Сопоставить репликацию ДНК про- и эукариотов

Уровни компактизации ДНК.

Уровни компактизации хроматина:

1) Нуклеосомный – 10 нм.

2) Нуклеомерный – 30 нм фибриллы ДНП. Глобула(8-12 нуклеотидов) размером 30 нм.

3) Хромомерный – создается петлями. Не принят за рубежом. 30 нм.

4) Хромонемный – петли с кислыми белками, компактизуется, состоит из петель. 100-200 нм.

5) Хроматидный (хромосомный)

Белки в составе нуклеосомы: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Нуклеосомы связаны линкерными участками ДНК. Каждая нуклеосома вмещает до 200 нуклеотидов. Длина линкерной ДНК может быть различной.

Понятие эухроматина и гетерохроматина.

Свойства эухроматина и гетерохроматина:

активный эухроматин неактивный эухроматин конститутивный гетерохроматин

структура диффузный конденсированный конденсированный

синтез РНК + - -

синтез ДНК + + +

гетерохроматин – постоянные участки конденсированного хроматина; компактные участки хромосом которые в профазе раньше других появляются в составе митотических хромосом и в телофазе не деконденсируются, переходя в интерфазное ядро в виде хромоцентров. Чаще всего центромерные и теломерные участки хромосом

конститутивные(постоянный) гетерохроматин: генетически не активен, не транскрибируется, реприцируется позже всего остального хроматина, сателлитная днк

факультативный гетерохроматин – эухроматин в конденсированном состоянии – х хромосома

эухроматин – деконденсированный активный хроматин

Механизм репликации ДНК.

Полуконсервативный способ репликации ДНК.

Сопоставить репликацию ДНК про- и эукариотов.

репликон – нуклеоид. У прокариот одна стартовая точка и одна точка терминации

Репликация происходит в S фазе – в этой фазе количество ДНК удваивается, и от количества 2с оно возрастает до 4с.

у эукариот полирепликонная репликация – множество мест репликации и множество автономных точек репликации

Последовательное асинхронное включение разных репликонов

Механизм репликации ДНК:

Полуконсервативный механизм – раскручивание двойной спирали, за которым следует достраивание к каждой из цепочек по комплементарной к ней цепочки. Так образуются новые молекулы ДНК. Репликация начинается в Origin.

Реплисома – это комплекс белков, обеспечивающий репликацию. От ориджина репликация идет в 2 направлениях. В итоге реплисомы сходятся, и образуются 2 новых кольцевых хромосомы.

Репликация у эукариот:

В каждой хромосоме много ориджинов(точек начала репликации) и репликонов (точек окончания репликации). При подключении всех ориджинов удвоение ДНК происходит за 10-20 минут (так происходит при делении бластомеров). На более поздних стадиях включаются не все ориждины, и поэтому сначала реплицируется эухроматин, потом факультативный гетерохроматин и, наконец, в конце фазы идет репликация ДНК с повторяющимися последовательностями и сателлитного ДНК.

То есть по последовательности репликаций можно судить о локализации разных типов хроматина!

Обычно для репликации при этом требуется около 8 часов.

ДНК должна раскручиваться, чему способствует геликаза. Затем 2 спирали ДНК расходится. После этого одиночные нити стабилизируются белками RPA (replication protein А). Прежде чем ДНК-полимеразы сядут на этот участок, туда садится CLAMP, который должен удержать ДНК-полимеразу. CLAMP нуждается в белке CLAMP-loader для того, чтобы сесть на нить ДНК. Направление добавки нуклеотидов: 5’à3’. Ведущую нить синтезирует только ДНК-полимераза эпсилон. А на другую нить садятся фрагменты Oказаки.

DNA-primer включает RNA-primase. Затем работает ДНК-полимераза альфа, синтезирующая короткий фрагмент комплементарной нити ДНК. Потом встраивается фрагмент Oказаки из примерно 200 нуклеотидов. Лишние кусочки РНК и неправильно синтезированную ДНК удаляет Fen 1, если эти кусочек содержит не более 2 нуклеотидов. Если ДНК-полимераза дельта не успевает за Fen 1, то срабатывает ДНКаза 2.

У прокариот:

Геликаза состоит из комплекса белков msm (mini chromosome maintenence). Она работает в комплексе с белками go-ichi-ni-san и Cdc45 (cell division cycle)

CLAP-loader загружает PCNA. PCNA (proliferating cell nuclear antigen) – белок, находящийся в S-фазе в ядре, он делает в 1000 раз более эффективной работу ДНК-полимеразы. Ему помогает загрузчик Тау-комплекс.

30. Что такое полирепликонность ДНК эукариотов?

31. Механизмы полиплоидизации клеток.

32. Как возникают политенные хромосомы?

Основной способ умножения числа хромосомных наборов – полиплоидизирующий митоз: изменение течения митоза после интерфазы.

S фаза – редупликация 4n. Профаза-прометафаза – конденсация хромосом. Метафаза – клетка формирует метафазную пластинку, 4n 4с. Анафаза – расходятся хромосомы/сегрегация. Телофаза и цитокинез – разошлись две диплоидные 2n клетки. Если цитокинеза нет, образуется 4n-клетка с 2 ядрами.

Если нет анафазы из-за разрушения веретена в мета/прометафазе, то хромосомы не расходятся, а остаются в единой хромосомной пластинке, их окружает ядерная оболочка, образуется 1 клетка с 4n ядром. Блокирование в метафазе и переход из к-метфазы, К-митоз.

Клетка задерживается в профазе и возвращается в интерфазу G2 – проходит антерфазу. Временно полиплоидное состояние, клетка вновь вернется в митоз и может стать диплоидной, но длительное время может оставаться в G2.

G2-популяция: клетка не пошла в митоз, а осталась в G2, нет митоза вообще и клетки могут перейти в G1, минуя митоз но уже в тетраплоидном состоянии. Потом по всему циклу войти в нормальный митоз, стать октоплоидной (у нее будут диплохромосомы). В анафазном расхождении к полюсам будут расходиться удвоенные хроматиды. В результате получается тетраплоид. При облучении костного мозга начинаются неправильные клеточные циклы у предшественников лейкоцитов.

Такой способ называется эндоредупликацией – полное выпадение митоза.

Политенизация (многонитчатость) – отсутствие подготовки к митозу, чередование G и S фаз. При этом удвоенные молекулы ДНК не разделяются, а плоидность растет в 2^n раз.

2 клетки могут слиться, образовав двухъядерную клетку. Слияния многих клеток приводят к образованию поликарионов (мышечные трубки – мышечное волокно, как в поперечно-полосатых мышечных волокнах). Может быть частью дифференцированной клетки.

Отсутствие цитокинеза и формирование двухъядерных клеток – полиплоидизация гипотоцитов в клетках печени, так же кардиомиоцитов в сердечной мышце, у них отсутствие не только цитокинеза, но и расхождения хромосом.

увеличение размера и продуктивности

Механизм транскрипции.

Типы РНК у эукариотов.

Это процесс создания молекул РНК, комплементарных конкретному участку ДНК.

Отличия ядер эукариот от нуклеоидов прокариот:

1) Ядерная оболочка, организующая пространственное расположение ДНК.

2) ДНК в комплексе с белками – хроматин и хромосомы.

3) Хромосомы (2-500).

4) Линейные ДНК.

5) Полирепликонная ДНК.

6) Гетерогенная ДНК

7) «созревание» транскриптов – сшивание и удаление участков.

8) Пространственное разобщение транскрипции и трансляции.

• При транскрипции иРНК важно отметить наличие экзонов и интронов(некодирующие последовательности). Интроны удаляются, экзоны сшиваются.

Типы РНК:

1) мРНК (=иРНК) – кодирует белки

2) рРНК – участие в трансляции(каркас рибосом, катализ синтеза белка)

3) тРНК – транспорт аминокислот к месту синтеза белка

4) малые ядерные РНК – несут разные функции, в т.ч. сплайсинг.

5) Малые ядрышковые РНК – модифицируют и процессируют рРНК.

6) Малые РНК телец Кахаля – модифицируют 2 предыдущих типа РНК.

7) МикроРНК – регулируют экспрессию генов.

8) Малые интерферирующие РНК – связываются не с участками ДНК, а с мРНК, но механизм действия похож на микроРНК. Могут убирать определенные варианты иРНК.

9) Малые РНК, не принимающие или принимающие участие в ядерных процессах. Например, есть малые РНК, инактивирующие Х-хромосому и малые РНК, участвующие в транспорте низкомолекулярных органических веществ. Также в малую РНК входят определенные частицы – SRP (signal recognition).

Синтез РНК:

Идет с участием РНК-полимеразы, работающей на одной из нитей. Направление то же, что и при синтезе ДНК. РНК-полимераза 1 участвует в синтезе транскрипта, из которого потом сформируются рибосомные РНК.

Малая субъединица РНК-полимеразы имеет константу седиментации 18S, большая - 5,8S, 5S и 28S

• Константа седиментации определяет, как быстро будет перемещаться объект в зависимости от массы и формы при помещении в центрифугу.

РНК-полимераза 2 участвует в синтезе транскрипта, из которого потом сформируются транспортные РНК.

РНК-полимераза 3 участвует в синтезе транскрипта, из которого потом сформируются рибосомные РНК.

У эукариот начальный нуклеотид иРНК метилирован (5’ cap), и он защищает иРНК от нуклеаз(гидролизуют фосфодиэфирную связь между субъединицами). ПолиА-конец(полиадениновый) синтезируется на противоположном конце 3’. Обе эти модификации необходимы иРНК для того, чтобы покинуть ядро.

Схема сплайсинга:

Идет формирование петли из интрона при помощи U-белков. Затем концы экзонов сшиваются.

Модификации РНК:

Возможно метилирование, замена уридина на псевдоуридин и т.д.

Процессинг тРНК:

На 5-конце определенное число нуклеотидов отрезается, идет сплайсинг в центре: в области, где будет антикодоновая петля вырезается интронный участок и сшивается. Затем тРНК принимает вид трилистника – только в таком виде произойдет процессинг. На 3-конец добавляются ЦЦА – триплет. В таком виде тРНК покидает ядро. Экспортирует его экспортин-т(связывается с RanGTP), транспортируется через поровый комплекс, RanGTP в RanGDP, экспортин возвращается.

Процессинг иРНК:

Образуется 5’-кэп. У эукариот на 3’-конце идет полиаденилирование(присоединение 100-200 остатков адениловой к-ты) после завершения считывания, после чего идет сплайсинг. Затем иРНК покидает ядро через поровый комплекс. Информосома(иРНК с белками) всегда направлена 5’-концом в сторону цитозоли. Разворачивается транспортируется в развернутом виде(3 конец отстает немного), не только разворачивание но и ‘переодевание’. В поровом комплексе система транспорта имеет N, M, и C концы белков – это экпортер для мРНК, будет взаимодействовать с определенными структурами в транспортере – FG повторы(белковые структуры обогащенные фенилом, аланином, глицином). У FG повторов свойство взаимодействовать и с импортинами и с экспортинами: с экспортинами FG повторы взаимодействует прежде всего с С-концом и средней частью белка, а мРНК с белками будет взаимодействовать прежде всего с N-концом и средней частью. По-разному связывание с этим транспортером у экспортины и с белком связанными с мРНК с карго который переносят.

Переодевание – мРНК связана с различными белками. Белки связанные с поли-А концом, с экзонами, 5’кэпом и другие белки которые покрывают мРНК. Она подходит к поре, идет разворачивание, 5’кэп остается связанным с этим белком, экзоны прикрыты белками, а белки ядерной локализации остаются в ядре. На выходе такая мРНК связанная с белками будет взаимодействовать уже с другими белками. Часть этих белков остается на ней другие высвобождаются. Например 5’кэп: 1 комплекс белков снимается, другой садится сюда тут комплекс который участвует в инициации синтеза белка. Потому что после выхода в цитозоль РНП взаимодействует уже с рибосомами/полисомами и начинается трансляция.

Для выхода необходимо что она процессированая полностью, связана с белками, часть белков сохраняет связь, часть остается в ядре.

Малые ядерные РНК экспортируются экспортином 5,24

Рибосомы экспортируются с помощью экспортинов-7 и 5,20. Каждый из них экспортирует определенную субъединицу.