BiochémiaBiochémia nukleových nukleových kyselínkyselín II

Mechanizmus Mechanizmus replikáciereplikácie DNADNA

P4P4

Peter Javorský Peter Javorský

email: email: javorskyjavorsky@@saskesaske..sksk

http://www2.http://www2.saskesaske..sksk//javorskyjavorsky

Ústav fyziológie hospodárskych zvierat SAV, KošiceÚstav fyziológie hospodárskych zvierat SAV, Košice

ReplikáciaReplikácia

prokaryotickejprokaryotickej a a eukaryotickejeukaryotickej DNA je:DNA je:

s e m i k o n z e r v a t í v n as e m i k o n z e r v a t í v n a

d v o j s m e r n á d v o j s m e r n á

s e m i d i s k o n t i n u á l n as e m i d i s k o n t i n u á l n a

v roku v roku 19581958

ReplikáciaReplikácia bakteriálnehobakteriálneho ((prokaryotickéhoprokaryotického) ) genómugenómujednosmernájednosmerná -- dvojsmernádvojsmerná replikáciareplikácia

IniciáciaIniciácia replikáciereplikácie: : rozoznanierozoznanie miestamiesta oriori replikačnýmireplikačnými proteínmiproteínmi a a vytvorenievytvorenie replikačnejreplikačnej vidlicevidlice

ElongáciaElongácia ((predlžovaniepredlžovanie) DNA ) DNA reťazcovreťazcov: : pripájaniepripájanie deoxyribonukleoziddeoxyribonukleozid -- 5´5´--monofosfátovmonofosfátov k 3´k 3´-- koncukoncu syntetizujúcehosyntetizujúceho sasa reťazcareťazca na na matricovommatricovomreťazcireťazci

TermináciaTerminácia replikáciereplikácie: : zakončeniezakončenie replikáciereplikácie príslušnéhopríslušného replikónureplikónu vv mieste mieste terter, , väzbouväzbou špecifickéhošpecifického proteínuproteínu TusTus nastane nastane inhibíciainhibícia helikázyhelikázy, čím , čím sasazastaví tvorba zastaví tvorba replikačnejreplikačnej vidlicevidlice

Enzýmy podieľajúce sa na Enzýmy podieľajúce sa na replikáciíreplikácií: :

DNADNA--primázaprimáza, DNA, DNA--helikázahelikáza,,DNADNA--polymerázypolymerázy,,DNADNA--ligázaligáza, DNA, DNA--gyrázagyráza

ReplikáciaReplikácia prokaryotickejprokaryotickej chromozomálnejchromozomálnej DNADNA

DNA DNA polymerázypolymerázy: : enzýmyenzýmy katalyzujúcekatalyzujúce syntézu DNA syntézu DNA zz deoxyribonukleozidfosfátovdeoxyribonukleozidfosfátov za za prítomnostiprítomnosti DNADNA-- aleboalebo RNARNA--primérupriméru, , DNADNA--riadenériadené--DNADNA--polymerázypolymerázy (DNA(DNA--dependentnédependentné--DNADNA--polymerázypolymerázy), ), polymerizáciapolymerizácia musí musí začaťzačať vždy od 3´vždy od 3´--koncakonca krátkehokrátkeho oligonukleotiduoligonukleotidu

DNADNA-- aleboalebo RNA RNA -- primérupriméru. . DNTPnDNTPn + + DNAnDNAn = 2 = 2 DNAnDNAn + + nPPannPPan

DNADNA--polymerázapolymeráza I:I: ((KornbergovKornbergov enzým): enzým): m.hm.h. 109 000, 600N/min., 400 . 109 000, 600N/min., 400 molekúl vmolekúl v jednej bunke jednej bunke E.coliE.coli, , DNADNA--primérprimér, obsahuje aj 5´, obsahuje aj 5´--3´ a 3´3´ a 3´--5´ 5´ exonukleázovúexonukleázovú aktivitu, aktivitu, DNADNA--polymerázypolymerázy A. A. KatalyzujeKatalyzuje replikáciureplikáciu DNA DNA vv medzerách, ktoré medzerách, ktoré zostalyzostaly medzi medzi OkazakihoOkazakiho fragmentamifragmentami, zároveň , zároveň odstraňuje odstraňuje RNARNA--primérypriméry svojou 5´svojou 5´--exonukleázovou aktivitou exonukleázovou aktivitou

DNADNA--polymerázapolymeráza II: m.h. 90 000, okrem II: m.h. 90 000, okrem polymerizačnejpolymerizačnej aktivity má aktivity má ajaj 5´5´--3´ 3´ a 3´a 3´--5´ 5´ exonukleázovúexonukleázovú aktivitu, DNAaktivitu, DNA--polymerázypolymerázy BB

DNADNA--polymerázapolymeráza III:III: m.h. 900 000, je m.h. 900 000, je zloženázložená zz viacerýchviacerých monomérovmonomérov, , komplexnýkomplexný enzýmenzým dosahuje dosahuje rýchlosťrýchlosť polymerizáciepolymerizácie 500 N/s, 500 N/s, replikuje replikuje sasaním celá molekula ním celá molekula bakteriálnejbakteriálnej DNADNA

DNADNA--helikázahelikáza: : katalyzujekatalyzuje odvíjanieodvíjanie komplementárnychkomplementárnych reťazcovreťazcovDNA v DNA v smeresmere 5´5´-- 3´ kde 3´ kde prebiehaprebieha syntéza syntéza OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov(ruší (ruší vodíkovevodíkove väzbyväzby, zároveň hydrolyzuje , zároveň hydrolyzuje nukleozidnukleozid -- 5´5´--trifosfátytrifosfáty), ), helikázahelikáza I, II, III, IV, I, II, III, IV, RepRep--proteínproteín, n,, n,--proteínproteín, , DnaBDnaB--proteínproteín, , RecBCDRecBCD--enzýmenzým, , UvrABUvrAB--komplexkomplex

DNADNA--primázaprimáza ((DnaGDnaG -- proteínproteín, DNA, DNA--riadenáriadená RNARNA--polymerázapolymeráza): ): katalyzujekatalyzuje v spojení sv spojení s primozómomprimozómom syntézu RNAsyntézu RNA--primérovprimérov((oligoribonukleotidovoligoribonukleotidov), od ), od ktorýchktorých 3´3´-- koncovkoncov začínazačína syntéza syntéza krátkychkrátkych polydeoxyribonukleotidovpolydeoxyribonukleotidov -- OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov, , katalytický katalytický účinokúčinok je aktivovaný je aktivovaný DnaBDnaB -- proteínomproteínom

DNADNA--ligázaligáza ((polydeoxyribonukleotidsyntetázapolydeoxyribonukleotidsyntetáza): ): katalyzujekatalyzuje ligáciuligáciupolynukleotidovpolynukleotidov (vznik (vznik fosfodiesterovejfosfodiesterovej väzbyväzby medzimedzi 5´5´-- koncomkoncom a 3´a 3´--koncomkoncom reťazcovreťazcov aleboalebo fragmentovfragmentov), ), spájaspája OkazakihoOkazakiho fragmenty do fragmenty do súvisléhosúvislého polynukleotidovéhopolynukleotidového reťazcareťazca

DNADNA--gyrázagyráza: : topoizomerázatopoizomeráza II, II, počaspočas semikonzervatívnejsemikonzervatívnej replikáciireplikáciiprevádzaprevádza predpred replikačnoureplikačnou vidlicouvidlicou kladné kladné nadzávitnicenadzávitnice na zápornéna záporné

Rozpletanie DNA spoločnými účinkami proteínu Rozpletanie DNA spoločnými účinkami proteínu RepRep, , helikázyhelikázy II II a proteínov SSBa proteínov SSB

DNA DNA polymerázypolymerázy: : enzýmyenzýmy katalyzujúcekatalyzujúce syntézu DNA syntézu DNA zz deoxyribonukleozidfosfátovdeoxyribonukleozidfosfátov za za prítomnostiprítomnosti DNADNA-- aleboalebo RNARNA--primérupriméru, , DNADNA--riadenériadené--DNADNA--polymerázypolymerázy (DNA(DNA--dependentnédependentné--DNADNA--polymerázypolymerázy), ), polymerizáciapolymerizácia musí musí začaťzačať vždy od 3´vždy od 3´--koncakonca krátkehokrátkeho oligonukleotiduoligonukleotidu

DNADNA-- aleboalebo RNA RNA -- primérupriméru. . DNTPnDNTPn + + DNAnDNAn = 2 = 2 DNAnDNAn + + nPPannPPan

DNADNA--polymerázapolymeráza I:I: ((KornbergovKornbergov enzým): enzým): m.hm.h. 109 000, 600N/min., 400 . 109 000, 600N/min., 400 molekúl vmolekúl v jednej bunke jednej bunke E.coliE.coli, , DNADNA--primérprimér, obsahuje aj 5´, obsahuje aj 5´--3´ a 3´3´ a 3´--5´ 5´ exonukleázovúexonukleázovú aktivitu, aktivitu, DNADNA--polymerázypolymerázy A. A. KatalyzujeKatalyzuje replikáciureplikáciu DNA DNA vv medzerách, ktoré zostali medzi medzerách, ktoré zostali medzi OkazakihoOkazakiho fragmentamifragmentami, zároveň , zároveň odstraňuje odstraňuje RNARNA--primérypriméry svojou 5´svojou 5´--exonukleázovou aktivitou. exonukleázovou aktivitou.

DNADNA--polymerázapolymeráza II: m.h. 90 000, okrem II: m.h. 90 000, okrem polymerizačnejpolymerizačnej aktivity má aktivity má ajaj 5´5´--3´ 3´ a 3´a 3´--5´ 5´ exonukleázovúexonukleázovú aktivitu, DNAaktivitu, DNA--polymerázypolymerázy B.B.

DNADNA--polymerázapolymeráza III:III: m.h. 900 000, je m.h. 900 000, je zloženázložená zz viacerýchviacerých monomérovmonomérov, , komplexnýkomplexný enzýmenzým dosahuje dosahuje rýchlosťrýchlosť polymerizáciepolymerizácie 500 N/s, 500 N/s, replikuje replikuje sasaním celá molekula ním celá molekula bakteriálnejbakteriálnej DNA DNA ((vedúcevedúce vlákno, vlákno, OkazaOkazakkihoihofragmetyfragmety v v opozdenomopozdenom vláknevlákne))..

DNADNA--primázaprimáza ((DnaGDnaG -- proteínproteín, DNA, DNA--riadenáriadená RNARNA--polymerázapolymeráza): ): katalyzujekatalyzuje v spojení v spojení ss primozómomprimozómom syntézu RNAsyntézu RNA--primérovprimérov ((oligoribonukleotidovoligoribonukleotidov), od ), od ktorýchktorých 3´3´--koncovkoncov začínazačína syntéza syntéza krátkychkrátkych polydeoxyribonukleotidovpolydeoxyribonukleotidov -- OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov, , katalytický katalytický účinokúčinok je aktivovaný je aktivovaný DnaBDnaB –– proteínomproteínom..

DNADNA--helikázahelikáza: : katalyzujekatalyzuje odvíjanieodvíjanie komplementárnychkomplementárnych reťazcovreťazcov DNA v DNA v smeresmere 5´5´--3´ kde 3´ kde prebiehaprebieha syntéza syntéza OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov (ruší (ruší vodíkovevodíkove väzbyväzby, zároveň , zároveň hydrolyzuje hydrolyzuje nukleozidnukleozid -- 5´5´-- trifosfátytrifosfáty), ), helikázahelikáza I, II, III, IV, I, II, III, IV, RepRep--proteínproteín, n,, n,--proteínproteín, , DnaBDnaB--proteínproteín, , RecBCDRecBCD--enzýmenzým, , UvrABUvrAB--komplex.komplex.

DNADNA--gyrázagyráza: : topoizomerázatopoizomeráza II, II, počaspočas semikonzervatívnejsemikonzervatívnej replikáciireplikácii prevádzaprevádza predpredreplikačnoureplikačnou vidlicouvidlicou kladné kladné nadzávitnicenadzávitnice na zápornéna záporné..

DNA polymerDNA polymeráázyzy I a III a III: I: katalyzujúkatalyzujú replikáciureplikáciu DNA vDNA v medzerách, ktoré medzerách, ktoré zostalyzostaly medzi medzi OkazakihoOkazakiho fragmentamifragmentami, zároveň odstraňuje , zároveň odstraňuje RNARNA--primérypriméry svojou 5´svojou 5´--exonukleázovou aktivitou,exonukleázovou aktivitou, enzýmyenzýmy katalyzujúcekatalyzujúce syntézu syntézu vedúcehovedúceho vlákna a vlákna a OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov..

DNADNA--ligázaligáza ((polydeoxyribonukleotidsyntetázapolydeoxyribonukleotidsyntetáza): ): katalyzujekatalyzuje ligáciuligáciupolynukleotidovpolynukleotidov (vznik (vznik fosfodiesterovejfosfodiesterovej väzbyväzby medzimedzi 5´5´-- koncomkoncom a a 3´3´--koncomkoncom reťazcovreťazcov aleboalebo fragmentovfragmentov), ), spájaspája OkazakihoOkazakiho fragmenty fragmenty do do súvisléhosúvislého polynukleotidovéhopolynukleotidového reťazcareťazca..

ReplikáciaReplikácia

prokaryotickejprokaryotickej a a eukaryotickejeukaryotickej DNA je:DNA je:

semikonzervatívnasemikonzervatívna

dvojsmerná dvojsmerná

semidiskontinuálnasemidiskontinuálna

SemidiskontinuálnaSemidiskontinuálna syntéza syntéza dsDNAdsDNA pri pri replikáciireplikácii...jeden jeden reťazecreťazec sasa syntetizuje na matrici syntetizuje na matrici kontinuálnekontinuálne až do až do koncakonca ((vedúcivedúci reťazecreťazec), ), druhý druhý reťazecreťazec sasa syntetizuje syntetizuje prerušovaneprerušovane cezcez OkazakihoOkazakiho fragmenty (O.f. fragmenty (O.f. krátkykrátkypolydeoxyribonukleotidpolydeoxyribonukleotid syntetizovaný na syntetizovaný na matricovommatricovom reťazcireťazci v v smere 5´smere 5´--3´ od 3´3´ od 3´--koncakonca RNA RNA primérapriméra, 1000, 1000--2000N, 2000N, opozdenýopozdený reťazecreťazec), syntéza ), syntéza obidvochobidvoch reťazcovreťazcovprebiehaprebieha súčasnesúčasne za katalytického účinku DNAza katalytického účinku DNA--polymerázypolymerázy III vIII v smere pohybu smere pohybu replikačnejreplikačnej vidlice...vidlice...

každý O. f. vyžaduje každý O. f. vyžaduje vlastnývlastný RNARNA--primérprimér ,,syntéza syntéza prebiehaprebieha proti proti smerusmeru replikačnejreplikačnej vidlice, vidlice,

RNARNA--primérypriméry sasa odbúrajúodbúrajú vv smere 5´smere 5´-- 3´ od 5´ 3´ od 5´ koncakonca a vzniknuté a vzniknuté medzerymedzery sasa doplniadoplnia na matrici na matrici DNA tak, že O. f. DNA tak, že O. f. sasa predlžujepredlžuje vv medzere od 3´medzere od 3´--

koncakonca

ori

DvojsmernáDvojsmerná replikáciareplikácia bakteriálneho chromozómubakteriálneho chromozómu

IniciáciaIniciácia replikáciereplikácie

Schéma Schéma štruktúryštruktúry oriCoriC u u E. E. colicoli

oriCoriC

In prokaryotes DNAIn prokaryotes DNA synthesis occurs atsynthesis occurs at all timesall times

ŠŠpecifickýpecifický proces proces -- jedno jedno miestomiestooriCoriC -- raz za raz za generačnúgeneračnú dobu dobu -- 245 245

bpbp musí byť rozpoznané musí byť rozpoznané medzimedzi4,6.104,6.1066 bpbp..

DnaADnaA proteínyproteíny rozpoznávajúrozpoznávajú oriCoriC a a zároveň ho zároveň ho otvárajúotvárajú väzbouväzbou na AT na AT páry, čím páry, čím dochádzadochádza k k narušeniunarušeniuvodíkových vodíkových väziebväzieb--denaturáciidenaturácii..

DnaBDnaB proteínproteín vv spoluúčasti spoluúčasti DnaCDnaCproteínuproteínu sasa naviaženaviaže na na začiatokzačiatok

replikáciereplikácie

OdvíjanieOdvíjanie reťacareťaca DNA vDNA v smeresmere 5´5´--3´ 3´ za vzniku za vzniku replikačnýchreplikačných vidlícvidlíc

VäzbaVäzba SSB SSB proteínovproteínov na na jednoreťazovéjednoreťazové DNA, DNA, udržujúudržujú

matricové matricové reťazcereťazce DNA DNA vv natiahnutomnatiahnutom stave, stave, brániabránia tvorbetvorbevodíkových vodíkových väziebväzieb a vzniku a vzniku dsDNAdsDNA

Syntéza Syntéza vedúcehovedúceho reťazcareťazca DNA a DNA a OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov

(11 N)(11 N)

(1000(1000--2000N2000N))

ReplikáciaReplikácia eukaryotickéhoeukaryotického genómugenómuzvláštnosti zvláštnosti replikáciereplikácie chromozómovejchromozómovej ((jadrovejjadrovej) ) dsDNAdsDNA

prebiehaprebieha len vlen v SS--fáze fáze bunkovéhobunkového cyklu, cyklu, vovo fáze G1 a G2 fáze G1 a G2 prebiehaprebieha len len transkripciatranskripcia a a transláciatranslácia

nDNAnDNA predstavujepredstavuje veľkýveľký súborsúbor replikónovreplikónov (každý má svoje (každý má svoje oriori), každý ), každý replikónreplikón sasareplikuje len jedenkrát, replikuje len jedenkrát, nienie súčasnesúčasne ale vale v určitomurčitom poradíporadí

G0 : kľudový stav, rôzne dlhýG1 : transkripcia a translácia a ďalšie aktivity bunky, gap-medzera, príprava k replikáciiDNA (cca 10 h).S : syntéza - replikácia DNA, na rozdiel od prokaryontov len v tomto štádiu bunkydochádza k replikácii DNA (6-8h)G2 : príprava na mitózu (2-6 h)M : mitóza a delenie bunky (1 h)Bunkový cyklus v in vitro kultúre trvá 16-24 h, bc buniek v organizme môže kolísať od 8 h-100dní, rozdiely sú hlavne vo fáze G1, nevratne diferencované bunky (neuróny, svalové bunky) sa nedelia vôbec, sú v kľudovom stave G0.

1616--24 h24 h

ReplikačnáReplikačná vidlicavidlica

NukleozómNukleozómje základná jednotka je základná jednotka chromatínuchromatínu: : oktaméroktamér

histónovhistónov (H2A, H2B, H3, (H2A, H2B, H3, H4)2, jednu molekulu H1, H4)2, jednu molekulu H1, 200 200 bpbp úsek DNA, ktorý úsek DNA, ktorý tvorí dve otáčky okolo tvorí dve otáčky okolo histonóvehohistonóveho oktaméruoktaméru

ReplikačnáReplikačná vidlicavidlica

NukleozómNukleozómje základná jednotka je základná jednotka chromatínuchromatínu: : oktaméroktamér

histónovhistónov (H2A, H2B, H3, (H2A, H2B, H3, H4)2, jednu molekulu H1, H4)2, jednu molekulu H1, 200 200 bpbp úsek DNA, ktorý úsek DNA, ktorý tvorí dve otáčky okolo tvorí dve otáčky okolo histonóvehohistonóveho oktaméruoktaméru

!!

!!

Priebeh Priebeh replikáciereplikácie eukaryotickejeukaryotickej jadrovej jadrovej dsDNAdsDNA

AktiváciaAktivácia iniciácieiniciácie replikáciereplikácie

viažuviažu sasa sem sem proteínyproteíny ss helikázovouhelikázovou, DNA, DNA--polymerázovoupolymerázovou aktivitouaktivitou

SúborSúbor proteínovproteínov zúčastňujúcichzúčastňujúcich sasa vv miestemieste orioriiniciácieiniciácie replikáciereplikácie sasa označuje označuje akoako orizómorizóm

EM EM replikačnejreplikačnej bubliny bubliny eukaryotickejeukaryotickej DNADNA

EukaryoticEukaryotický ký chromochromozómzóm je príliš veľký aby sa replikoval z jedného je príliš veľký aby sa replikoval z jedného oriorireplikačnéhoreplikačného miesta (keby to tak bolo tak miesta (keby to tak bolo tak replikáciareplikácia chromozómu by trvala 10 dníchromozómu by trvala 10 dní))

S S 66--8 hod.8 hod.

EukaryotickéEukaryotické DNADNA--polymerázypolymerázy::

DNADNA--polymerázapolymeráza αα -- vv komplexe skomplexe s DNADNA--primázouprimázou katalyzujekatalyzuje syntézu syntézu OkazakihoOkazakiho fragmentovfragmentov pripri replikáciireplikácii nDNAnDNA, nevyznačuje , nevyznačuje sasa 3´3´→→5´5´--exonukleázovouexonukleázovou aktivitou aktivitou

DNADNA--polymerpolymeráázaza ββ -- uplatňuje uplatňuje sasa pripri syntéze syntéze krátkychkrátkych reťazcovreťazcov priprireparáciireparácii DNADNA

DNADNA--polymerpolymeráázaza γγ -- katalyzujekatalyzuje syntézu syntézu mitochondriálnejmitochondriálnej DNADNA

DNADNA--polymerpolymeráázaza δδ -- syntéza vedúceho reťazca, dokončuje syntézu syntéza vedúceho reťazca, dokončuje syntézu opozdeného reťazca, 5´opozdeného reťazca, 5´→→3´3´-- polymerázovápolymerázová a 3a 3´́→→5´5´-- exonukleázováexonukleázováaktivita, väzba na aktivita, väzba na proliferačnýproliferačný bunkový antigén (bunkový antigén (PCNAPCNA--proteínproteín))

DNADNA--polymerpolymeráázaza εε -- neznáma funkcianeznáma funkcia

Biologický význam kružnicových molekúl Biologický význam kružnicových molekúl dsDNAdsDNA, spočíva v tom že sa zreplikujú celé, bez , spočíva v tom že sa zreplikujú celé, bez

skracovania ako to môže byť u lineárnych skracovania ako to môže byť u lineárnych molekúl molekúl dsDNAdsDNA

ReplikáciaReplikácia kružnicového bakteriálneho kružnicového bakteriálneho chromozómu končí chromozómu končí

v bode, kde sa konce v bode, kde sa konce replikačnejreplikačnej vidlice zíduvidlice zídu

1212--16 16 bpbp

TeloméraTeloméra: : riadi pri riadi pri replikáciireplikácii dokončenie syntézy dcérskych DNA reťazcov dokončenie syntézy dcérskych DNA reťazcov chromozómuchromozómu-- telomerickételomerické konce (len v niektorých bunkáchkonce (len v niektorých bunkách);); funkcia funkcia telomértelomérspočíva v tom, že chránia konce chromozómu pred poškodením, predspočíva v tom, že chránia konce chromozómu pred poškodením, pred spojením do spojením do kruhu, prípadne pred napojením sa na iné štruktúry DNA v jadre.kruhu, prípadne pred napojením sa na iné štruktúry DNA v jadre.

G- motívy12-16 bp

1212−−16 16 bpbp

TeloméraTeloméra: : riadi pri riadi pri replikáciireplikácii dokončenie syntézy dcérskych DNA reťazcov dokončenie syntézy dcérskych DNA reťazcov chromozómuchromozómu-- telomerickételomerické konce (len v niektorých bunkáchkonce (len v niektorých bunkách);); funkcia funkcia telomértelomérspočíva v tom, že chránia konce chromozómu pred poškodením, predspočíva v tom, že chránia konce chromozómu pred poškodením, pred spojením do spojením do kruhu, prípadne pred napojením sa na iné štruktúry DNA v jadre.kruhu, prípadne pred napojením sa na iné štruktúry DNA v jadre.

(TG)(TG)11--33TGTG22--33YeastYeast

TAGGGTAGGGTrypanosomeTrypanosome

TTGGGGTTGGGGTetrahymenaTetrahymena

TAGGGTAGGGSlimeSlime MoldMold

TTTTGGGGTTTTGGGGOxytrichaOxytricha

TTAGGGTTAGGGHumanHuman

TTTAGGGTTTAGGGArabidopsisArabidopsis

OpakujOpakujúúcece sekvenciesekvencieDruh Druh

G- motívy

TeloméraTeloméra obsahuje viac ako 1000 obsahuje viac ako 1000 jednoduchých opakujúcich sa jednoduchých opakujúcich sa sekvenciísekvencií bohatých na G, toto bohatých na G, toto vlákno končí s prečnievajúcim vlákno končí s prečnievajúcim úsekom 12úsekom 12--16 16 bpbp. Enzýmy, ktoré . Enzýmy, ktoré replikujú chromozóm nedokážu replikujú chromozóm nedokážu zreplikovať jeho prečnievajúce zreplikovať jeho prečnievajúce konce, pričom sa konce, pričom sa teloméryteloméryskracujú, bunky s kratšími skracujú, bunky s kratšími teloméramitelomérami nedokážu spoľahlivo nedokážu spoľahlivo transkribovattranskribovat gény súvisiace s gény súvisiace s funkciami delenia bunky.funkciami delenia bunky.

12-16 bp

....v somatických bunkách ....v somatických bunkách

sa v závislosti na veku sa v závislosti na veku dľžkadľžka telomértelomér skracuje...skracuje...

DollyDolly

TelomerickTelomerické é sekvenciesekvencie

TelomerázaTelomeráza pôsobí tak, že sa prostredníctvom svojej pôsobí tak, že sa prostredníctvom svojej RNARNA--zložkyzložky komplementárne spojí s komplementárne spojí s priméromprimérom na 3´na 3´-- nedoreplikovanomnedoreplikovanom konci. konci.

S RNA sa potom komplementárne spájajú ďalšie S RNA sa potom komplementárne spájajú ďalšie nukleotidynukleotidy, napr. vytvorením , napr. vytvorením sekvenciesekvencieTTGGGG (TTGGGG (TetrahymenaTetrahymena thermophilathermophila), ktorej tandemová repetícia sa potom vytvorí tak, že ), ktorej tandemová repetícia sa potom vytvorí tak, že

prichádza k niekoľkonásobnej prichádza k niekoľkonásobnej tranlokáciitranlokácii telomerázytelomerázy..

NieNie je jasný mechanizmus, je jasný mechanizmus, ktorýktorý zaisťujezaisťuje to, že na 3´to, že na 3´--

konci konci zostanezostane segment segment pôsobiacepôsobiace akoako primérprimér prepre

ďalšiuďalšiu replikáciureplikáciu

TelomerázaTelomeráza pôsobí tak, že sa prostredníctvom svojej pôsobí tak, že sa prostredníctvom svojej RNARNA--zložkyzložky komplementárne spojí s komplementárne spojí s priméromprimérom na 3´na 3´-- nedoreplikovanomnedoreplikovanom konci. konci.

S RNA sa potom komplementárne spájajú ďalšie S RNA sa potom komplementárne spájajú ďalšie nukleotidynukleotidy, napr. vytvorením , napr. vytvorením sekvenciesekvencieTTGGGG (TTGGGG (TetrahymenaTetrahymena thermophilathermophila), ktorej tandemová repetícia sa potom vytvorí tak, že ), ktorej tandemová repetícia sa potom vytvorí tak, že

prichádza k niekoľkonásobnej prichádza k niekoľkonásobnej tranlokáciitranlokácii telomerázytelomerázy..

TelomerázaTelomeráza sa vyskytuje v sa vyskytuje v rýchle deliacich sa rýchle deliacich sa

eukaryotickýcheukaryotických bunkách bunkách (prvoky, kvasinky), (prvoky, kvasinky),

nevyskytuje sa v somatických nevyskytuje sa v somatických bunkách cicavcov (gén je bunkách cicavcov (gén je prítomný ale je neaktívny), prítomný ale je neaktívny),

vyskytuje sa však v vyskytuje sa však v pohlavných, embryonálnych a pohlavných, embryonálnych a

tiež v nádorových bunkáchtiež v nádorových bunkách

TelomerázyTelomerázy sú sú nukleoproteíny,ktorýchnukleoproteíny,ktorých

RNA RNA zožkyzožky obsahujú úsek, obsahujú úsek, ktorý je komplementárny k ktorý je komplementárny k opakujúcej sa opakujúcej sa telomerickejtelomerickej

sekvenciisekvencii

Táto Táto sekvenciasekvencia funguje ako funguje ako matrica pre reverznú matrica pre reverznú

traskriptázutraskriptázu, ktorá , ktorá syntetizuje syntetizuje telomerickútelomerickú

sekvenciusekvenciu, premiestňuje sa k , premiestňuje sa k novému koncu 3´novému koncu 3´-- koncu a koncu a

opakuje celý procesopakuje celý proces

TTGGGG (TTGGGG (TetrahymenaTetrahymena thermophilathermophila))

3 násobná 3 násobná translokáciatranslokácia

Novo nahradené Novo nahradené nukleotidynukleotidysú vyjadrené malými písmenamisú vyjadrené malými písmenami

TelomerickéTelomerické sekvenciesekvencie: v somatických bunkách človeka sa v závislosti na veku : v somatických bunkách človeka sa v závislosti na veku dľžkadľžka telomértelomérskracuje (neobsahujú skracuje (neobsahujú telomerázutelomerázu). Skracovaním ). Skracovaním dľžkydľžky telomerickýchtelomerických sekvenciísekvencií je indukovaný je indukovaný opravný mechanizmus DNA, ktorým sa zastavuje bunkový cyklus (hypopravný mechanizmus DNA, ktorým sa zastavuje bunkový cyklus (hypotéza). otéza). TelomerázaTelomeráza je však je však potrebná, aby mohlo bunkové delenie prebehnúť. Prítomnosť potrebná, aby mohlo bunkové delenie prebehnúť. Prítomnosť telomerázytelomerázy v rakovinových bunkách v rakovinových bunkách

človeka túto hypotézu podporuje. človeka túto hypotézu podporuje. Mohlo by zastavenie aktivity Mohlo by zastavenie aktivity telomerázytelomerázy v v rakovinových bunkách zapríčiniť tiež zastavenie ich delenia?rakovinových bunkách zapríčiniť tiež zastavenie ich delenia?

∗

∗