əvvəlki nukleotidin 3' hidroksil qrupuna 5' fosfat qrupunun əlavə edilməsini kataliz edir. Bu proses nukleotiddəki fosfoanhidrid bağını hidroliz edərkən nukleotidlər arasında fosfodiester bağı yaradır.
Mənbə: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/m...h16/uzanmaq.html

Aparıcı və geridə qalan ip

Sapın uzanması ilə bağlı yuxarıdakı müzakirə prosesi təsvir ediryenistrand sintezi əgər o telsintez olunurreplikasiya çəngəlinin DNT boyunca hərəkət etdiyi və ya hərəkət etdiyi kimi eyni istiqamətdə. Bu ip ola bilərsintez olunsundavamlı vəadlanırthe aparıcı silsiləsi. Ancaq orijinal DNT cüt spiralının hər iki zəncirinin olması lazımdırköçürmək. DNT polimeraza DNT-ni yalnız 5'-3' istiqamətdə sintez edə bildiyinə görə, aparıcı zəncirdən əks olan zəncirinin polimerləşməsi helikazın və ya replikasiya çəngəlinin ön hissəsinin hərəkət etdiyi əks istiqamətdə baş verməlidir. Bu ipadlanırthe geri qalan ip,səbəbiyləhəndəsi məhdudiyyətlər adlanan qısa seqmentlərə bir sıra RNT-nin hazırlanması və DNT sintezi hadisələri vasitəsilə sintez edilməlidir. Okazaki fraqmentləri. Qeyd edildiyi kimi, hər bir Okazaki fraqmentinin sintezinin başlaması RNT primerini sintez etmək üçün primaz tələb edir və bu RNT primerlərinin hər biriçıxarılsınvə DNT nukleotidləri ilə fərqli bir DNT polimeraza ilə əvəz olunur. Okazaki fraqmentinin hər biri arasında kovalent bağlar ola bilməzedilsinDNT polimeraza tərəfindən və buna görə də olmalıdırformalaşdırılmalıdıradlı başqa bir ferment tərəfindən DNTligaza. Geridə qalan strand sintezinin həndəsəsini vizuallaşdırmaq və iradə etmək çətindirörtülməksinifdə.

Şəkil 6. Geridə qalan ip yaradılırçox seqmentlərdə. Replikasiya çəngəsi aparıcı və geridə qalan ipi göstərir. Replikasiya qabarcığı aparıcı və geridə qalan ipləri göstərir.
BIS2A Komandasının orijinal şəkli

Replikasiyanın dayandırılması

Telomerlər və telomerazlar

Dairəvi bakterial xromosomlarda replikasiyanın ucları bir neçə praktik problem yaradır. Bununla belə, xətti eukaryotik xromosomların ucları DNT replikasiyası üçün xüsusi problem yaradır. DNT polimeraza yalnız bir istiqamətdə (5'-dən 3'-ə qədər) nukleotidlər əlavə edə bildiyi üçün aparıcı zəncir xromosomun sonuna qədər davamlı sintez etməyə imkan verir.çatır; lakin replikasiya kompleksi geriləmənin sonunda gəldiyi üçünipprimazanın "yeri" və RNT primerini sintez etməsi üçün heç bir yer yoxdur ki, xromosomun sonunda çatışmayan geridə qalan DNT fraqmentinin sintezibaşlanılmalıdırDNT polimeraza tərəfindən. Bu boşluğu doldurmağa kömək edəcək bir mexanizm olmadan, bu xromosom ucu cütləşməmiş qalacaq və olacaqitməknukleazlara. Vaxt keçdikcə və bir neçə raund təkrarlama, bu olardınəticə verirxətti xromosomların ucları getdikcə qısalır və nəticədə orqanizmin yaşamaq qabiliyyətini itirir. Xətti xromosomların bu uclarıməlumdurkimi telomerlər, və demək olar ki, bütün eukaryotik növlər müəyyən bir gen üçün kodlaşdırmayan təkrarlanan ardıcıllıqlar inkişaf etdirmişdir. Nəticədə, bu "kodlaşdırılmayan" telomerlər replikasiya tamponları rolunu oynayır vəqısaldılırkritik genlər əvəzinə DNT replikasiyasının hər raundu ilə. Məsələn, insanlarda altı əsas cüt ardıcıllığı, TTAGGG, əksər xromosomların sonunda 100-1000 dəfə təkrarlanır. Potensial tampon kimi fəaliyyət göstərməklə yanaşı, fermentin kəşfi telomeraza xromosomun necə bitdiyini başa düşməyə kömək etdisaxlanılır. Telomeraz protein və RNT-dən ibarət bir fermentdir. Telomeraz, telomerazanın RNT komponenti ilə DNT şablonu arasında tamamlayıcı əsas cütləşməsi ilə xromosomun sonuna bağlanır. Telomeraza RNT-ni tamamlayıcı zəncir kimi istifadə edir ki, bu da komplementinin qısa uzanmasıdır. Hüceyrə bu prosesi dəfələrlə təkrarlayır. Bir dəfə geridə qalan iplik şablonukifayət qədər uzanırtelomeraza ilə primaz, indi xromosomların uclarına tamamlayıcı nukleotidlər əlavə edə bilən DNT polimerazın ardınca bir primer yaradacaq. Beləliklə, xromosomların uclarıtəkrarlanırlar.

Şəkil 7. Xətti xromosomların uclarısaxlanılırtelomeraz fermentinin təsiri ilə.

Telomeraz yetkin somatik hüceyrələrdə aktiv deyil. Hüceyrə bölünməsinə məruz qalan yetkin somatik hüceyrələrin telomerləri qısalmağa davam edir. Bu, telomerlərin qısalması deməkdirəlaqələndirilirqocalma ilə. 2010-cu ildə elm adamları telomerazanın siçanlarda yaşa bağlı bəzi şərtləri geri qaytara biləcəyini və bunun regenerativ potensiala malik olduğunu təsbit etdi.dərman.1 Telomeraz çatışmazlığı olan siçanlaristifadə olunurdubu tədqiqatlarda;bunlarsiçanlarda toxuma atrofiyası, kök hüceyrə tükənməsi, orqan sisteminin çatışmazlığı və toxuma zədələnmə reaksiyaları var. Bu siçanlarda telomerazın yenidən aktivləşməsi telomerlərin genişlənməsinə, DNT zədələnməsinin azalmasına, neyrodegenerasiyanın tərsinə çevrilməsinə və xayaların, dalaqların və bağırsaqların işinin yaxşılaşmasına səbəb oldu. Beləliklə, telomerlərin yenidən aktivləşdirilməsi insanlarda yaşa bağlı xəstəliklərin müalicəsi üçün potensiala malik ola bilər.


Mümkün NB müzakirəsi Nöqtə

Təsəvvür edin ki, tədqiqatçılar insanlar üçün telomerazın fəaliyyətini tənzimləyən dərman icad ediblər. Həyəcanlı olardın, yoxsa klinik sınaqların bir hissəsi olmağa şübhə edərdin? Bu dərmana etibar edirsiniz? Telomerazanın “təbii” ola bilməyəcəyi səviyyəyə aktivləşdirilməsinin hər hansı mənfi nəticələri barədə düşünə bilərsinizmi? Elm adamlarının dərmanlarının heç bir mənfi yan təsirinin olmadığını sübut etdiklərini fərz etsək -- hansı etik sualları nəzərdən keçirəcəksiniz?


Bakteriyalar və eukariotlar arasında DNT replikasiya dərəcələrindəki fərqlər

DNT replikasiyası varson dərəcə yaxşı öyrənilmişdirbakteriyalarda, ilk növbədə, genomun kiçik ölçüsü və mövcud variantların çoxluğu səbəbindən. E. coli tək dairəvi xromosomda 4,6 milyon əsas cütü var və bunların hamısı tək replikasiya mənşəyindən başlayaraq hər iki istiqamətdə xromosom ətrafında davam edərək təxminən 42 dəqiqə ərzində təkrarlanır. Bu o deməkdir ki, polimeraza böyüyən bir zəncəyə saniyədə təxminən 1000 nukleotid əlavə edir. Proses eukariotlara nisbətən daha sürətlidir. Cədvəl 1 bakterial və eukaryotik replikasiyalar arasındakı fərqləri ümumiləşdirir.

Cədvəl1.Bakterial və eukaryotik replikasiya arasındakı fərqlər.

Prokaryotik və eukaryotik replikasiya arasındakı fərqlər
ƏmlakBakteriyaEukariotlar
Replikasiyanın mənşəyisubayÇoxsaylı
Polimeraz başına polimerləşmə dərəcəsi1000 nukleotid/s50-100 nukleotid/s
Xromosom quruluşuDairəviXətti
TelomerazaMövcud deyilİndiki

Xarici mənbələrə keçid

DNT replikasiyası ilə bağlı dərsliyə klikləyin.

Replikasiya dizayn problemi: korrektə

Hüceyrə DNT-ni təkrarlayanda, hüceyrəyə bölünmə vaxtının gəldiyini bildirən ətraf mühit siqnallarına cavab olaraq bunu edir. DNT replikasiyasının ideal məqsədi ikiqat zəncirli DNT şablonunun iki eyni nüsxəsini istehsal etmək və bunu həddindən artıq yüksək təkamül selektiv xərclərə səbəb olmayan bir müddətdə etməkdir. İnsan genomunda ~6.500.000.000 baza cütünün və tipik bir genomun genomunda ~4.500.000 baza cütünün olduğunu nəzərə alsaq, bu, çətin bir işdir. E. coli gərginlik və Təbiət hüceyrələrin müvafiq olaraq 24 saat və 20 dəqiqə ərzində çoxalmalı olduğunu müəyyən etdi. Hər iki halda bir çox fərdi biokimyəvi reaksiyalar baş verməlidir.

İdeal replikasiya mükəmməl sədaqətlə baş versə də, DNT replikasiyası, bütün digər biokimyəvi proseslər kimi, qeyri-kamildir - əsaslar

qalsın

həyata, əlavə əsaslar ola bilər

əlavə olunsun

, və ya

əsaslar əlavə edilə bilər

ki, düzgün əsas-cüt deyil. Bir çox orqanizmdə DNT replikasiyası zamanı meydana gələn bir çox səhvlər

düzəldilir

kimi tanınan bir mexanizm vasitəsilə dərhal DNT polimerazın özü tərəfindən korrektə. In korrektə, DNT polimeraza böyüyən ipə növbəti baza əlavə etməzdən əvvəl kiçik struktur anomaliyalarının varlığını və ya olmamasını hiss edərək hər yeni əlavə edilmiş bazanı "oxuyur". Bunu edərkən,

düzəliş edilə bilər

.

Polimeraza yeni əlavə edilmiş əsasın olduğunu aşkar edərsə

qoşalaşmışdır

şablon zəncirindəki baza ilə düzgün bir şəkildə, növbəti nukleotidi əlavə edir. Ancaq səhv bir nukleotid varsa

əlavə olunur

Böyüyən polimerə, yanlış formalı ikiqat sarmal DNT polimerazının dayanmasına səbəb olacaq və o, yeni hazırlanmış polimeri çıxaracaq.

ip

polimerləşmə yerindən.

Nəticədə,

DNT zənciri ekzonükleaz sahəsinə daxil olacaq. Bu saytda DNT polimeraza son bir neçə nukleotidi parçalaya bilər

əlavə edildi

polimerə. Polimeraza yanlış nukleotidləri çıxardıqdan sonra DNT zəncirinin polimerləşmə yerinə qayıda bilər və yeni nukleotidlər

əlavə olunsun

yenidən. Bu korrektə qabiliyyəti bəzi güzəştlərlə gəlir: səhvləri düzəldən/daha dəqiq polimerazanın istifadəsi vaxt (mübadilə təkrarlama sürətidir) və enerji (həmişə nəzərə alınmalı vacib xərcdir) tələb edir. Nə qədər yavaş getsəniz, bir o qədər dəqiq ola bilərsiniz. Ancaq çox yavaş getmək sizi rəqabətiniz qədər sürətli təkrarlamanıza mane ola bilər, ona görə də balansı tapmaq vacibdir.

Biz səhvləri belə adlandırırıq

düzəldilmir

korrektə etməklə mutasiyalar.

Şəkil 1. DNT polimeraza ilə düzəliş replikasiya zamanı səhvləri düzəldir.

Replikasiya səhvləri və DNT təmiri

Baxmayaraq ki, DNT replikasiyası adətən yüksək dəqiqlikli bir prosesdir və DNT polimerazlarının yoxlanılması səhv nisbətini aşağı saxlamağa kömək edir, səhvlər hələ də baş verir. Replikasiya səhvləri ilə yanaşı, DNT-yə ətraf mühitə zərər də gələ bilər. Bu cür düzəldilməmiş replikasiya xətaları və ya ətraf mühitin DNT zədələnməsi ciddi nəticələrə səbəb ola bilər. Buna görə də Təbiət zədələnmiş və ya səhv sintez edilmiş DNT-ni bərpa etmək üçün bir neçə mexanizm inkişaf etdirmişdir.

Uyğunsuz təmir

Replikasiya zamanı düzəldilməyən xətalar replikasiya tamamlandıqdan sonra düzəldilə bilər;

Biz

bu cür təmir bilirik uyğunsuzluq təmiri. Xüsusi fermentlər səhv əlavə edilmiş nukleotidi tanıyır və onu düzgün baza ilə əvəz edərək aksizləşdirir. Bəs uyğunsuzluğu bərpa edən fermentlər iki əsasdan hansının yanlış olduğunu necə tanıyır?

In E. coli, replikasiyadan sonra azotlu əsas adenin bir metil qrupu qazanır;

bu

o deməkdir ki, replikasiyadan sonra birbaşa valideyn DNT zəncirində metil qrupları olacaq, yeni sintez edilmiş zəncir isə onlardan məhrumdur. Beləliklə, uyğunsuzluğu bərpa edən fermentlər DNT-ni skan edə və yeni bir nukleotidin daxil edilməsi üçün metilləşdirilmiş zəncirdən "düzgün" şablon kimi istifadə edərək, yeni sintez edilmiş, metillənməmiş zəncirdən yanlış daxil edilmiş əsasları çıxara bilər. Eukariotlarda mexanizm

o qədər də yaxşı başa düşülmür

, lakin inanırıq ki, bu, yeni zəncirdə möhürlənməmiş nicklərin tanınmasını və replikasiya başa çatdıqdan sonra bəzi replikasiya zülallarının yeni qız zəncirinin qısamüddətli, davamlı birləşməsini əhatə edir.

Şəkil 2. Uyğunsuzluğu təmir edərkən, yanlış əlavə edilmiş bazaaşkar edilirreplikasiyadan sonra. Uyğunsuzluğu bərpa edən zülallar bu bazanı aşkarlayır və nukleaz hərəkəti ilə onu yeni sintez edilmiş zəncirdən çıxarır.Boşluq indi doldurulurdüzgün qoşalaşmış baza ilə.

Nukleotid eksizyonunun təmiri

Nukleotid eksizyonunun təmiri fermentlər səhv əsasın həm 3', həm də 5' uclarında kəsiklər edərək səhv əsasları əvəz edir. DNT-nin bütün seqmentiçıxarılırvə DNT polimerazanın təsiri ilə düzgün qoşalaşmış nukleotidlərlə əvəz olunur. Bir dəfə əsaslardoldurulurilə, qalan boşluğu fosfodiester bağlantısı ilə möhürləyirkatalizləşdirilmişdirDNT ligaza fermenti ilə.Bu təmir mexanizmi tez-tez istifadə olunurUV məruz qalma pirimidin dimerlərinin meydana gəlməsinə səbəb olduqda.

Şəkil 3. Nukleotidlərin çıxarılması timin dimerlərini bərpa edir. UV-yə məruz qaldıqda, timinlər yatırbitişikbir-birinə timin dimerləri əmələ gətirə bilər. Normal hüceyrələrdə onlarekssize edilirvə əvəz etdi.

Replikasiya, transkripsiya və tərcümədə səhvlərin nəticələri

Düşünmək üçün əsas bir şey:

Hüceyrələr DNT səhvlərinin həm aşkar edilməsinə, həm də düzəldilməsinə əmin olmaq üçün müxtəlif üsullar inkişaf etdiriblər. Onların bir neçəsini artıq müzakirə etdik. Bəs niyə bu qədər mexanizm təkamül etdi? Müxtəlif DNT-dən asılı DNT polimerazları tərəfindən düzəlişdən tutmuş mürəkkəb təmir sistemlərinə qədər. Bu cür mexanizmlər transkripsiya və ya tərcümədə səhvlərə görə inkişaf etməmişdir. Əgər siz transkripsiya və/və ya tərcümə prosesləri ilə tanışsınızsa, transkripsiyada səhvin nəticələrinin nə olacağını düşünün. Belə bir səhv nəslə təsir edərmi? Hüceyrə üçün ölümcül ola bilərmi? Bəs tərcümədəki səhvlər? Tərcümə prosesi ilə bağlı eyni sualları verin. Nə olardıyanlış amin turşusu təsadüfən qoyulurtərcümə zamanı artan polipeptidə? Bunlar DNT replikasiyası ilə necə ziddiyyət təşkil edir? Transkripsiya və ya tərcümə ilə tanış deyilsinizsə, narahat olmayın. Tezliklə bunları öyrənəcəyik və yenidən bu suala qayıdacağıq.