Transcript Replikace DNA - Milada Teplá

Replikace DNA
Milada Teplá, Helena Klímová
KUDCH, PřF UK v Praze 2013
G
G
T
C
A T
A T
TA
G
TA
G
C
G
G
A T
C
C
T
G
C
T
A
A T
C
TA
G
G
G
C
C
CG
A T
T
Nově syntetizovaný řetězec
DNA
G
CG
A
C
G
A T
A
CG
A
C
Templát (matrice)
A
A
T
C
C
T
Replikační počátky a replikační vidličky
Celý proces replikace začíná v replikačních počátcích.
Replikační počátek
dvoušroubovice DNA
Replikační počátky se zvětšují za vzniku tzv. replikačních
vidliček.
Replikační vidlička
Replikační vidličky: Helikasa
= enzym, rozvíjí dvoušroubovicovou strukturu
Replikační vidličky: obousměrnost replikace
V jednom replikačním počátku se vytvoří dvě replikační
vidličky.
Replikace je obousměrná.
Replikační vidlička
Směr replikace
Směr replikace
Začátek replikace
R
5'
O
P
O
O-
O
O
O
3'
5'
R
Templátový
Řetězec
(DNA)
P
T
T
H2C
A
T
H2C
O
HC
CH
O
O
O-
HC
O
AA
T
P
O-
O
P
O-
O-
O
CH2
5'-konec
G
-O
C
O
HC
O
CH
P
O-
O
O
O
G
O
P
O-
O-
P
O-
O
CH2
O
HC
CH
Fosfodiesterová vazba
CH CH2
OH
T
CH CH2
O
3'-konec
P
AA
HC
O
O
O-
H2C
CH CH2
O
P
O
CH
OH
A
CH
CH CH2
P
T
O
HC
CH CH2
O
O
O-
O
Nově
syntetizovaný O
Řetězec CH2
(DNA)
O
O
Syntéza DNA
3'
5'
GG
C
CH
HC
OH
CH2
3'
5'
Syntéza DNA: DNA-polymerasa
• enzym
• připojuje nukleotidy na 3'-konec rostoucího řetězce DNA
• vznik fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a
5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu.
Nukleotidy vstupují do reakce jako energeticky bohaté
deoxynukleosidtrifosfáty (např. dATP)
– dodání energie polymerizační reakci.
Většinu nové DNA polymerizuje DNA-polymerasa III.
DNA je syntetizována ve směru 5'
→ 3'.
DNA-polymerasa
3'
Spustit animaci
5'
Primer
Vedoucí řetězec
5'
3'
3'
Deoxynukleosidtrifosfáty
(dATP, dGTP, dTTP a dCTP)
Enzym: DNA-polymerasa III
5'
Syntéza DNA: Primasa
DNA-polymerasa neumí začít syntetizovat nové vlákno.
Primasa – enzym, dokáže spojit dva volné nukleotidy.
Primasa syntetizuje krátké úseky RNA (cca 10 nukleotidů).
Tyto úseky poskytují 3'-konec pro DNA-polymerasu.
Slouží tedy jako primer pro syntézu DNA.
Primasa
Enzym: Primasa
Primer
5'
5'
3'
3'
Enzym: DNA-polymerasa
5'
Asymetričnost replikační vidličky
První řetězec je syntetizován podle templátu ve směru 3'→ 5'
(Vzniká 5'→ 3' řetězec)
Druhý řetězec je syntetizován podle templátu ve směru 5'→ 3'
3'
(Vzniká 3'→ 5' řetězec).
5'
5'
3'
3'
5'
Směr replikace
3'
5'
Asymetričnost replikační vidličky:
Okazakiho fragmenty
DNA-polymerasa syntetizuje nové vlákno pouze prodlužováním
3'-konce DNA (nový řetězec může vznikat jen ve směru 5'→3',
neboli dle templátu 3'→5').
Je-li DNA syntetizována dle templátu 5'→ 3':
- replikace probíhá diskontinuálně a „po zpátku“
- syntetizují se tzv. Okazakiho fragmenty
3'
5'
3'
Směr replikace
5'
Asymetričnost replikační vidličky:
vedoucí a váznoucí řetězec
vedoucí řetězec
3'
5'
5'
3'
3'
5'
„Po zpátku“
3'
opožďující se (váznoucí řetězec)
Asymetričnost replikační vidličky
3' 5'
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
3'
5'
5'
3'
Okazakiho
fragmenty
3'
3' 5'
3' 5'
5'
3' 5'
5' 3'
Směr pohybu replikační vidličky
5'
3'
3'
5'
nejnověji nasyntetizovaná DNA
Váznoucí řetězec (I. část animace)
3'
Vedoucí
řetězec
Spustit animaci
1. Primasa
2. DNA-polymerasa III
5'
5'
3'
Okazakiho
fragmenty
3'
5'
Váznoucí
řetězec
Váznoucí řetězec
Opožďující řetězec je tvořen mnoha oddělenými úseky tzv.
Okazakiho fragmenty (cca 1000-2000 nukleotidů).
Na vytvoření souvislého vlákna DNA z Okazakiho fragmentů
jsou třeba tři enzymy:
1. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) –
odstraňuje RNA primery;
2. DNA-polymerasa I – nahrazuje RNA-primery DNA;
3. DNA-ligasa – spojí všechny úseky dohromady.
Váznoucí řetězec (II. část animace)
3'
Vedoucí
řetězec
Spustit animaci
3. DNA-polymerasa I
(exonukleasová funkce)
5'
4. DNA-polymerasa I
5'
3'
5. DNA-ligasa
3'
5'
Váznoucí
řetězec
Replikační aparát
5' 3'
Vedoucí řetězec
Svírací protein
DNA-polymerasa
Nově syntetizovaný řetězec
Primasa
Nový
Okazakiho
fragment
5'
3'
Rodičovská DNA
3'
5'
DNA-helikasa
RNA-primer
Vazebný protein
pro udržení
jednořetězcové
Váznoucí řetězec struktury
Okazakiho fragment
Replikace je proces semikonzervativní
5'
3'
3'
5'
3'
5'
5'
3'
Korektorská schopnost DNA-polymerasy
DNA-polymerasa katalyzuje reakci:
(DNA)n + dNTP ⇄ (DNA)n + 1 + difosfát
DNA-polymerasa je schopna hydrolyzovat DNA od 3'-konce
(tzv. 3'→5' exonukleasová aktivita).
Připojí-li se chybný nukleotid, vznikne nestabilní produkt, čímž
dojde k posunutí rovnováhy ve směru výchozích látek.
DNA-polymerasa je velice přesně párující enzym:
udělá průměrně 1 chybu na 107 zreplikovaných párů bází.
Použitá literatura
ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero
Publishing, 1997.
NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany:
Nakladateství H&H, 2000.
KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha:
Scientia, 1998.
Obrázky:
Milada Teplá (v MS powerpoint)