Replikace DNA

1. Replikace DNA

2. Obsah Co je výsledkem replikace Replikační počátky a replikační vidličky DNA-polymerasa Asymetričnost replikační vidličky Korektorská schopnost DNA-polymerázy Primasa Okazakiho fragmenty Replikační aparát Animace Použitá literatura

3. G C T A G C G C A T T A T A A T A T T A G C T A T A C G G C G C C G C G C G A T C G C G A T A T C G A T C G C G A T A T Replikace DNA dává vznik dvěma novým vláknům. Obr. 1. Replikace – schéma Templát (matrice) Nově syntetizovaný řetězec DNA Obsah

4. Replikační počátky a replikační vidličky Celý proces replikace začínají iniciační proteiny v místech, které se nazývají replikační počátky. dvoušroubovice DNA Replikační počátek Replikační počátky se v průběhu replikace zvětšují za vzniku tzv. replikačních vidliček. Replikační vidlička Obsah

5. Replikační vidličky V replikačních vidličkách jsou navázány proteiny replikačního aparátu, které se pohybují ve směru replikace a rozvíjejí dvoušroubovicovou strukturu za současné syntézy nového řetězce. Obr. 2. Replikační vidlička Obsah

6. Replikační vidličky Začátek replikace V jednom replikačním počátku se vytvoří dvě replikační vidličky, které se pohybují směrem od sebe, a proto je tato replikace nazývána obousměrná. Replikační vidlička Směr replikace Směr replikace Obr. 3. Obousměrná replikace Obsah

7. DNA-polymerasa 3' 5' Nejdůležitějším enzymem je DNA-polymerasa, která syntetizuje nové vlákno DNA podle původního řetězce. Templátový Řetězec (DNA) T A Tento enzym katalyzuje připojování nukleotidů na 3'-konec rostoucího řetězce DNA za vzniku fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu. A T Nově syntetizovaný Řetězec (DNA) 3'-konec 5'-konec G C DNA je syntetizována ve směru 5'→3'. Obsah 5' Obr. 4. Vznik fosfodiesterové vazby (1. část)

8. DNA-polymerasa 3' 5' Templátový Řetězec (DNA) T A Nově syntetizovaný Řetězec (DNA) A T G C 5' Nukleotidy vstupují do reakce jako energeticky bohaté nukleosidtrifosfáty (např. ATP) a dodávají energii polymerizační reakci. DNA-polymerasa se neoodděluje od DNA po každém přidání nukleotidu, ale zůstává navázána na DNA a během polymerace se podél ní pohybuje. Fosfodiesterová vazba Obsah Obr. 5. Vznik fosfodiesterové vazby (2. část)

9. DNA-polymerasa Spustit animaci DNA-polymerasa 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 3' Nukleosidtrifosfáty (ATP, GTP, TTP a CTP) Obsah Obr. 6. Replikace na vedoucím řetězci

10. Asymetričnost replikační vidličky DNA-polymerasa je schopna syntetizovat nové vlákno pouze prodlužováním 3'-konce DNA. V replikační vidličce nastává problém, protože původní dvoušroubovice se skládá ze dvou antiparalelních řetězců (je asymetrická). 5' 3' 3' 5' Obr. 7. Antiparalelní řetězce DNA Obsah

11. Asymetričnost replikační vidličky Replikační počátek Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizována podle templátu ve směru 3' →5'. (Vzniká 5' → 3' řetězec) Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5' →3'. 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' Obr. 7. Antiparalelní řetězce DNA Obsah

12. Asymetričnost replikační vidličky Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizována podle templátu ve směru 3' →5'. (Vzniká 5' → 3' řetězec) Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5' →3'. 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 3' Obr. 8. Směry replikace 5' 3' 3' Váznoucí řetězec Obsah 5'

13. Asymetričnost replikační vidličky Neexistuje DNA-polymerasa, která by dokázala prodlužovat 5'-konec DNA. Tudíž v tomto směru roste diskontinuálně tzn., že jsou ve směru 5' → 3' syntetizovány krátké úseky DNA (Okazakiho fragmenty), které jsou následně spojovány v kontinuální řetězec. Řetězec, který je tvořen kontinuálně, se nazývá vedoucí řetězec. Řetězec, který je tvořen diskontinuálně, se nazývá opožďující se nebo váznoucí řetězec. Obsah

14. Asymetričnost replikační vidličky Temlát pro syntézu nového řetězce DNA 3' 5' 3' 5' nejnověji nasyntetizovaná DNA Vedoucí řetězec Váznoucí řetězec 3' 5' 5' 3' 3' 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' Okazakiho fragmenty Směr pohybu replikační vidličky Obr. 9. Asymetričnost replikační vidličky Obsah

15. Korektorská schopnost DNA-polymerázy Před přidáním nového nukleotidu do řetězce, DNA-polymerasa zkontroluje, zda se předcházející nukleotid správně páruje s nukleotidem v templátu. Pokud ANO – přidá další nukleotid. Pokud NE – odstraní nepárující se nukleotid rozštěpením fosfodiesterové vazby a přidá jiný nukleotid. Proto DNA-polymerasa je velice přesně párující enzym, který udělá průměrně jednu chybu na 107 zreplikovaných párů bází. Obsah

16. DNA-polymerasa neumí začít syntetizovat nové vlákno. Primasa Existuje jiný enzym - primasa, která dokáže spojit dva volné nukleotidy. (Začátek syntézy nového vlákna podle jednořetězcové DNA.) Primasa nesyntetizuje DNA, ale krátké úseky RNA majících cca 10 nukleotidů. Tyto úseky se párují na základě komplementarity s templátovým řetězcem a poskytují 3'-konec pro DNA polymerasu. Slouží tedy jako primer pro syntézu DNA. Obsah

17. Primasa Spustit animaci 1. Primasa 2. DNA-polymerasa 5' 3' 3' 5' Váznoucí řetězec Okazakiho fragmenty Obsah Obsah Obr. 10. Replikace na váznoucím řetězci (1. část)

18. Opožďující řetězec je tvořen mnoha oddělenými úseky tzv. Okazakiho fragmenty. Okazakiho fragmenty Na vytvoření souvislého vlákna DNA z Okazakiho fragmentů jsou třeba tři enzymy: 1. Nukleasa – odstraňuje RNA primery; 2. Opravná DNA-polymerasa – nahrazuje RNA-primery DNA; 3. DNA-ligasa – pospojí všechny úseky dohromady. Obsah

19. Okazakiho fragmenty 3' Spustit animaci Vedoucí řetězec 5' 5' 1. Nukleasa 2. Opravná DNA-polymerasa 3' 3. DNA-ligasa 5' 3' Váznoucí řetězec 3' 5' Obsah Obr. 11. Replikace na váznoucím řetězci (2. část)

20. 5' 3' Vedoucí řetězec Svírací protein DNA-polymerasa Nově syntetizovaný řetězec Rodičovská DNA 3' 5' Primasa Nový Okazakiho fragment DNA-helikasa RNA-primer Vazebný protein pro udržení jednořetězcové struktury 3' 5' Váznoucí řetězec Obr. 12. Replikační aparát Okazakiho fragment Replikace DNA vyžaduje spolupráci několika druhů enzymů. Replikační aparát Replikační aparát umožňuje vznik a posun replikační vidličky a syntézu nové DNA. Obsah

21. Replikační aparát - helikasa Helikasa (rozvíjí dvoušroubovicovou strukturu) Obsah Obr. 13. Rozvíjení dvoušroubovicové struktury

22. Replikace je proces semikonzervativní 3' 5' 5' 3' 3' 5' 5' 3' Obsah Obr. 14. Dceřinná vlákna DNA

23. Animace pro zopakování Obsah

24. Replikace na vedoucím řetězci Spustit animaci DNA-polymerasa 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 3' Nukleosidtrifosfáty (ATP, GTP, TTP a CTP) Obsah

25. Replikace na váznoucím řetězci (1. část) Spustit animaci 1. Primasa 2. DNA-polymerasa 5' 3' 3' 5' Váznoucí řetězec Okazakiho fragmenty Obsah

26. Replikace na váznoucím řetězci (2. část) Spustit animaci 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 1. Nukleasa 2. Opravná DNA-polymerasa 3' 3. DNA-ligasa 5' 3' 3' Váznoucí řetězec Obsah 5'

27. Průběh replikace 3' Vedoucí řetězec 5' 5' 3' 5' 3' 3' Váznoucí řetězec 5' Obsah

28. Použitá literatura [1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997. [2] NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000. [3] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998. Obsah