Учебно-методический комплекс дисциплины «Нуклеиновые кислоты»

Реакция матричного синтеза ДНК

жүктеу 7,52 Mb.

бет	31/117
Дата	28.09.2023
өлшемі	7,52 Mb.
	#43588
түрі	Учебно-методический комплекс

1 ... 27 28 29 30 31 32 33 34 ... 117

КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ

5.2. Реакция матричного синтеза ДНК
Биосинтез ДНК осуществляется ДНК-полимеразами. Впервые фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов, обнаружил в 1957 г. А. Корнберг в клетках Е. coli, затем ДНК-полимеразы выявили и в других организмах. Было показано, что субстратами всех этих ферментов служат дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (dNTP), полимеризующиеся на одноцепочечной ДНК-матрице. ДНК-полимеразы последовательно наращивают одноцепочечную цепь ДНК, шаг за шагом присоединяя к ней следующие звенья в направлении от 5'- к 3'-концу, антипараллельно матричной цепи, оканчивающейся 5'-фосфатом, причем выбор очередного dNTP определяется матрицей. Присоединение каждого нового нуклеотидного остатка к 3'-концу растущей цепи сопровождается гидролизом богатой энергией связи между первым и вторым фосфатными остатками в dNTP и отщеплением пирофосфата, что делает реакцию в целом энергетически выгодной.
Реакция полимеризации требует присутствия одноцепочечной ДНК. ДНК служит не только затравкой, но и матрицей, на которой ДНК-полимераза комплементарно и антипараллельно синтезирует дочернюю цепь ДНК. Элонгация цепи ДНК проходит в результате ее поэтапного удлинения за счет присоединения нуклеотидных остатков к 3'-концу дочерней ДНК. Химически эта реакция заключается в переносе дезоксирибонуклеотида от дезоксирибонуклеозид-5-трифосфата на 3-гидроксил растущей цепи ДНК (рис. 5.3). ДНК-полимеразы, катализирующие реакцию синтеза ДНК, относятся к классу нуклеотидилтрансфераз.

Рис. 5.3. Химическая реакция, катализируемая ДНК-полимеразами

Субстратами полимеразной реакции являются dNTP (dATP, dCTP, dTTP и dGTP), представляющие собой и строительный материал и источник энергии. Они связываются активным комплексом [ДНК-полимераза + ДНК-матрица + затравка] и в результате на каждом этапе элонгации отбирается dNTP, соответствующий правильному спариванию с матричным нуклеотидом по Уотсону-Крику. После этого происходит образование фосфодиэфирной связи между 3'-гидроксилом дочерней ДНК и α-фосфатной группой dNTP, комплементарного матрице. ДНК-полимеразы катализируют нуклеофильную атаку 3'-гидроксила затравочного нуклеотида на α-фосфат dNTP, причем стереохимически эта реакция проходит по механизму нуклеофильного замещения in-line с образованием пентаковалентного переходного состояния. Затем фермент перемещается на один шаг вдоль по одноцепочечному участку матрицы. Реакция полимеризации обратима. Все ДНК-полимеразы в отсутствие dNTP и в присутствии PP_i катализируют и обратную реакцию образования dNTP, а именно реакцию переноса нуклеотидного остатка из фосфодиэфирной группы 3'-конца ДНК на PP_i c одновременным образованием соответствующего dNTP и укорочением цепи ДНК на одно звено:

(dNMP)_n + dNTP ↔ (dNMP)_n+1 +PP_i
Эта обратная реакция обычно проходит при 100–1000 раз более высокой концентрации PP_i по сравнению с реакцией элонгации цепи ДНК, тем не менее она может иметь определенное биологическое значение.
Сдвиг равновесия реакции в сторону полимеризации происходит за счет разложения образующегося неорганического пирофосфата под действием неорганической пирофосфатазы (пирофосфат-фосфогидролазы):
PP_i + H₂O  2 P_i
При разрыве богатой энергией пирофосфатной связи выделяется 5–8 ккал. Необходимая энергия запасается в предыдущих нематричных стадиях синтеза дезоксирибонуклеозид-5'-трифосфатов.
ДНК-полимераза способна наращивать ДНК только на 3'-конце. Направление элонгации цепи ДНК от 5' к 3'.

жүктеу 7,52 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 27 28 29 30 31 32 33 34 ... 117