DNR sintezė

DNR replikacija• DNR sintetinama pusiau konservatyviu būdu, t.y. kiekviena

DNR grandinė yra matrica naujai grandinei sintetinti, o kiekviena naujai sintetinta DNR molekulė turi vieną seną (konservatyviąją) motininę grandinę

• Kad galima būtų sintetinti DNR, pradžioje dviguboji DNR spiralė nors vienoje vietoje turi būti išvyniota, nes DNR polimerazės kaip matricą gali naudoti tik viengubąją DNR grandinę.

DNR replikacijaSintezė visada vyksta 5’ →3’ kryptimi. Dvi motininės DNR grandinės yra

susisukusios į spiralę; jos yra antilygiagrečios. Replikacios (dvigubėjimo) metu šios DNR grandinės yra skrtingai sintetinamos.

Pirmoji DNR grandinė arba pirmaujančioji yra sintetinama ištisai, tolygiai, o antroji arba vėluojančioji yra sintetinama oligonukleotidiniais “gabaliukais”, kurie vadinami Okazaki fragmentais. Šie DNR “gabaliukai” vėliau sujungiami į ištisinę DNR grandinę.

Taip DNR replikacija vyksta eukariotuose ir prokariotuose

DNR DVIGUBĖJIMO EIGA• DNR sintetinantys fermentai

vadinami DNR polimerazėmis. Jie sugeba sintetinti DNR grandinę tik turėdami pavyzdį - viengubą DNR grandinę. DNR polimerazės slenka ta DNR grandine ir prie jos pagal komplementarumo principą montuoja naują grandinę.

• Nukleotidai į grandinę sujungiami dviem jungtimis:

- Vandeniline jungtimi jie prisijungia prie senosios DNR molekulės, - Kovalentine jungtimi prie anksčiau prijungto nukleotido -OH grupės.

DNR DVIGUBĖJIMO EIGA

Nauji nukleotidai prijungiami naujosios DNR grandinės 3' gale, taigi, DNR grandinė ilgėja 5‘3' kryptimi.

Naujos DNR sintezei reikia DNR grandinės (matricos) su -OH grupe nukleorūgšties 3' gale ir dezoksiribonukleozidtrifosfatų (ATP, CTP, GTP, TTP).

DNR sintezės eiga1. Išvyniojama superspiralizuota DNR. Tai daro fermentai, vadinami topoizomerazėmis. Vienos topoizomerazės DNR superspiralizuoja, o kitos superspirales išvynioja. Pvz., E. coli turi topoizomerazę girazę.

2. Specialūs fermentai helikazės išvynioja dvigubą spiralę ir nutraukia vandenilines jungtis, sukabinančias DNR viengubas grandines. Išvyniojimui reikalinga energija gaunama iš ATP. Dvigubėjimo vietoje susidaro dvi replikacinės šakutės - DNR grandinės taškai, kuriuose dviguba grandinė jau išvyta ir pereina į dvi viengubas grandines.Sintetinant DNR replikacinės šakutės slenka išilgai molekulės - išvynioja vis naujas DNR molekulės atkarpas, ant kurių sintetinama naujoji DNR.

DNR sintezės eiga3. Išvyniojimo vietoje susintetinama trumpa RNR grandinės atkarpa - praimeris. DNR sintezė prasideda RNR sinteze. Pradžioje dirba nuo DNR-priklausoma-RNR-polimerazė, kuri pagal DNR nukleotidus pagamina RNR grandinės atkarpą (10-60 nukleotidų ilgio) ir atsijungia. Prie RNR atkarpos toliau sintetinama DNR grandinė.DNR-priklausoma-DNR-polimerazė negali pradėti DNR sintezės, o tik tęsti ją, prijungdama prie 3'-OH grupės vis naujus nukleotidus. Todėl ji prie RNR atkarpos 3'-OH galo prijungia dezoksiribonukleotidą ir toliau sintetina DNR.

DNR sintezės eiga4. Išpynimo vietoje susidariusios dvi replikacinės šakutės slenka į priešingas puses, ir DNR molekulė dvigubėja išsyk abiem kryptimis ant abiejų DNR grandinės pusių. Kiekvienos šakutės vietoje sintetinamos dvi DNR grandinės atkarpos.

5. Dviguba DNR molekulės grandinė yra antilygiagreti - replikacinė šakutė vienos grandinės požiūriu slenka 5'→3' kryptimi, o kitos požiūriu - 3'→5' kryptimi. Tuo tarpu DNR polimerazės sintetina slinkdama vienguba DNR grandine tik 5'→3' kryptimi. Todėl DNR sintezė greita ant grandinės, kur sutampa polimerazės ir šakutės slinkimo kryptys. Čia sintetinama pirmaujanti grandinė.

6. Ant kitos grandinės sintezė atsilieka (čia sintetinamosios vėluojančios grandinės): čia DNR sintetinama atkarpomis kryptimi, priešinga replikacinės šakutės krypčiai. Vėliau atkarpas susiuva į vieną grandinę. Prokariotų atkarpos yra apie 1000 nukleotidų ilgumo, o eukariotų - 100-200 nukleotidų ilgumo.

DNR sintezės eigaSpecialus fermentas DNR polimerzė I nuardo RNR atkarpas ir vietoj jų susintetina DNR atkarpas. Ištuštintose vietose susintetintos DNR atkarpos nesujungtos su anksčiau pagamintomis DNR atkarpomis, jos tik vandenilinėmis jungtimis siejasi su senąja DNR grandine.Dar vienas fermentas DNR ligazė susiuva visas DNR atkarpas į vientisą grandinę.Fermentai naujai pagamintą DNR vėl superspiralizuoja.

Prokariotų ląstelėse dvigubėjimas prasideda viename DNR grandinės taške. Jis gana greitas: bakterijos E. coli DNR dvigubėjimo greitis yra 1700 nukleotidų porų per sekundę, todėl visa E. coli DNR nukopijuojama maždaug per 40 min.

Eukariotinių ląstelių replikacija gerokai lėtesnė - maždaug 50 nukleotidų porų per sekundę. Tačiau dvigubėjimas prasideda vienu metu keliuose DNR molekulės taškuose.

RNR biosintezė - transkripcija

• Transkripcija yra procesas, kurio metu nuo DNR “kopijuojama” RNR.

• Geno- DNR nukleotidų seka kopijuojama (lot. k. transcriptio –perrašymas) į RNR seką , t.y. sintetinama RNR grandinė.

• Ši RNR grandinė yra komplementari vienai DNR grandinei, vadinamai matricine grandine. Tokiu būdu susintetinta RNR yra atitikmuo antrai, koduojančiai DNR grandinei.

RNR biosintezė - transkripcija

• Susintetinta RNR molekulė, nuo promotoriaus iki terminacijos vietos yra vadinama transkripcijos vienetu.

• Transkripcijos vienete gali būti vienas ar keli genai. • DNR grandinė, kuri yra kopijuojama transkripcijos

metu (transkribuojama), vadinama matricine grandine, II-oji DNR grandinė yra vadinama nematricine (koduojančiaja) grandine.

• Jos nukleotidų seka yra tokia pati kaip RNR transkripto, išskyrus tai, kad vietoje timino (T) yra uracilas (U).

DNR grandinės

• Koduojančioji (nematricinė) DNR grandinė 5'-TGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGA-3 '

• Nekoduoduojančioji (matricinė) DNR grandinė 3'-ACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTTTGTCGATACT-5'

• RNR transkriptas5'-UGGAAUUGUGAGCGGAUAACAAUUUCACACAGGAAACAGCUAUGA-3'

DNR genetinės informacijos perkėlimas mRNR-transkripto forma ir perdavimas dalyvaujant ribosomoms

3/

5/

DNR

5/

mRNR

3/

5/ 3/

Baltymo biosintezė ant mRNR matricos

RibosomaBaltymo molekulė,pasibaigus sintezei

3/

5/

Genetinis kodas

• Susintetinta ir subrendusi iRNR molekulė turi nuo DNR nukopijuotą informaciją apie baltymo aminorūgščių seką.

• Ši iRNR molekulė tarnauja matrica jungiant aminorūgštis į polipeptidinę grandinę transliacijos metu. RNR nukleotidų seka apsprendžia baltymo savybes. Tokiu būdu, informacija, “užrašyta” iRNR nukleotidų sekoje paverčiama į informaciją “užrašytą” aminorūgščių seka.

• iRNR molekulėje yra keturi skirtinga seka išsidėstę, sujungti fosfodiesteriniais ryšiais ribonukleotidai, kurių heterociklinės bazės yra: Ade, Gua, Cyt, ir Ura.

• Transliacijos metu keturių RNR nukleotidų seka turi būti perrašoma -transliuojama į dvidešimt skirtingų aminorūgščių seką.

• Transliacijos metu informacijos perrašymas vyksta pagal taisykles, žinomas kaip genetinis kodas.

• Genetinį kodą išaiškino 1961 m. M. Nirenberg ir H. Matthei. • Informacija, esanti iRNRnukleotidų sekoje ribosomoje yra skaitoma

nuosekliai po tris nukleotidus. Trijų nukleotidų seka (AUC, AUU ir t.t.) apsprendžia tam tikros aminorūgšties įjungimą į sintetinamo baltymo polipeptidinę grandinę.

Visi RNR tipai tiesiogiai dalyvauja baltymo biosintezėje.

Baltymų biosintezė vyksta ribosomose• Mažasis ribosomos subvienetas atlieka

dekodavimo funkciją, tai yra užtikrina sąveiką tarp iRNR molekulės kodonų ir tRNR antikodonų. Tai atsakinga funkcija, nes nuo to priklauso peptidinės grandinės sintezės tikslumas.

• Didysis ribosomos subvienetas, pasižymi pagrindiniu kataliziniu peptidinio ryšio sudarymo aktyvumu. Didžiajame subvienete yra daug baltymų, vadinamų transliacijos veiksniais (transliacijos faktoriais), kurie labai svarbūs skirtinguose baltymo polipeptidinės grandinės sintezės etapuose.

• Informacinė RNR išsidėsto ribosomoje tarp mažojo ir didžiojo subvienetų. Ribosomos laiko iRNR ir sintetinamą polipeptidinę grandinę.

Baltymų biosintezės iniciacija (pradėtis)

• Inicijacijos metu prie mažojo ribosomos subvieneto prisijungia iRNR ir pirmoji aminoacil-tRNR, kuri atpažįsta iniciacijos kodoną, esantį iRNR.

• Iniciacijos kodonas (AUG) yra tarp 30-ies iRNR nukleotidų, kuriuos uždengia mažasis ribosomos subvienetas.

• Tada prie iRNR, tRNR ir mažojo ribosomos subvieneto prisijungia didysis ribosomos subvienetas ir ribosoma pasiruošusi elongacijos etapui- polipeptidinės grandinės sintezei.

Baltymų biosintezės iniciacija

• Dažniausiai baltymus kodojančių iRNR pirmasis trinukleotidinis iniciacijos kodonas yra AUG, koduojantis aminorūgštį metioniną.

• Trijų nukleotidų seka AUG nėra pirmieji iRNR nukleotidai. Šis kodonas gali būti išsidėstęs bet kurioje iRNR molekulės vietoje.

• AUG kodonus atpažįsta iniciatorinė aminoacil-tRNR, pernešanti aminorūgštį metioniną.

Aminoacilinimo reakcija

OH

CR C

NH3O+

H OH

CR C

NH3O+

AMP

OH

CR C

NH3O+

AMP OH

CR C

NH3O+

tRNR

ATP PPi

(a)

(b)

Aminoacil-tRNR- sintetazė

Aminorūgštis Aminoaciladenilatas

Aminoaciladenilatas Aminoacil-tRNR

Baltymų biosintezės iniciacijaRibosomos funkciniai saitai:• P saitas – peptidilinis, jame yra tRNR molekulė, prie kurios

yra prijungta auganti peptidinė grandinė.• A saitas – aminoacilinis, jame yra kita aminoacilinta tRNR

molekulė.• E saitas - tRNR molekulė, atidavusi aminorūgštį patenka į

ribosomos E saitą ir per jį palieka ribosomą. Nustatyta, kad E saite tRNRmolekulės sąveika su iRNR yra žymiai silpnesnė, negu ši sąveika yra A ir P vietose. Dėl silpnos sąveikos tRNR molekulės atsipalaiduoja ir palieka ribosomą.

Elongacija, baltymo polipeptidinės grandinės biosintezė

• Elongacijos metu vyksta visų peptidinių ryšių nuo pirmo iki paskutinio sintezė.

• Ribosoma yra prijungusi iRNR, ir transliuoja iRNR seką į aminorūgščių seką.Ciklo metu tik dvi tRNR molekulės vienu metu yra susijusios su iRNR ir ribosoma.

• Baltymai yra sintetinami pradedant nuo N-galo → C galo.

• iRNR seka “skaitoma” 5'→3' kryptimi.

Transliacijos terminacija (baigtis) • Peptidinės grandinės sintezė vyksta tol, kol ribosoma nepasiekia

terminacijos – Stop kodoną iRNR sekoje- UGA, UAG, arba UAA.• Šie kodonai neturi tRNR, kuri atneštų aminorūgštį, ir turėtų

atitinkamą antikodoną. • Šiuos kodonus atpažįsta ir prie jų prisijungia terminacijos arba

atpalaidavimo veiksniai, RF (angl. release factors). • Veikiant atpalaidavimo veiksniams, ribosoma disocijuoja,

atsipalaiduoja susintetintas peptidas.

Žmogaus ląstelėse yra 46 chromosomos.Norint, kad visos chromosomos ir jose esanti DNR

tilptų ląstelės branduolyje, ji turi labai susisukti ir susilankstyti.

Chromosoma- tai sudėtingas nukleoproteinas, sudarytas iš DNR, bazinių baltymų histonų, nehistoninių baltymų ir RNR.

Chromatinas yra DNR ir baltymo kompleksas, interfazės metu, tarp dviejų ląstelės dalijimųsi, atsitiktinai pasiskirstęs branduolyje. Chromatino baltymai yra dviejų rūšių - histonai ir nehistoniniai baltymai.

Chromatino struktūra panaši į karolius. Tokios nukleoproteino globulės, išsidėsčiusios chromatine, vadinamos nukleosomomis.