Элонгация репликации. ДНК - топоизомераза, ДНК - затравка, ДНК - полимераза.

Поскольку две цепи дуплекса ДНК антипараллельны, синтез комплементарных им нитей должен в одном случае идти в направлении 5'-3', а в другом - в направлении 3'-5. Первая нить называется лидирующей, вторая- запаздывающей. Как отмечалось, все известные ДНК-полимеразы нуждаются для своей активности в свободном З'ОН-конце, к которому они присоединяют нуклеотиды. В результате происходит рост цепи ДНК в направлении 5'-3'. Как же в таком случае осуществляется синтез цепи ДНК в направлении 3'-5'? Предполагалось, что для этого необходима какая-то особая ДНК-полимераза. Оказалось, однако, что синтез 3'-5'-цепей носит прерывистый характер. Он осуществляется комплексом ферментов, называемым праймосомой, в состав которого входит обычная ДНК-полимераза, синтезирующая сравнительно короткие (длиной 100-200 нуклеотидов у эукариот и 1000-2000 нуклеотидов у Е.ColiН) фрагменты ДНК в направлении 5'-3. Синтез каждого такого фрагмента инициируется РНК-затравкой длиной около 10 нуклеотидов. После удаления РНК- затравки и завершения синтеза ДНК на освободившихся участках, эти фрагменты, названные по имени открывшего их японского ученого Оказаки, объединяется между собой ДНК-лигазой. Такой, казалось бы, вынужденный способ синтеза ДНК у некоторых организмов осуществляется на обеих цепях, т.е и тогда, когда в принципе в нем нет необходимости.

10. Транскрипция ДНК у прокариот. Кодирующая и антикодирующая цепи ДНК.

Воспроизводство генетического материала обеспечивается репликацией ДНК, приводящей к ее самокопированию в виде двух идентичных дочерних молекул. Однако проблема химических основ наследственности включает и вопрос о том, каким образом осуществляется экспрессия генов. Сформулированная Криком так называемая центральная догма молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации

осуществляется:

1 от ДНК к ДНК (путем репликации);

2 от ДНК через информационную, или матричную РНК (иРНК) к белку.

Несмотря на то, что в последнее десятилетие на примере РНК-содержащих вирусов была доказана возможность переноса генетической информации в направлении от РНК к ДНК с помощью процесса обратной транскрипции,

основным путем экспрессии генов является их транскрипция, т.е. синтез одной цепи иРНК по матрице ДНК, И последующая трансляция этой иРНК на рибосомах, т.е. сборка аминокислот в полипептидную цепь на матрице иРНК. У прокариот с их плавающей в цитоплазме хромосомой (нуклеоидом) указанные процессы не разобщены И трансляция генных транскриптов, т.е. молекул иРНК, начинается до полного завершения их синтеза одновременно на многих рибосомах. Сопряженность транскрипции и трансляции у бактерий приводит к тому, что при 37° С за 1 секунду синтезируется «15 кодонов (т.е. триплетов нуклеотидов в иРНК, кодирующих определенную аминокислоту), а за одну минуту- 2500 нуклеотидов. Как правило, лишь одна цепь ДНК, называемая антикодирующей, служит матрицей для синтеза комплементарной молекулы иРНК, осуществляемого ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Противоположная ей цепь, последовательности нуклеотидов в которой совпадает с последовательностями иРНК, называется кодирующей. Существование иРНК было теоретически доказано Уотсоном и Криком при рассмотрении вопроса о том, каким образом заложенная в двуспиральной ДНК генетическая информация реализуется при синтезе белка. Экспериментально же это впервые доказано в работе Э. Волкина и Л. Астрахана (1962), исследовавших процесс синтеза белка в клетках Е.сoli, инфицированных фагом Т2. Они обнаружили, что при фаговой инфекции в бактериальных клетках резко усиливается синтез молекулы РНК, комплементарной по своему составу одной из цепей ДНК фага Т2, но не ДНК Е.соli.