Генетический код. Репликация ДНК

Нижегородский институт менеджмента  и бизнеса

Кафедра математики и информатики

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

Генетический  код. Репликация ДНК.

 

 

 

 

 

Выполнила: Дерина Мария

Юрьевна

студентка 1 курса ГФ.

Проверила: канд. пед. наук, доц.

Морозовская Т.Д.

 

 

 

Нижний Новгород – 2013

Содержание

Введение

1. Генетический код

1. Генетика

2. Основные методики генетики
3. Генетический код

2. Репликация ДНК

1. Понятие и основа репликации

2. Процесс репликации ДНК
3. Основные ферменты репликации ДНК

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Генетика представляет собой  одну из основных, наиболее увлекательных  и вместе с тем сложных дисциплин  современного естествознания. Место  генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.

В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу  и тончайших по исполнению – экспериментов  в области молекулярной генетики современная биология обогатилась  двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое  отражение в генетике человека, а  частично и выполнены на клетках  человека. Это показывает неразрывную  связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой.

Первое – это возможность  работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению  гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза  гена применяют разные методы, т.е. уже  имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме  как человек. 

Второе достижение – это  доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого  открытия накапливались из разных экспериментальных  подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области вирусо-генетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки человека. 

Без преувеличения можно  сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится  к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней.¹

Вся информация о строении и функционировании любого организма  содержится в закодированном виде в  его генетическом материале, основу которого у подавляющего числа организмов составляет ДНК. Роль ДНК заключается  в хранении и передаче генетической (наследственной) информации в живых  организмах. Чтобы эта информация могла передаваться от одного поколения  клеток (и организмов) к другому, необходимо её точное копирование и  последующее распределение её копий  между потомками. Процесс, с помощью  которого создаются копии молекулы ДНК, называется репликацией. Перед  тем как разделится, клетки с помощью  репликации создают копию своего генома, и в результате клеточного деления в каждую дочернюю клетку переходит одна копия. Благодаря этому, генетическая информация, содержащаяся в родительской клетке, не исчезает, а сохраняется и передаётся потомкам. В случае многоклеточных организмов передача этой информации осуществляется с помощью половых клеток, образующихся в результате мейотического деления и также несущих копию генома (гаплоидного). Их слияние приводит к объединению двух родительских геномов в одной клетке (зиготе). Из неё развивается организм, клетки которого несут генетическую информацию обоих родительских организмов. Таким образом, основное значение репликации заключается в снабжении потомства генетической информацией. Для обеспечения стабильности организма и вида ДНК должна реплицироваться полностью и с очень высокой точностью, что обеспечивается функционированием определённого набора белков. Замечательной особенностью ДНК является то, что она несёт гены кодирующие эти белки, и, таким образом, информация о механизме её собственного удвоения закодирована в ней самой.²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

²http://uchi.ucoz.ru/load/baza_referatov/biologija/replikacija_dnk/25-1-0-4164

1. Генетический код

1. Генетика

Генетика-наука о наследственности и изменчивости организмов. Генетика- дисциплина, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами.

Объектами генетики являются вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и человек. На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира. История  генетики начинается с 1900 года, когда  независимо друг от друга Корренс, Герман и де Фриз открыли и сформулировали законы наследования признаков, когда была переиздана работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами». С того времени генетика в своем развитии прошла три хорошо очерченных этапа - эпоха Классической генетики, эпоха неоклассицизма и эпоха синтетической генетики.

Новый этап в развитии генетики стал возможным благодаря  расшифровке структуры золотой  молекулы ДНК в1953 г. Дж. Уотсоном и  Ф.Криком. Генетика переходит на молекулярный уровень исследований. Стало возможным расшифровать структуру гена, определить материальные основы и механизмы наследственности и изменчивости. Генетика научилась влиять на эти процессы, направлять их в нужное русло. Появились широкие возможности соединения теории и практики.

 

 Развитие генетики до наших  дней – это непрерывно расширяющийся  фонт исследований функциональной, морфологической  и биохимической дискретности хромосом. В этой области сделано уже много сделано уже очень много, и с каждым днем передний край науки приближается к цели – разгадки природы гена. К настоящему времени установлен целый ряд явлений, характеризующих природу гена. Во-первых, ген в хромосоме обладает свойством самовоспроизводится (авторепродукции); во-вторых, он способен мутационно изменяться; в-третьих, он связан с определенной химической структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК; в-четвертых, он контролирует синтез аминокислот и их последовательностей в белковой молекулы. В связи с последними исследованиями формируется новое представление о гене как функциональной системе, а действие гена на определение признаков рассматривается в целостной системе генов – генотипе.¹

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

2. Основные методы генетики

Основным методом генетики на протяжении многих лет является гибридологический метод. Гибридизацией  называется процесс скрещивания с целью получения гибридов. Гибрид это организм, полученный в результате скрещивания разнородных в генетическом отношении родительских форм. При исследовании наследования признаков используются методы моногибридного, дигибридного, полигибридного скрещивания, которые были разработаны еще Г. Менделем в его опытах с сортами гороха. При моногибридном скрещивании наследование проводится по одной паре альтернативных признаков, при дигибридном скрещивании - по двум парам альтернативных признаков, при полигибридном скрещивании- по 3,4 и более парам альтернативных признаков. При изучении закономерностей наследования признаков и закономерностей изменчивости широко используется метод искусственного мутагенеза, когда с помощью мутагенов вызывают изменение в генотипе и изучают результаты этого процесса. Широкое распространение в генетике нашел метод искусственного получения полиплоидов, что имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Полиплоиды обладают большой урожайностью и меньше поражаются вредителями и болезнями. Широко используется в генетике биометрические методы.

С 1953 года особое значение для генетики приобрели биохимические  методы исследования. Генетика вплотную занялась изучением материальных основ  наследственности и изменчивости - генов. Объектом исследования генетики стали нуклеиновые кислоты, особенно ДНК. Изучение химической структуры  гена позволило ответить на главные  вопросы, которые ставила перед  собой генетика.

Гешскому ботанику – любителю Иоганну Грегору Менделю принадлежит открытие количественных закономерностей, сопровождающих формирование гибридов. В работах Г. Менделя (1856-1863) были раскрыты основы законов наследования признаков. Выдающимся достижением Г. Менделя явилась разработка методов исследования гибридов.

Г.Менделем были получены обоснования следующих обобщений фундаментальной важности:

1. При моногибридном  скрещивании наблюдается явление  доминирования. 

2. В результате последующих  скрещиваний гибридов происходит  расщепление признаков в соотношении  3:1.

3. Особи содержат либо  только доминантные, либо только  рецессивные, либо смешанные задатки. 

Мендель впервые четко  сформулировал понятие дискретного  наследственного задатка, независящего в своем проявлении от других задатков. Работы Г. Менделя не получили в свое время никого признания и оставались неизвестными вплоть до вторичного переоткрытия законов наследственности К. Корренсом, К.Гермаком и Г. Де Фризом в 1900 году. В том же году Корренсом были сформулированны три закона наследования признаков, которые позднее были названы законами Менделя в честь выдающегося ученого, заложившего основы генетики.¹

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

3. Генетический код

Генетический код –  свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

 

 Впервые идея о существовании генетический код сформулирована А. Дауном и Г. Гамовым в 1952-54, которые показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном, или триплетом. Т.к. молекулы нуклеиновых кислот, на которых происходит синтез мРНК или белка, состоят из остатков только четырех разных нуклеотидов, кодонов, отличающихся между собой, м. б. всего 64. Три пары оснований молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в белке.

Сегодня ни для кого не секрет, что  программа жизнедеятельности всех живых организмов записана на молекуле ДНК. Проще всего представить  молекулу ДНК в виде длинной лестницы. Вертикальные стойки этой лестницы состоят  из молекул сахара, кислорода и  фосфора. Вся важная рабочая информация в молекуле записана на перекладинах лестницы они состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молеклы азотистые основания. В ДНК используется четыре азотистых основания – аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, кроме Тимина, который заменён похожим нуклеотидом – Урацилом, который обозначается буквой У(U). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки, таким образом, получаются последовательности генетических букв. Форма этих молекул позволяет им образовывать связи законченные ступеньки лишь определенного типа. Это связи между основаниями А и Т и между основаниями Г и Ц (образованную таким образом пару называют «парой оснований»). Других типов связи в молекуле ДНК быть не может. Всего существует 20 видов аминокислот, их называю каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка и все его биологические свойства.

Строгое соответствие между последовательностью  пар оснований в молекуле ДНК  и последовательностью аминокислот, составляющих белковые ферменты, называется генетическим кодом. Генетический код  был расшифрован вскоре после  открытия двуспиральной структуры  ДНК. Было известно, что недавно открытая молекула информационной, или матричной РНК (иРНК, или мРНК), несет информацию, записанную на ДНК. Биохимики Маршалл Уоррен Ниренберг  и Дж. Генрих Маттеи из Национального института здравоохранения в городке Бетезда под Вашингтоном, округ Колумбия, поставили первые эксперименты, которые привели к разгадке генетического кода.  
 
Они начали с того, что синтезировали искусственные молекулы иРНК, состоявшие только из повторяющегося азотистого основания урацила (который является аналогом тимина, «Т», и образует связи только с аденином, «А», из молекулы ДНК). Они добавляли эти иРНК в тестовые пробирки со смесью аминокислот, причем в каждой пробирке лишь одна из аминокислот была помечена радиоактивной меткой. Исследователи обнаружили, что искусственно синтезированная ими иРНК инициировала образование белка лишь в одной пробирке, где находилась меченая аминокислота фенилаланин. Так они установили, что последовательность «УУУ» на молекуле иРНК (и, следовательно, эквивалентную ей последовательность «ААА» на молекуле ДНК) кодирует белок, состоящий только из аминокислоты фенилаланина. Это было первым шагом к расшифровке генетического кода. 

Реализация генетической информации в живых клетках осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (синтез мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность. Для кодирования аминокислот, а так же сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.

Сегодня известно, что три пары оснований молекулы ДНК (такой триплет  получил название кодон) кодируют одну аминокислоту в белке. Выполняя эксперименты, аналогичные описанному выше, генетики в конце концов расшифровали весь генетический код, в котором каждому из 64 возможных кодонов соответствует определенная аминокислота.

 

 

 

 

 

 

 

1. http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

2. Репликация ДНК
1. Понятие и основа репликации

Репликация ДНК – процесс  синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления  материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК  исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения  в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий  из 15-20 различных белков, называемый реплисомой.

В основе механизма репликация лежит  ферментативный синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) или рибонуклеиновых  кислот (РНК), осуществляемый по матричному принципу. Предложенная в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком модель строения ДНК —  так называемая двойная спираль  — с одной стороны, объяснила, каким образом записана генетическая информация в молекуле ДНК, с другой — позволила понять и экспериментально изучать химические механизмы удвоения генетического материала. Строгая  специфичность спаривания азотистых  оснований в молекуле ДНК обусловливает  комплементарность последовательностей оснований в двух цепях и обеспечивает высокую точность Репликация Пара гуанин — цитозин стабилизируется тремя водородными связями, пара аденин — тимин — двумя, что резко снижает вероятность неправильного спаривания оснований. Согласно Уотсону и Крику, процесс Репликация ДНК предусматривает: 1) разрыв водородных связей и расплетение нитей двойной спирали; 2) синтез на одиночных нитях комплементарных цепей. В результате из одной двухцепочечной ДНК возникают две подобные молекулы, причём в каждой из дочерних молекул одна полинуклеотидная цепь родительская, а другая — синтезированная заново.

У вирусов и фагов, имеющих однонитевую  ДНК, Репликация идёт особым образом. После  внедрения в клетку хозяина одноцепочечной ДНК, которую называют (+)-цепью, на ней, как на матрице, синтезируется комплементарная ей (—)-цепь. На образовавшейся двухспиральной молекуле (репликативная форма) синтезируются новые одноцепочечные (+)-цепи, включающиеся в новые вирусные частицы. По такому же принципу происходит Репликация РНК-содержащих вирусов и фагов. Т. о., во всех известных случаях Репликация ДНК и РНК проходит через стадию двухцепочечных молекул.

У высших организмов — эукариотов, клетки которых содержат сформированное ядро, основную генетическую функцию  несут сложно организованные структуры  — хромосомы, состоящие из ДНК, РНК, белков и других веществ. В интерфазе, предшествующей делению клеток (см. Митоз, Мейоз), осуществляется Репликация ДНК и других компонентов хромосом; затем удвоенные хромосомы разъединяются и распределяются равномерно между дочерними клетками. Т. о., вся наследственная информация в относительно неизмененном виде передаётся от клетки к клетке, от поколения к поколению.

Цепи молекулы ДНК расходятся, образую  репликационную вилку, и каждая из них  становится матрицей, на которой синтезируется  новая комплементарная цепь. В  результате образуются две новые  двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле.

Каждая молекула ДНК состоит  из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной  цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным. В настоящее  время этот механизм считается доказанным благодаря опытам Мэтью Мезельсона и Франклина Сталя (1958 г.). Ранее существовали и две другие модели: «консервативная» — в результате репликации одна молекула ДНК состоит только из родительских цепей, а другая — только из дочерних цепей; «дисперсионная» — все получившиеся в результате репликации молекулы ДНК состоят из цепей, одни участки которых вновь синтезированы, а другие взяты из родительской молекулы ДНК).

Процесс редупликации: раскручивание  спирали молекулы - отделение одной  цепи от другой на части молекулы ДНК - воздействие фермента ДНК-полимеразы на молекулу - присоединение к каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов - образование двух молекул ДНК  из одной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. http://uchi.ucoz.ru/load/baza_referatov/biologija/replikacija_dnk/25-1-0-4164

2. Процесс репликации ДНК

В процессе репликации двойная спираль  ДНК, состоящая из двух комплементарных  полинуклеотидных цепей, раскручивается на отдельные цепи и одновременно начинается синтез новых полинуклеотидных цепей; при этом исходные цепи ДНК  играют роль матриц. Новая цепь, синтезирующаяся  на каждой из исходных цепей, идентична  др. исходной цепи. Когда процесс  завершается, образуются две идентичные двойные спирали, каждая из которых состоит из одной старой (исходной) и одной новой цепи. Таким образом от одного поколения к другому передается только одна из двух цепей, составляющих исходную молекулу ДНК, – так называемый полуконсервативный механизм репликации.

Репликация состоит из большого числа последовательных этапов, которые  включают узнавание точки началу репликации, расплетание исходного дуплекса (спирали), удержание его цепей в изолированном друг от друга состоянии, инициацию синтеза на них новых дочерних цепей, их рост (элонгацию), закручивание цепей в спираль и терминацию (окончание) синтеза. Все эти этапы репликации, протекающие с высокой скоростью и исключительной точностью, обеспечивает комплекс, состоящий более чем из 20 ферментов и белков, – так называемая ДНК-репликазная система, или реплисома. Функциональная единица репликации – репликон, представляющий собой участок хромосомы или внехромосомной ДНК, ограниченный точкой начала, в которой инициируется репликация, и точкой окончания, в которой репликация останавливается. Скорость репликации контролируется на стадии инициации. Однажды начавшись, репликация продолжается до тех пор, пока весь репликон не будет дуплицирован (удвоен). Частота инициации определяется взаимодействие специальных регуляторных белков с точкой начала репликации. Бактериальные хромосомы содержат один репликон: инициации в единственной точке начала репликации ведет к репликации всего генома. В каждом клеточном цикле репликация инициируется только один раз. Плазмиды и вирусы, являющиеся автономными генетическими элементами, представляют собой отдельные репликоны, способные к многократной инициации в клетке – хозяине. Эукариотичные хромосомы содержат большое число репликонов, каждый из которых также однократно инициируется за один клеточный цикл.

Начиная с точки инициации, репликация осуществляется в ограниченной зоне, перемещающейся вдоль исходной спирали  ДНК. Эта активная зона репликации может двигаться в обоих направлениях. При однонаправленной репликации вдоль ДНК движется одна репликационная вилка. При двунаправленной репликации от точки инициации в противоположных направлениях расходятся две репликационные вилки; скорости их движения могут различаться. При репликации ДНК бактерии и млекопитающих скорость роста дочерней цепи составляет соотв. 500 и 50 нуклеотидов в 1 с; у растений эта величина не превышает 20 нуклеотидов в 1 с. Движение двух вилок в противоположных направлениях создает петлю, которая имеет вид "пузыря" или "глаза". Продолжающаяся репликация расширяет "глаз" до тех пор, пока он не включит в себя весь репликон.

В ходе репликации рост цепи осуществляется благодаря взаимодействию дезоксирибонуклеозидтрифосфата с 3'-ОН концевым нуклеотидом уже построенной части ДНК; при этом отщепляется пирофосфат и образуется фосфодиэфирная связь. Рост полинуклеотидной цепи идет только с ее З'-конца, т. е. в направлении 5' : 3'. Фермент, катализирующий эту реакцию, -ДНК – полимераза.

Энергия, затрачиваемая на образование  каждой новой фосфодиэфирной связи  в цепи ДНК, обеспечивается расщеплением фосфатной связи между a- и b-фосфатными группами нуклеозидтрифосфата.

ДНК-полимераза имеет один центр  связывания нуклеозидтрифосфата, общий для всех четырех нуклеотидов. Выбор из среды нуклеотида, основание которого комплементарно очередному основанию матрицы, протекает без ошибок, благодаря определяющему влиянию ДНК-матрицы (исходной цепи ДНК). При некоторых мутационных повреждениях структуры ДНК-полимеразы в ряде случаев происходит включение некомплементарных нуклеотидов.

В процессе репликации формальной ДНК  на короткое время с вероятностью 10-4-10-5 возникают редкие таутомерные формы всех 4 азотистых оснований нуклеотидов, которые образуют неправильные пары. Высокая точность репликации наличием механизмов, осуществляющих коррекцию .

Репликационная вилка асимметрична. Из двух синтезируемых дочерних цепей  ДНК одна строится непрерывно, а  другая – с перерывами. Первую называют ведущей, или лидирующей, цепью, а  вторую – отстающей. Благодаря прерывистому механизму синтеза, репликация обеих антипараллельных цепей осуществляется с участием одного фермента-ДНК-полимеразы, катализирующего наращивание нуклеотидной цепи в направлении 5' : 3'.

Чтобы обеспечить образование непрерывной  цепи ДНК из многих таких фрагментов, в действие вступает особая система  репарации ДНК, удаляющая РНК-затравку и заменяющая ее на ДНК. У бактерий РНК-затравка удаляется нуклеотид  за нуклеотидом благодаря экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы. При этом каждый отщепленный рибонуклеотидный мономер замещается соответствующим дезоксирибонуклеотидом. Завершает весь процесс фермент ДНК-лигаза.

1. http://uchi.ucoz.ru/load/baza_referatov/biologija/replikacija_dnk/25-1-0-4164

3. Основные ферменты репликации ДНК

ДНК – полимераза - фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведётся считывание. Собираемая молекула комплементарна шаблонной моноспирали и идентична второму компоненту двойной спирали.

Выделяют  ДНК-зависимую ДНК-полимеразу, использующую в качестве матрицы одну из цепей  ДНК, и РНК-зависимую ДНК-полимеразу, способную также к считыванию информации с РНК (обратная транскрипция).

ДНК-полимеразу считают холоферментом, поскольку для нормального функционирования она требует присутствия ионов магния в качестве кофактора. В отсутствии ионов магния о ней можно говорить как об апоферментe.

ДНК-полимераза начинает репликацию ДНК, связываясь с  отрезком цепи нуклеотидов. Среднее  количество нуклеотидов, присоединяемое ферментов ДНК-полимеразой за один акт связывания/диссоциации с  матрицей, называют процессивностью.

ДНК – лигазы - фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование). При этом обычно происходит отщепление (гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул.Лигазы относятся к классу ферментов EC 6.

В молекулярной биологии лигазы разделяют на две большие группы — РНК-лигазы и ДНК-лигазы. ДНК-лигаза, осуществляющая репарацию ДНК.

ДНК-лигазы — ферменты, катализирующие ковалентное сшивание цепей ДНК в дуплексе при репликации, репарации и рекомбинации. Они образуют фосфодиэфирные мостики между 5'-фосфорильной и 3'-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрыва ДНК или между двумя молекулами ДНК. Для образования этих мостиков лигазы используют энергию гидролиза пирофосфорильной связи АТФ. Один из самых распространённых коммерчески доступных ферментов — ДНК-лигаза бактериофага Т4.

ДНК – геликазы - ферменты раскручивающие двуцепочечную спираль ДНК с затратой энергии гидролиза трифосфатов NTP. Образуемая одноцепочечная ДНК участвует в различных процессах, таких как репликация, рекомбинация, и репарация ДНК геликазы необходимы для репликации, репарации, рекомбинации и транскрипции. Геликазы присутствуют во всех организмах.

ДНК-топоизомеразы - ферменты, изменяющие степень сверхспиральности и тип сверхспирали. Путём одноцепочечного разрыва они создают шарнир, вокруг которого нереплецированный дуплекс ДНК, находящейся перед вилкой, может свободно вращаться. Это снимает механическое напряжение, возникающее при раскручивании двух цепей в репликативной вилке, что является необходимым условием для её непрерывного движения. Кроме того, топоизомеразы (типа II) обеспечивают разделение или образование катенанов - сцепленных кольцевых ДНК (образуются в результате репликации кольцевой ДНК), а также устранение узлов и спутанных клубков из длинной линейной ДНК. Существует два типа топоизомераз. Топоизомеразы типа Iуменьшают число сверхвитков в ДНК на единицу за один акт. Эти топоизомеразы надрезают одну из двух цепей, в результате чего фланкирующие дуплексные области могут повернутся вокруг интактной цепи, и затем воссоединяют концы разрезанной цепи. Эта реакция не требует энергии АТФ, т.к. энергия фосфодиэфирной связи сохраняется благодаря тому, что тирозиновый остаток в молекуле фермента выступает то в роли акцептора, то в роли донора фосфорильного конца разрезанной цепи.

Топоизомеразы типа II вносят временные разрывы в обе комплиментарные цепи, пропускают двухцепочечный сегмент той же самой или другой молекулы ДНК через разрыв, а затем соединяют разорванные концы. В результате за один акт снимаются два положительных или отрицательных сверхвитка. Топоизомеразы типа II тоже используют тирозиновые остатки для связывания 5¢-конца каждой разорванной цепи в то время . когда другой дуплекс проходит через место разрыва.

Праймаза - фермент, обладающий РНК-полимеразной активностью; служит для образования РНК-праймеров, необходимых для инициации синтеза ДНК в точке ori и дальнейшем для синтеза отстающей цепи.

 

 

1 http://baza-referat.ru/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A

Заключение

Генетика - сравнительно молодая наука.  Но перед ней  стоят очень серьезные для человека проблемы.  Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов,  связанных прежде всего с  различными наследственными болезнями нервной системы (эпилепсия,  шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии), а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности,  производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему существует новый раздел медицины - медицинская цитогенетика.

Разделы генетики,  связанные с изучением действия мутагенов на клетку (такие как радиационная генетика),  имеют прямое отношение к профилактической медицине.

Особую роль генетика стала играть в  фармацевтической  промышленности  с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии. Несомненно, многое остается неизученным,  например, процесс возникновения мутаций или причины появления злокачественных опухолей. Именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетика. Тем более  что каждый человек ответственен за наследственное благополучие своих детей,  при этом важным фактором является его биологическое образование, так как знания в области аномалии, физиологии, генетики предостерегут человека от совершения ошибок.

Репликация ДНК – ключевое событие  в ходе деления клетки. Принципиально, чтобы к моменту деления ДНК  была реплицирована полностью и  при этом только один раз. Это обеспечивается определёнными механизмами регуляции  репликации ДНК.

Суть репликации ДНК заключается  в том, что специальный фермент  разрывает слабые водородные связи, которые соединяют между собой нуклеотиды двух цепей. В результате цепи ДНК разъединяются, и из каждой цепи «торчат» свободные азотистые основания.