Биосинтез нуклеиновых кислот из нуклеотидов (биосинтез ДНК и РНК)

Биосинтез нуклеиновых кислот из нуклеотидов (биосинтез ДНК и РНК)

• Репликация 
•  В основе биосинтеза нуклеиновых кислот, как и биосинтеза белков, лежит  матричный принцип, т.е. новая молекула строится на ранее существующей как ее отпечаток, или реплика.
•  В случае ДНК происходит удвоение числа  молекул, и образованные молекулы являются точной копией материнских. Этот процесс  носит название репликации. При репликации возникает еще одна проблема. ДНК имеет двуспиральную структуру, в которой основания уже образуют комплементарные пары, а нити как бы намотаны одна на другую. Поэтому перед началом синтеза ДНК необходимо разделить нити и сделать основания доступными для образования новых пар. Этот процесс требует довольно больших затрат энергии, поскольку структура двойной спирали ДНК поддерживается большим числом водородных связей.

• Расплетание ДНК в клетке осуществляют специальные ферменты, называемые хеликазами (от лат. helix – спираль). Такой фермент движется вдоль молекулы ДНК и разделяет ее нити. Эти процессы осуществляются за счет энергии гидролиза АТФ, т.е. хеликазы являются также АТФазами. Молекулы ДНК имеют большую длину, а хеликазы, передвигаясь вдоль них, расплетают лишь небольшой участок,
• поэтому две нити
• ДНК не расходятся
• полностью.
• Возникшие в результате
• однонитевые участки  нестабильны. С одной стороны, они  стремятся восстановить двунитевую структуру, а т.к. они комплементарны и связаны друг с другом, это  может произойти легко и быстро.

• Важным  свойством процесса синтеза ДНК является высокая точность. Обычно при репликации совершается не более одной ошибки на 1 млрд присоединенных нуклеотидов. Это значит, что у бактерий, например, один неправильный нуклеотид приходится на тысячу клеток. Понятно, что такая точность позволяет живым организмам сохранять свои генетические свойства в неограниченном ряду поколений.
• Однако  некоторое количество ошибок при  репликации ДНК все же происходит. Кроме того, на ДНК в клетке воздействуют различные химические и физические факторы, вызывающие изменение оснований в ДНК или ее разрывы. Это должно приводить к возникновению мутаций или гибели клетки.

•      Чтобы предотвратить такие последствия, существует большая группа ферментов, которые узнают участки ДНК, в  которых нарушается принцип комплементарности, т.е. расстояния между цепями ДНК отличаются от обычных или одно из оснований в паре отсутствует.
• В таких участках разрушается поврежденная нить, и это место застраивается ДНК-полимеразой с образованием правильных пар оснований. Этот процесс называется репарацией ДНК. У некоторых микроорганизмов ферменты репарации работают так активно, что эти микроорганизмы могут жить в воде охлаждающих контуров ядерных реакторов в условиях очень высокой радиации.

• Транскрипция 
•        Транскрипция  – синтез РНК на ДНК, то есть синтез комплементарной нити РНК на молекуле ДНК осуществляется ферментом РНК-полимеразой.
•        В процессе транскрипции можно выделить три этапа.
• Первый этап - инициация  транскрипции – начало синтеза нити РНК, образуется первая связь между  нуклеотидами. Затем идет наращивание нити, ее удлинение – элонгация (второй этап), и, когда синтез завершен, происходит терминация (третий этап), освобождение синтезированной РНК.
•        РНК-полимераза при этом «слезает» с ДНК и  готова к новому циклу транскрипции.

• При присоединении к ДНК субъединица распознает участок, на котором должна начинаться транскрипция. Он называется промотор.
• Промотор — последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как стартовая площадка для начала специфической или осмысленной транскрипции. 
• Связавшись  с ДНК, а именно с промотором, холофермент  расплетает двунитевую спираль и  начинает синтез РНК. Участок расплетенной ДНК – это точка инициации транскрипции, первый нуклеотид, к которому должен комплементарно быть присоединен рибонуклеотид.

• У прокариот промотор включает ряд мотивов, важных для узнавания его РНК-полимеразой, в частности так называемые последовательности -10 и -35. Промотор асимметричен, что позволяет РНК-полимеразе начать транскрипцию в правильном направлении и указывает то, какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для синтеза РНК.
• Промоторный участок в пределах оперона может частично перекрываться или вовсе не перекрываться с операторным участком цистрона (гена).
• То, под каким промотором находится кодирующий РНК участок ДНК, играет решающее значение в интенсивности экспрессии этого гена в каждом конкретном типе клеток. Активация промотора определяется присутствием в каждом типе клеток своего набора транскрипционных факторов.

• Трансляция
•      Трансляция – синтез белков. Она проводится рибосомами. Рибосома состоит из двух субчастиц: большой и малой.
• Рибосомы – это субмикроскопические немебранные органеллы, основной функцией которых является биосинтез белка.      Каждая  субчастица состоит из нескольких десятков белков, каждый из которых уже изучен, известно, каким образом каждый белок  уложен в субчастицу. При исследовании белков используют метод электрофореза, то есть в электрическом поле в специальном геле или специальном носителе молекулы белков разъединяются в зависимости от их заряда и молекулярного веса, то есть под действием поля они начинают двигаться и могут отодвигаться друг от друга на разное расстояние.