Б. Опишите особенности и значение названных матричных биосинтезов?

А. Репликация, транскрипция. Циклофосфан в клетках опухоли под действием фосфатаз распадается с образованием бис-(бетахлорэтил)-амина, обладающего алкилирующим действием, нарушает синтез ДНК, митотическое деление клеток, вызывая их гибель. Алкилирование изменяет структуру азотистых оснований ДНК, что приводит к нарушению как репликации, так и транскрипции. В результате прекращаются: деление клетки, а также синтез белка. Рост опухолевых клеток останавливается.

Юольшинство алкилирующих агентов (циклофосфан, цисплатин, карбоплатин и др.) имеют 2 функциональные группы, каждая из которых может взаимодействовать с основаниями ДНК, образуя внутриклеточные и межцепочечные поперечные сшивки в двойной спирали ДНК. Эти связи могут формироваться на любой стадии клеточного цикла, благодаря чему действие алкилирующий агентов неспецифично в отношении фаз клеточного цикла.

Б. При делении клетки (дифференцировка тканей, рост и развитие организма в онтогенезе, репарация тканей) происходит репликация (удвоение ДНК). При биосинтезе ДНК образуются две новые (дочерние) двухцепочечные молекулы ДНК, идентичные родительской ДНК. Причем, каждая из этих молекул содержит одну неизменную цепь родительской ДНК и другую – новообразованную. При этом двухцепочечная (материнская) ДНК расплетается, и на каждой материнской цепи формируются дочерние комплементарные цепочки полинуклеотидов.

 Этапы репликации: инициация, элонгация и терминация.

Инициация биосинтеза дочерних цепей ДНК требует

предварительного синтеза на матрице ДНК необычного затравочного

олигорибонуклеотида, названного праймером, со свободной гидроксильной

группой у С-3' рибозы. Этот короткий олигорибонуклеотид синтезируется

комплементарно на матрице ДНК при участии особого фермента – прай-

мазы, наделенной РНК-полимеразной активностью. При инициации к цепям ДНК последовательно присоединяются ДНК-раскручивающие и ДНК-связывающие белки, а затем комплексы ДНК-полимераз и праймаз.

Элонгация – удлинение цепи, полимеризация, образование ковалентных связей между рибозой одного нуклеотида и фосфорной кислотой другого (ДНК-полимеразы). Включает в себя реакции синтеза лидирующей и отстающей цепей на обеих материнских цепях ДНК. Синтез лидирующей цепи начинается с синтеза праймера (при участии праймазы) у точки начала репликации, затем к праймеру присоединяются дезоксирибонуклеотиды под действием ДНК-полимеразы III; далее синтез протекает непрерывно, следуя шагу репликационной вилки. Синтез отстающей цепи, напротив, протекает в направлении, обратном движению репликационной вилки и начинается фрагментарно. Фрагменты всякий раз синтезируются раздельно, начиная с синтеза праймера, который может переноситься с готового фрагмента при помощи одного из белковых факторов репликации в точку старта биосинтеза последующего фрагмента противоположно направлению синтеза фрагментов. Элонгация завершается отделением олигорибонуклеотидных праймеров, объединением отдельных фрагментов ДНК при помощи ДНК-лигаз и формированием дочерней цепи ДНК.

Терминация - окончание синтеза ДНК. Наступает, когда исчерпана ДНК-матрица и трансферазные реакции прекращаются. Синтез новых цепей всегда идет в направлении от 5′-конца к 3′-концу. Поэтому на одной из ветвей репликативной вилки новая цепь наращивается непрерывно, на другой же ветви по мере раскручивания ДНК образуются короткие фрагменты новой цепи – фрагменты Оказаки.

Сложность процесса репликации ДНК объясняется тем, что обе цепи реплицируются одновременно, хотя имеют разное направление (5'–>3' и 3'–>5'); кроме того, рост дочерних цепей также должен происходить в противоположных направлениях. Элонгация каждой дочерней цепи может

осуществляться только в направлении 5'–>3'.

    Транскрипция — это процесс перевода информации, записанной на языке последовательности дезоксирибонуклеотидов в смысловой цепи ДНК на язык последовательности рибонуклеотидов в мРНК. При этом определенный участок одной из двух цепей ДНК (антисмысловой) используется как матрица для синтеза РНК путем комплементарного спаривания оснований. Ферментами, катализирующими процесс транскрипции, служат ДНК-зависимые РНК-полимеразы. При транскрипции возможно образование 3-х видов РНК – транспортной, матричной и рибосомальной. Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транскриптон, с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец). РНК-полимеразы эукариот имеют по две больших субъединицы и несколько малых субъединиц.

Этапы биосинтеза РНК:

инициация Промотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, связывающую первый фактор инициации ТАТА-фактор. Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричная нить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 

5' конца к 3'-концу (5'→ 3'). Для связывания РНК-полимеразы с промотором необходим еще один фактор ини- циации – σ-фактор (греч. σ – "сигма"), но сразу после синтеза затравочного фрагмента РНК (длиной 8-10 рибонуклеотидов) σ-фактор отрывается от фермента.

элонгация,   Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5'→ 3'. Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и в качестве источника энергии.

Терминация - РНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощью белкового фактора терминации, так называемого ρ-фактора (греч. ρ – "ро"), от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК.  п осттранскрипционная модификация (процессинг) - Сразу после синтеза первичные транскрипты РНК по разным причинам еще не имеют активности, являются "незрелыми" и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которые называются процессинг. У эукариот процессингу подвергаются все виды пре-РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.

Транскрипция аналогична репликации в том смысле, что порядок присоединения рибонуклеотидов определяется комплементарным спариванием оснований. После формирования первых нескольких фосфодиэфирных связей (обычно 5— 10) d-субъединица отделяется от инициирующего комплекса, и дальнейшая транскрипция осуществляется с помощью кор-фермента.

13