Основное содержание
Course: Биология > Модуль 14
Урок 3: Репликация ДНК- Репликация ДНК, транскрипция и трансляция
- Лидирующая и отстающая цепи в процессе репликации ДНК
- Скорость и точность репликации ДНК
- Молекулярная структура ДНК
- Молекулярный механизм репликации ДНК
- Способ репликации ДНК: эксперимент Мезельсона-Сталя
- Способность ДНК-полимераз к исправлению ошибок при репликации и репарация ДНК
- Теломеры и теломераза
- Репликация ДНК
Теломеры и теломераза
А вы знали, что теломеры — это как защитные «колпачки» на кончиках хромасом эукариот. Мы также расскажем, как теломераза удлиняет теломеры.
Введение
Если бы вы смогли приблизить одну из ваших хромосом и рассмотреть ДНК на её краю, то что бы вы увидели? Наверное, вы ожидаете увидеть там гены или последовательности ДНК, участвующие в регуляции генов.
Однако в действительности вы обнаружите там одинаковую последовательность – TTAGGG – повторяющуюся снова и снова, сотни или даже тысячи раз.
Повторяющиеся участки на концах хромосом называются теломерами, и они имеются у многих эукариот, от людей до одноклеточных простейших. Теломеры действуют как «колпачки», защищающие внутренние участки хромосом, и при каждой репликации ДНК часть их теряется.
В этой статье мы подробно расскажем зачем нужны теломеры, почему они укорачиваются во время репликации, и как фермент теломераза используется для их удлинения.
Проблема недорепликации
В отличие от бактериальной кольцевой хромосомы, хромосомы эукариот — линейные, это значит, что у них есть концы, что создаёт проблему при репликации. ДНК на конце хромосомы невозможно полностью скопировать при репликации, что приводит к постепенному, медленному её укорачиванию.
Почему так происходит? Во время копирования ДНК одна из двух новых цепей на репликационной вилке создаётся непрерывно и называется лидирующей цепью. Другая цепь создаётся так называемыми «фрагментами Оказаки», каждый из которых начинается со своего собственного РНК-праймера, она называется отстающей цепью. (Для более подробной информации см. статью репликация ДНК
В большинстве случаев праймеры фрагментов Оказаки можно легко заменить на ДНК, а сами фрагменты соединены в непрерывную цепь. Однако когда репликационная вилка достигает конца хромосомы, у многих видов, включая человека, возникает короткий отрезок ДНК, не помещающийся в фрагмент Оказаки. Получается, что его нельзя достроить, поскольку праймер оказывается за пределами хромосомы
Из-за этого часть ДНК на конце после каждой репликации остаётся нескопированной, получается одноцепочечный «хвостик». В результате после каждого цикла клеточного деления хромосома будет становиться всё короче и короче.
В человеческих клетках последний РНК-праймер отстающей цепи может быть расположен на расстоянии от
Теломеры
Чтобы предотвратить потерю генов на краю хромосом, они защищены специальными «колпачками» — теломерами. Теломеры состоят из сотен или тысяч повторов одной и той же короткой последовательности ДНК, которая специфична для разных организмов. У человека и других млекопитающих она выглядит так: 5'-TTAGGG-3'.
Теломеры нуждаются в защите от систем репарации ДНК, потому что у них есть одноцепочечные «хвостики», которые «похожи» на поврежденную ДНК. Концевой «хвостик» хромосомы отстающей цепи образуется из-за недорепликации (см. рисунок выше). «Хвостик» у лидирующей цепи фактически создается ферментами, которые отрезают часть ДНК
У некоторых видов (включая человека) одноцепочные концы связываются с комплементарными повторами в соседней двухцепочечной ДНК, в результате чего концы теломер образуют защитные петли
Теломерные повторы медленно «съедаются» с каждым циклом деления. Таким образом, они выступают в качестве буфера, защищающего внутренние области хромосомы, кодирующие гены (по крайней мере, на какой-то период времени). Износ теломер связывают со старением клеток, а их укорачивание объясняет тот факт, что каждая клетка способна делиться лишь определённое количество раз
Теломераза
Некоторые клетки могут предотвращать укорачивание теломер, предоставляя теломеразу — фермент, удлиняющий теломеры хромосом. Теломераза — это РНК-зависимая ДНК-полимераза, то есть фермент, синтезирующий ДНК на матрице РНК.
Как работает теломераза? Фермент связывается со специальной молекулой РНК, которая содержит последовательность, комплементарную теломерному повтору. Он добавляет нуклеотиды к концевому «хвостику» цепи теломеры ДНК, используя эту комплементарную РНК в качестве матрицы. Когда концевой «хвостик» становится достаточно длинным, комплементарная цепь синтезируется с помощью обычного механизма репликации ДНК (то есть с использованием РНК-праймера и ДНК-полимеразы), таким образом получается двухцепочечная ДНК.
Праймер редко оказывается в точности на конце хромосомы и не может быть заменён на ДНК, поэтому «хвостик» всё равно останется. Тем не менее, длина теломер всё равно увеличится.
Теломераза в большинстве соматических клеток (клеток тела), как правило, не активна, но зато активна в половых клетках (клетках, производящих сперму и яйцеклетки) и некоторых взрослых стволовых клетках. Такие клетки должны делиться очень много раз, а в случаи половых клеток порождают новые организмы, в которых теломерные «часы» необходимо «сбросить»
Интересно, что у многих раковых клеток укороченные теломеры, и теломераза в них активна. Если теломераза подавляется лекарственными препаратами, используемыми для противоопухолевой терапии, то их прогрессивное деление и, следовательно, рост раковой опухоли потенциально может быть остановлен.
Хотите присоединиться к обсуждению?
Пока нет ни одной записи.