Презентация на тему: Репликация ДНК

Репликация ДНК
План лекции:
Механизмы репликации ДНК
Механизмы репликации ДНК
Репликационная вилка
Механизмы репликации ДНК у прокариот
Современная модель репликации
Ферменты репликации
ДНК-полимеразы
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Отличия репликации эукариот
Отличия репликации эукариот
Отличия репликации эукариот
Репликация ДНК
Теломерная гипотеза старения
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Репликация ДНК
Заключение
1/27
Средняя оценка: 4.1/5 (всего оценок: 98)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (4887 Кб)
1

Первый слайд презентации: Репликация ДНК

Лекция №3 Лектор: Давыдова Ольга Константиновна, к.б.н., доцент Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» Химико-биологический факультет Кафедра биохимии и микробиологии

Изображение слайда
2

Слайд 2: План лекции:

Механизмы репликации ДНК Репликационная вилка Современная модель репликации Ферменты репликации Особенности репликации про- и эукариот 2

Изображение слайда
3

Слайд 3: Механизмы репликации ДНК

Во время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. Репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному механизму, т.е. одна из цепей дочерних молекул ДНК является частью родительской молекулы ДНК, а другая является вновь синтезированной. 3

Изображение слайда
4

Слайд 4: Механизмы репликации ДНК

Три альтернативные гипотезы. 1958 г. Подтверждена гипотеза полуконсервативной репликации (эксперимент Мезельсона-Сталя) Схематически представленные тяжелая, меченная 15 N родительская ДНК (обозначена красным), гибридная (15 I \1/14 N ) ДНК первой генерации (обозначена красным/синим) и легкая (14 N /14 N ) дочерняя ДНК (обозначена синим) разделяются в равновесном градиенте плотности CsCI, как показано справа. Сдвиг в плотности фрагментов в процессе переноса из «тяжелой» среды в «легкую» анализировали через 0, 1 и 2 генерации соответственно. 4 © http://physicon.ru/news/articles/3105/

Изображение слайда
5

Слайд 5: Репликационная вилка

1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I – фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов. Этот фермент способен наращивать ДНК только на 3΄– конце. Исследования с радиоактивными метками, проведённые в 1960-х гг. выявили особую ограниченную область репликации, перемещающуюся вдоль родительской спирали ДНК. Эта активная область из-за своей Y -образной формы была названа репликационной вилкой. 5 рис. из книги «Власть над геном», 1989

Изображение слайда
6

Слайд 6: Механизмы репликации ДНК у прокариот

Реплицирующуюся ДНК бактерии можно наблюдать в электронном микроскопе, у нее вначале образуется "глазок", затем он расширяется, в конце концов вся кольцевая молекула ДНК оказывается реплицированной. Репликация всегда начинается в определенной области, Ori С, и идет в основном симметрично по правому и левому полукружию хромосомы к конечной точке, ТегС. Такой механизм носит название Ө-механизм. Завершение репликации служит началом для клеточного деления. Дуплицированные геномы сегрегируют по одному в каждую дочернюю клетку. 6 © https://www.biochem.wisc.edu/ © http://www.biologydiscussion.com/dna/biosynthesis-of-dna-replication-biology/514

Изображение слайда
7

Слайд 7: Современная модель репликации

7 © http://www.nature.com/encode/#/threads Схема репликации ДНК у E.coli. На панели а схематически показаны белки в Y– раскрученной вилке репликации ДНК, но в реальности вилка репликации свернута в трех измерениях и образует структуру, подобную той, что изображена на вставке б.

Изображение слайда
8

Слайд 8: Ферменты репликации

Чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперёд, вся хромосома впереди неё должна быстро вращаться. Это решается образованием в спирали своего рода «шарнира», особого класса белков, называемых ДНК-топоизомеразами (типа I и II ), которые разрывают цепь и присоединяются к разорванному концу. Ферменты ДНК-геликаз ы присоединяются к одноцепочечной ДНК и двигаясь вдоль расплетают двойные участки. В области репликационной вилки работают две ДНК-геликазы, одна из которых перемещается по ведущей, а другая по отстающей цепи, т.е. движутся в противоположных направлениях. Белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК ( SSB -белки ) оставляют основания доступными для спаривания. ДНК-полимеразы способны только добавлять новые нуклеотиды к уже имеющему с 3’- ОН-концу полинуклеотидной цепи. Эту предобразованную цепь называют затравкой или праймером. Фермент синтезирующий из рибонуклеозидтрифосфатов праймеры называется ДНК-праймазой. Молекула праймазы непосредственно сцепленная с ДНК-геликазой – расплетающим двойную спираль ферментом, образуют вместе с ней на отстающей цепи структуру, называемую праймосомой. Позади «репликационной машины» по ходу её движения остаётся на отстающей цепи ряд несшитых фрагментов Оказаки, всё ещё содержащих РНК-затравки, которые должны быть сшиты при помощи репарирующих ферментов, работающих позади репликационной вилки – ДНК-лигаз. 8

Изображение слайда
9

Слайд 9: ДНК-полимеразы

ДНК – полимераза I : репаративный синтез ДНК в двух процессах: вырезает повреждённые участки одной цепи и застраивает брешь комплиментарными нуклеотидами; удаляет затравочную РНК. ДНК – полимераза II : обуславливает начало синтеза каждого нового фрагмента (инициация), окончание синтеза фрагмента (терминация). ДНК – полимераза III : наращивание синтезируемой цепи в длину – элонгация. Свойства бактериальных ДНК-полимераз I II III Инициация синтеза цепи - - - 5 ’-3’- полимеризация + + + 3’-5’- экзонуклеазная активность + + + 5’-3’- экзонуклеазная активность + - - Количество молекул на клетку 400 ? 15 ДНК-полимеразы 9

Изображение слайда
10

Слайд 10

Действие топоизомераз I и II 10 © http://helicase.pbworks.com/w/page/17605720/Tyler-Huff © http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Deoxy_Ribose_Nucleic_Acid4-Super_Coiling.htm

Изображение слайда
11

Слайд 11

Типы репликации ДНК 11 © http://biology.ru/course/content/chapter8/section2/paragraph2/theory.html#.VcIFtPPtlBc

Изображение слайда
12

Слайд 12

В кольцевой хромосоме репликационный глазок образует Ө-структуру. Ө -механизм 12

Изображение слайда
13

Слайд 13

Если в кольцевой ДНК разрывает одну цепь и свободный 3 ’ -конец наращивается с помощью ДНК-полимеразы, то вновь синтезируемая цепь вытесняет исходную родительскую. Модель «катящегося кольца» 13 © http://www.rusdocs.com/replikaciya-dnk-i-kletochnoe-delenie

Изображение слайда
14

Слайд 14

В митохондриальной ДНК наблюдается тип репликации носящий название D -петель ( displacement – вытеснение). D -петля 14 © http://genesdev.cshlp.org/content/19/20/2466/F1.expansion.html

Изображение слайда
15

Слайд 15

Специфические мембранные белки обеспечивают контакт ДНК с внутренней поверхностью цитоплазматической мембраны. Наиболее типичным является формирование подобного контакта в зоне мезосомы, положение которого соответствует точке старта репликации ДНК. Завершение репликации служит началом для клеточного деления. Дуплицированные геномы сегрегируют по одному в каждую дочернюю клетку. Расхождение хромосом 15 © http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/000e434c.htm

Изображение слайда
16

Слайд 16

А — бактериальная клетка содержит частично реплицированную хромосому, прикрепленную к мембране в точке (или точках) репликации; Б — репликация хромосомы завершена. В бактериальной клетке две дочерние хромосомы, каждая из которых прикреплена к ЦПМ. Показан синтез клеточной стенки и ЦПМ; В — продолжающийся синтез мембраны и клеточной стенки приводит к разделению дочерних хромосом. Показано начало деления клетки путем образования поперечной перегородки. 1 — ДНК; 2 — прикрепление хромосомы к ЦПМ: 3 — ЦПМ; 4 — клеточная стенка: 5 — синтезированный участок ЦПМ; 6 — новый материал клеточной стенки. Расхождение хромосом 16 Деление клетки B. licheniformis ( иллюстрация Lee D. Simon / Science Photo Library) © http://science.compulenta.ru/555361/ © http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/000e44e4.htm

Изображение слайда
17

Слайд 17

Нуклеозидной природы Ненуклеозидной природы Ингибирование репликации 17

Изображение слайда
18

Слайд 18: Отличия репликации эукариот

В эукариотическом геноме имеется множество точек начала репликации (А-Т-богатых сайтов) и различные формы ДНК-полимераз. Эукариотическая ДНК также реплицируется в двух направлениях, но репликативные вилки движутся очень медленно (50 нуклеотидов в секунду), раз в 10 медленней, чем у Е. coli. Если бы на каждую хромосому приходилась только одна пара репликативных вилок, то из-за больших размеров эукариотических ДНК их репликация продолжалась бы почти два месяца. Оказалось, что репликация эукариотической ДНК начинается одновременно во многих точках (число которых, вероятно, превышает тысячу). 18 © http://hogness.stanford.edu/PDFs/36_mechanism_of_dna_replication.pdf

Изображение слайда
19

Слайд 19: Отличия репликации эукариот

Участки эукариотической ДНК обвиты вокруг белковых частиц, образуя нуклеосомы, поэтому репликация этой ДНК, помимо раскручивания, должна сопровождаться еще механическими и геометрическими изменениями структуры ДНК. 19 © https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromatin_Structures.png © http://medinfo.net/Projects/nucleotyping

Изображение слайда
20

Слайд 20: Отличия репликации эукариот

Репликация концов (теломер) линейной эукариотической хромосомы создает определенные трудности, которые решаются с помощью РНК-содержащего фермента теломеразы. 20 © http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/Telomeres.html © http://www.vechnayamolodost.ru/pages/teoriistarenija/tevmt06.html

Изображение слайда
21

Слайд 21

- отсчёта клеточных делений и старения, вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Чтобы клетки не растеряли при делении часть генетического материала, теломерные повторы обладают способностью восстанавливать свою длину. В этом и заключается суть процесса «концевой репликации». Но учёные не сразу поняли, каким образом наращиваются концевые последовательности. Было предложено несколько различных моделей. Российский учёный А. М. Оловников предположил существование специального фермента (теломеразы), наращивающего теломерные повторы и тем самым поддерживающего длину теломер постоянной. 21 Теория маргинотомии А. Оловникова

Изображение слайда
22

Слайд 22: Теломерная гипотеза старения

Максимальное число делений зависит от типа клеток и для большинства человеческих клеток этот предел составляет 52 деления. Этот предел был назван  лимитом Хейфлика. Чем короче теломеры, тем старее клетка, и наоборот: если активность теломеразы, достраивающей теломеры, высока и постоянно поддерживается одинаковая длина теломер, – клетка не стареет. По последнему «сценарию» развиваются раковые клетки. 22 © http://www.vechnayamolodost.ru/pages/teoriistarenija/tevmt06.html

Изображение слайда
23

Слайд 23

Источник клеток Максимальная продолжительность жизни животного Количество делений клеток в культуре ткани Новорожденные мыши 3 года 15 – 20 раз Новорожденные цыплята 12 лет 25 раз Эмбрион человека 100 лет 50 раз Галапагосская черепаха 175 лет 110 раз 23 Лимит (предел) Хейфлика Лимит Хейфлика для различных животных граница количества делений соматических клеток Эта граница была найдена в культурах всех полностью дифференцированных клеток. Максимальное число делений различно в зависимости от типа клеток и ещё сильнее различается в зависимости от организма. Для большинства человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления ( у новорожденных 70- 80 раз, у 70-летнего человека – 20-30 раз).

Изображение слайда
24

Слайд 24

24 © http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0005_008.pdf Строение и работа теломеразы В результате деятельности теломеразы длина теломерных участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, компенсируя таким образом концевую недорепликацию и позволяя клетке делиться неограниченно долго.

Изображение слайда
25

Слайд 25

В ходе исследования этого фермента (состоящего, из РНК-компонента и белкового компонента) выяснилось, что РНК-компонент экспрессируется на постоянном уровне практически во всех клетках, и для индуцирования теломеразной активности необходима экспрессия белкового компонента, названного поэтому каталитическим компонентом теломеразы. Искусственно индуцированная экспрессия гена каталитического компонента теломеразы (путём введения гена при помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру иммортальной (бессмертной), то есть способной делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для культуры  предел Хейфлика. Теломераза экспрессируется в  стволовых, половых и некоторых других типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования определённых тканей (например, клетки эпителия кишечника). Обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности. Клетки 85 %  раковых опухолей  обладают теломеразной активностью, поэтому считается, что активация теломеразы является одним из событий на пути клетки к злокачественному перерождению. 25 Строение и работа теломеразы

Изображение слайда
26

Слайд 26

В октябре 2009 года в Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Это американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth Н. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak), удостоившиеся самой престижной научной награды дословно «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы». 26 Теломеры и теломераза

Изображение слайда
27

Последний слайд презентации: Репликация ДНК: Заключение

Репликация – это процесс удвоения ДНК. Принципиальный механизм репликации вытекает из строения молекулы ДНК и получил название полуконсервативного, поскольку в каждой из вновь образовавшихся молекул одна цепь является старой (родительской), а другая – вновь синтезированной (дочерней). Репликация – важнейшая функция генетического материала, которая необходима для поддержания генетической непрерывности клеток и должна быть очень точной. Не смотря на всестороннее изучение процесса репликации, детальные механизмы синтеза ДНК продолжают активно изучаться и по сей день. 27

Изображение слайда