Репликация что это

29.08.202229.08.2022 admin 0 Комментариев

Репликация что это

Значение слова «репликация»

Репликация ДНК — процесс удвоения молекулы ДНК.

Репликация (вычислительная техника) — механизм синхронизации содержимого нескольких копий объекта.

Репликация дисков — тиражирование CD, DVD-дисков методом заводской штамповки.

Репликация, или Реплика — в изобразительном искусстве, один из способов образования художественной формы, берущий в качестве образца ранее существовавшее или существующее произведение.

реплика́ция

1. биол. синтез дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы

2. комп. копирование данных из одного источника на другой (или на множество других)

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.

Насколько понятно значение слова снедаемый (прилагательное):

Источник

Репликация

Полезное

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение), редупликация, ауторепликация, процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых к т, обеспечивающий точное копирование генетич. информации и передачу её от поколения к поколению. В основе механизма Р.… … Биологический энциклопедический словарь

РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называется также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Большой Энциклопедический словарь

репликация — синтез, аутосинтез, повторение, ауторепродукция, редупликация, удвоение Словарь русских синонимов. репликация сущ., кол во синонимов: 8 • ауторепликация (1) • … Словарь синонимов

Репликация — Повторение конкретного открытия в области психологии в других ситуациях и с участием других людей. Мы склонны больше доверять экспериментальным открытиям, если они подтверждаются другими исследоватешями. Репликация того или иного открытия другим… … Большая психологическая энциклопедия

РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелатинского replicatio повторение) (редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии ферментов. Обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к… … Современная энциклопедия

Репликация — (редупликация) процесс образования новых молекул НК, осуществляемый полимеразами (см. Полимеразы вирусные). Матрицами для репликации НК служат однонитчатые молекулы НК с позитивной полярностью. (Источник: «Словарь терминов микробиологии») … Словарь микробиологии

репликация — репликация. См. ауторепродукция. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

репликация — Процесс создания идентичной копии (ДНК) [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN replication … Справочник технического переводчика

Репликация — (от лат. replicatio, возобновление, повторение) : В Викисловаре есть статья «репликация» … Википедия

репликация — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция, аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называют также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Энциклопедический словарь

репликация — (лат. replicare обращать назад, отражать) биол. ауторепродукция создание себе подобной структуры; в молекулярной генетике синтез на каждой из нитей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК, иногда РНК) парной ей нити; р. лежит в основе… … Словарь иностранных слов русского языка

Источник

РЕПЛИКАЦИЯ

Полезное

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

Источник

РЕПЛИКАЦИЯ

В процессе Р. двойная спираль ДНК, состоящая из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, раскручивается на отдельные цепи и одновременно начинается синтез новых полинуклеотидных цепей; при этом исходные цепи ДНК играют роль матриц. Новая цепь, синтезирующаяся на каждой из исходных цепей, идентична др. исходной цепи. Когда процесс завершается, образуются две идентичные двойные спирали, каждая из к-рых состоит из одной старой (исходной) и одной новой цепи (рис. 1). Таким образом от одного поколения к другому передается только одна из двух цепей, составляющих исходную молекулу ДНК,-т. наз. полуконсервативный механизм Р.

Р. состоит из большого числа последоват. этапов, к-рые включают узнавание точки началу Р., расплетание исходного дуплекса (спирали), удержание его цепей в изолированном друг от друга состоянии, инициацию синтеза на них новых дочерних цепей, их рост (элонгацию), закручивание цепей в спираль и терминацию (окончание) синтеза. Все эти этапы Р., протекающие с высокой скоростью и исключит. точностью, обеспечивает комплекс, состоящий более чем из 20 ферментов и белков,-т. наз. ДНК-репликазная система, или реплисома. Функцион. единица Р.-реплик он, представляющий собой сегмент (участок) хромосомы или внехромосомной ДНК, ограниченный точкой начала, в к-рой инициируется Р., и точкой окончания, в к-рой Р. останавливается. Скорость Р. контролируется на стадии инициации. Однажды начавшись, Р. продолжается до тех пор, пока весь репликон не будет дуплицирован (удвоен). Частотд инициации определяется взаимод. спец. регуляторных белков с точкой начала Р. Бактериальные хромосомы содержат один репликон: инициации в единств. точке начала Р. ведет к Р. всего генома. В каждом клеточном цикле Р. инициируется только один раз, Плазмиды и вирусы, являющиеся автономными генетич. элементами, представляют собой отдельные репликоны, способные к многократной инициации в клетке-хозяине. Эукариотич. хромосомы (хромосомы всех организмов, за исключением бактерий и синезеленых водорослей) содержат большое число репликонов, каждый из к-рых также однократно инициируется за один клеточный цикл.

Начиная с точки инициации, Р. осуществляется в ограни-ченной зоне, перемещающейся вдоль исходной спирали ДНК. Эта активная зона Р. (т. наз. репликац. вилка) может двигаться в обоих направлениях. При однонаправленной Р. вдоль ДНК движется одна репликац. вилка. При Двунаправленной Р. от точки инициации в противоположных направлениях расходятся две репликац. вилки; скорости их движения могут различаться. При Р. ДНК бактерии и млекопитающих скорость роста дочерней цепи составляет соотв. 500 и 50 нуклеотидов в 1 с; у растений эта величина не превышает 20 нуклеотидов в 1 с. Движение двух вилок в противоположных направлениях создает петлю, к-рая имеет вид «пузыря» или «глаза». Продолжающаяся Р. расширяет «глаз» до тех пор, пока он не включит в себя весь репликон.

В ходе Р. рост цепи осуществляется благодаря взаимод. дезоксирибонуклеозидтрифосфата с 3′-ОН концевым ну-клеотидом уже построенной части ДНК; при этом отщепляется пирофосфат и образуется фосфодиэфирная связь. Рост полинуклеотидной цепи (рис. 2) идет только с ее З’-конца, т. е. в направлении 5′ : 3′ (см. Нуклеиновые кисло-ты). Фермент, катализирующий эту р-цию,-ДНК-полиме-раза (см. Полидезоксирибонуклеотид-синтетазы)- не способен начать матричный синтез на одноцепочечной ДНК, если нет хотя бы олигонуклеотидного биспирального участка (т. наз. затравочного олигонуклеотида) комплементарного матрице; затравочным олигонуклеотидом во мн. случаях является не ДНК, а РНК.

Энергия, затрачиваемая на образование каждой новой фосфодиэфирной связи в цепи ДНК, обеспечивается расщеплением фосфатной связи между a- и b-фосфатными группами нуклеозидтрифосфата.

ДНК-полимераза имеет один центр связывания нуклеозидтрифосфата, общий для всех четырех нуклеотидов. Выбор из среды нуклеотида, основание к-рого комплементарно очередному основанию матрицы, протекает без ошибок, благодаря определяющему влиянию ДНК-матрицы (исходной цепи ДНК). При нек-рых мутационных повреждениях структуры ДНК-полимеразы в ряде случаев происходит включение некомплементарных нуклеотидов.

Репликац. вилка асимметрична. Из двух синтезируемых дочерних цепей ДНК одна строится непрерывно, а другая-с перерывами. Первую наз. ведущей, или лидирующей, цепью, а вторую-отстающей. Синтез второй цепи идет медленнее; хотя в целом эта цепь строится в направлении 3′ : 5′, каждый из ее фрагментов в отдельности наращивается в направлении 5′ : 3′ (рис. 3). Благодаря такому прерывистому механизму синтеза, Р. обеих антипараллельных цепей осуществляется с участием одного фермента-ДНК-полимеразы, катализирующего наращивание нуклеотидной цепи только в направлении 5′ : 3′.

Рис. 3. Схема механизма роста цепей ДНК при репликации: А-ведущая цепь, Б-отстающая цепь, В-фрагмент Оказаки.

В качестве затравок для синтеза фрагментов отстающей цепи служат короткие отрезки РНК, комплементарные матричной цепи ДНК. Эти РНК-затравки (праймеры), состоящие примерно из 10 нуклеотидов, с определенными интервалами синтезируются на матрице отстающей цепи из рибонуклеозидтрифосфатов в направлении 5′ : 3′ с помощью фермента РНК-праймазы. РНК-праймеры затем наращиваются дезоксинуклеотидами с 3′-конца ДНК-поли-меразой, к-рая продолжает наращивание до тех пор, пока строящаяся цепь не достигает РНК-затравки, присоединенной к 5′-концу предыдущего фрагмента. Образующиеся таким образом фрагменты (т. наз. фрагменты Оказаки) отстающей цепи насчитывают у бактерий 1000-2000 дез-оксирибонуклеотидных остатков; в животных клетках их длина не превышает 200 нуклеотидов.

Чтобы обеспечить образование непрерывной цепи ДНК из многих таких фрагментов, в действие вступает особая система репарации ДНК, удаляющая РНК-затравку и заменяющая ее на ДНК. У бактерий РНК-затравка удаляется нуклеотид за нуклеотидом благодаря 5′ : 3′-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы. При этом каждый отщепленный рибонуклеотидный мономер замещается соответствующим дезоксирибонуклеотидом (в качестве затравки используется З’-конец синтезированного на старой цепи фрагмента). Завершает весь процесс фермент ДНК-лигаза, катализирующий образование фосфодиэфирной связи между группой З’-ОН нового фрагмента ДНК и 5′-фосфатной группой предыдущего фрагмента. Образование этой связи требует затраты энергии, к-рая поставляется в ходе сопряженного гидролиза пирофосфатной связи кофермента-никотинамид-адениндинуклеотида (в бактериальных клетках) или АТФ (в животных клетках и у бактериофагов).

Раскручивание двойной спирали и пространств. разделение цепей осуществляется при помощи неск. спец. белков. Т. наз. геликазы расплетают короткие участки ДНК, находящиеся непосредственно перед репликац. вилкой. На разделение каждой пары оснований расходуется энергия гидролиза двух молекул АТФ до аденозиндифосфата и фосфата. К каждой из разделившихся цепей присоединяется неск. молекул ДНК-связывающих белков, к-рые препятствуют образованию комплементарных пар и обратному воссоединению цепей. Благодаря этому нуклеотидные последовательности цепей ДНК оказываются доступными для репликативной системы. Др. специфич. белки помогают праймазе получить доступ к матрице отстающей цепи. В результате праймаза связывается с ДНК и синтезирует РНК-затравки для фрагментов отстающей цепи. Для формирования новых спира-,лей не требуется ни затрат энергии, ни участия к.-л. «закручивающего» фермента.

В случае кольцевого репликона (напр., у плазмиды) описанный процесс наз. q-репликацией. Т. к. кольцевые молекулы ДНК закручены сами на себя (суперспирализо-ваны), при раскручивании двойной спирали в процессе Р. они должны непрерывно вращаться вокруг собств. оси. При этом возникает торсионное напряжение, к-рое устраняется путем разрыва одной из цепей. Затем оба конца сразу же вновь соединяются друг с другом. Эту ф-цию выполняет фермент ДНК-топоизомераза. Р. в этом случае обычно происходит в двух направлениях, т. е. существуют две репликац. вилки (рис. 4). После завершения Р. появляются две двухцепочечные молекулы, к-рые сначала связаны друг с другом как звенья одной цепи. При их разделении одно из двух колец временно разрывается.

Рис. 4. Один из механизмов репликации плазмиды (начало репликации обозначено точками); направления движения репликац. вилки показаны стрелками, образующиеся новые цепи ДНК-пунктиром.

Альтернативный вариант Р. кольцевого репликона предполагает разрыв в одной из цепей двухспиральной молекулы ДНК. Образовавшийся при этом свободный 3′-конец кова-лентно наращивается, оставаясь связанным с матрицей (второй, неразорванной цепью), а 5′-конец постепенно вытесняется новой полинуклеотидной цепью (рис. 5). Таким образом одна цепь разматывается и непрерывно удлиняется, а репликац. вилка скользит вокруг кольцевой матричной цепи (механизм «катящегося кольца»). По мере роста новой цепи вытесненная цепь с освободившимся 5′-концом становится линейной матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Этот синтез на линейной матрице продолжается до тех пор, пока не образуется дочерняя цепь ДНК, комплементарная одному обороту кольцевой матрицы, т. е. целому репликону. Таким путем с кольцевой матрицы может сходить большое число комплементарных копий. Такой механизм обнаружен у нек-рых вирусов, а также в ряде клеток эукариот.

Рис. 5. Схема репликации по механизму катящегося кольца (новая молекула ДНК показана пунктиром): 1-3′-конец ДНК; 2-5′-конец ДНК.

Еще одна схема Р. предполагает формирование структуры, названной D-петлей. Согласно этому механизму, сначала реплицируется только одна из цепей кольцевого репликона, тогда как вторая цепь, оставаясь интактной, вытесняется, образуя петлю. Р. второй цепи начинается с др. стартовой точки и только после того, как реплицировалась часть первой цепи. Такой механизм Р. обнаружен, напр., у митохондриальных ДНК.

Р. РНК (синтез РНК на РНК-матрице) изучена меньше. Она осуществляется только у нек-рых вирусов (напр., у вирусов полиомиелита и бешенства). Фермент, катализирующий этот процесс,-РНК-зависимая РНК-полимераза (его называют также РНК-репликазой или РНК-синтетазой). Известно неск. типов Р, РНК: 1) вирусы, содержащие матричные РНК, или мРНК [т. наз. (+)РНК], в результате Р. образуют комплементарную ей цепь [(-)РНК], не являющуюся мРНК, к-рая используется как матрица для синтеза (+)РНК; 2) вирусы, содержащие (Ч)РНК, в результате Р. синтезируют (+)РНК; 3) вирусы, содержащие двухцепочечную РНК [(+)PHK и (Ч)РНК], в результате асимметрической Р. синтезируют (+)РНК.

Гипотеза о механизме Р. сформулирована в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком, к-рые предположили, что две комплементарные цепи ДНК после их разделения могут выполнять ф-ции матриц для образования на них новых цепей ДНК. В 1958 М. Мезельсон и Ф. Сталь экспериментально подтвердили такой механизм Р.

Лит.: Степт Г., Кэлиндар Р., Молекулярная генетика, пер. с англ., М., 1981, с. 499-520; Kornberg А., DNA replication, S. F., 1980; Ogawa T, Oka-zaki Т., «Ann. Rev. Biochem.», 1980, v. 49, p. 421-57. П. Л. Иванов.

Источник

Путеводитель по репликации баз данных

Повторяться, но каждый раз по-новому – разве не это есть искусство?

Станислав Ежи Лец, из книги «Непричёсанные мысли»

Словарь определяет репликацию как процесс поддержания двух (или более) наборов данных в согласованном состоянии. Что такое «согласованное состояние наборов данных» – отдельный большой вопрос, поэтому переформулируем определение проще: процесс изменения одного набора данных, называемого репликой, в ответ на изменения другого набора данных, называемого основным. Совсем не обязательно наборы при этом будут одинаковыми.

Поддержка репликации баз данных – одна из важнейших задач администратора: почти у каждой сколько-нибудь важной базы данных есть реплика, а то и не одна.

Среди задач, решаемых репликацией, можно назвать как минимум

Блочная репликация

При блочной репликации каждая операция записи выполняется не только на основном диске, но и на резервном. Таким образом тому на одном массиве соответствует зеркальный том на другом массиве, с точностью до байта повторяющий основной том:

К достоинствам такой репликации можно отнести простоту настройки и надёжность. Записывать данные на удалённый диск может либо дисковый массив, либо нечто (устройство или программное обеспечение), стоящее между хостом и диском.

Дисковые массивы могут быть дополнены опциями, позволяющими включить репликацию. Название опции зависит от производителя массива:

Производитель	Торговая марка
EMC	SRDF (Symmetrix Remote Data Facility)
IBM	Metro Mirror – синхронная репликация Global Mirror – асинхронная репликация
Hitachi	TrueCopy
Hewlett-Packard	Continuous Access
Huawei	HyperReplication

Если дисковый массив не способен реплицировать данные, между хостом и массивом может быть установлен агент, осуществляющей запись на два массива сразу. Агент может быть как отдельным устройством (EMC VPLEX), так и программным компонентом (HPE PeerPersistence, Windows Server Storage Replica, DRBD). В отличие от дискового массива, который может работать только с таким же массивом или, как минимум, с массивом того же производителя, агент может работать с совершенно разными дисковыми устройствами.

Главное назначение блочной репликации – обеспечение отказоустойчивости. Если база данных потеряна, то можно перезапустить её с использованием зеркального тома.

Блочная репликация хороша своей универсальностью, но за универсальность приходится платить.

Во-первых, никакой сервер не может работать с зеркальным томом, поскольку его операционная система не может управлять записью на него; с точки зрения наблюдателя данные на зеркальном томе появляются сами собой. В случае аварии (отказ основного сервера или всего ЦОДа, где находится основной сервер) следует остановить репликацию, размонтировать основной том и смонтировать зеркальный том. Как только появится возможность, следует перезапустить репликацию в обратном направлении.

В случае использования агента все эти действия выполнит агент, что упрощает настройку, но не уменьшает время переключения.

Во-вторых, сама СУБД на резервном сервере может быть запущена только после монтирования диска. В некоторых операционных системах, например, в Solaris, память под кеш при выделении размечается, и время разметки пропорционально объёму выделяемой памяти, то есть старт экземпляра будет отнюдь не мгновенным. Плюс ко всему кеш после рестарта будет пуст.

В-третьих, после запуска на резервном сервере СУБД обнаружит, что данные на диске неконсистентны, и нужно потратить значительное время на восстановление с применением журналов повторного выполнения: сначала повторить те транзакции, результаты которых сохранились в журнале, но не успели сохраниться в файлы данных, а потом откатить транзакции, которые к моменту сбоя не успели завершиться.

Блочная репликация не может использоваться для распределения нагрузки, а для обновления хранилища данных используется похожая схема, когда зеркальный том находится в том же массиве, что и основной. У EMC и HP эта схема называется BCV, только EMC расшифровывает аббревиатуру как Business Continuance Volume, а HP – как Business Copy Volume. У IBM на этот случай нет специальной торговой марки, эта схема так и называется – «mirrored volume».

В массиве создаются два тома, и операции записи синхронно выполняются на обоих (A). В определённое время зеркало разрывается (B), то есть тома становятся независимыми. Зеркальный том монтируется к серверу, выделенному для обновления хранилища, и на этом сервере поднимается экземпляр базы данных. Экземпляр будет подниматься так же долго, как и при восстановлении с помощью блочной репликации, но это время может быть существенно уменьшено за счёт разрыва зеркала в период минимальной нагрузки. Дело в том, что разрыв зеркала по своим последствиям эквивалентен аварийному завершению СУБД, а время восстановление при аварийном завершении существенно зависит от количества активных транзакций в момент аварии. База данных, предназначенная для выгрузки, доступна как на чтение, так и на запись. Идентификаторы всех блоков, изменённых после разрыва зеркала как на основном, так и на зеркальном томе, сохраняются в специальной области Block Change Tracking – BCT.

После окончания выгрузки зеркальный том размонтируется (С), зеркало восстанавливается, и через некоторое время зеркальный том вновь догоняет основной и становится его копией.

Физическая репликация

Журналы (redo log или write-ahead log) содержат все изменения, которые вносятся в файлы базы данных. Идея физической репликации состоит в том, что изменения из журналов повторно выполняются в другой базе (реплике), и таким образом данные в реплике повторяют данные в основной базе байт-в-байт.

Возможность использовать журналы базы данных для обновления реплики появилась в релизе Oracle 7.3, который вышел в 1996 году, а уже в релизе Oracle 8i доставка журналов с основной базы в реплику была автоматизирована и получила название DataGuard. Технология оказалась настолько востребованной, что сегодня механизм физической репликации есть практически во всех современных СУБД.

СУБД	Опция репликации
Oracle	Active DataGuard
IBM DB2	HADR
Microsoft SQL Server	Log shipping/Always On
PostgreSQL	Log shipping/Streaming replication
MySQL	Alibaba physical InnoDB replication

Опыт показывает, что если использовать сервер только для поддержания реплики в актуальном состоянии, то ему достаточно примерно 10% процессорной мощности сервера, на котором работает основная база.

Журналы СУБД не предназначены для использования вне этой платформы, их формат не документируется и может меняться без предупреждения. Отсюда совершенно естественное требование, что физическая репликация возможна только между экземплярами одной и той же версии одной той же СУБД. Отсюда же возможные ограничения на операционную систему и архитектуру процессора, которые тоже могут влиять на формат журнала.

Естественно, никаких ограничений на модели СХД физическая репликация не накладывает. Более того, файлы в базе-реплике могут располагаться совсем по-другому, чем на базе-источнике – надо лишь описать соответствие между томами, на которых лежат эти файлы.

Oracle DataGuard позволяет удалить часть файлов из базы-реплики – в этом случае изменения в журналах, относящиеся к этим файлам, будут проигнорированы.

Физическая репликация базы данных имеет множество преимуществ перед репликацией средствами СХД:

Запись данных в реплику невозможна, поскольку изменения в неё приходят побайтно, и реплика не может обеспечить конкурентное исполнение своих запросов. Oracle Active DataGuard в последних релизах разрешает запись в реплику, но это не более чем «сахар»: на самом деле изменения выполняются на основной базе, а клиент ждёт, пока они докатятся до реплики.

В случае повреждения файла в основной базе можно просто скопировать соответствующий файл с реплики (прежде, чем делать такое со своей базой, внимательно изучите руководство администратора!). Файл на реплике может быть не идентичен файлу в основной базе: дело в том, что когда файл расширяется, новые блоки в целях ускорения ничем не заполняются, и их содержимое случайно. База может использовать не всё пространство блока (например, в блоке может оставаться свободное место), но содержимое использованного пространства совпадает с точностью до байта.

Физическая репликация может быть как синхронной, так и асинхронной. При асинхронной репликации всегда есть некий набор транзакций, которые завершены на основной базе, но ещё не дошли до резервной, и в случае перехода на резервную базу при сбое основной эти транзакции будут потеряны. При синхронной репликации завершение операции commit означает, что все журнальные записи, относящиеся к данной транзакции, переданы на реплику. Важно понимать, что получение репликой журнала не означает применения изменений к данным. При потере основной базы транзакции не будут потеряны, но если приложение пишет данные в основную базу и считывает их из реплики, то у него есть шанс получить старую версию этих данных.

В PostgreSQL есть возможность сконфигурировать репликацию так, чтобы commit завершался только после применения изменений к данным реплики (опция synchronous_commit = remote_apply ), а в Oracle можно сконфигурировать всю реплику или отдельные сессии, чтобы запросы выполнялись только если реплика не отстаёт от основной базы ( STANDBY_MAX_DATA_DELAY=0 ). Однако всё же лучше проектировать приложение так, чтобы запись в основную базу и чтение из реплик выполнялись в разных модулях.

При поиске ответа на вопрос, какой режим выбрать, синхронный или асинхронный, нам на помощь приходят маркетологи Oracle. DataGuard предусматривает три режима, каждый из которых максимизирует один из параметров – сохранность данных, производительность, доступность – за счёт остальных:

Во-первых, в случае репликации средствами дискового массива трафик идёт не по сети передачи данных (LAN), а по сети хранения данных (Storage Area Network). Зачастую в инфраструктурах, построенных давно, SAN гораздо надёжнее и производительнее, чем сеть передачи данных.

Во-вторых, синхронная репликация средствами СУБД стала надёжной относительно недавно. В Oracle прорыв произошёл в релизе 11g, который вышел в 2007 году, а в других СУБД синхронная репликация появилась ещё позже. Конечно, 10 лет по меркам сферы информационных технологий – срок не такой уж маленький, но когда речь идёт о сохранности данных, некоторые администраторы до сих пор руководствуются принципом «как бы чего не вышло»…

Логическая репликация

Все изменения в базе данных происходят в результате вызовов её API – например, в результате выполнения SQL-запросов. Очень заманчивой кажется идея выполнять одну и ту же последовательность запросов на двух разных базах. Для репликации необходимо придерживаться двух правил:

Во-первых, не все API детерминированы. Например, если в SQL-запросе встречается функция now() или sysdate(), возвращающая текущее время, то на разных серверах она вернёт разный результат – из-за того, что запросы выполняются не одновременно. Кроме того, к различиям могут привести разные состояния триггеров и хранимых функций, разные национальные настройки, влияющие на порядок сортировки, и многое другое.

Во-вторых, репликацию, основанную на параллельном исполнении команд, невозможно корректно приостановить и перезапустить.

Если репликация остановлена в момент T1 транзакция B должна быть прервана и откачена. При перезапуске репликации исполнение транзакции B может привести реплику к состоянию, отличному от состояния базы-источника: на источнике транзакция B началась до того, как закончилась транзакция A, а значит, она не видела изменений, сделанных транзакцией A.
Репликация запросов может быть остановлена и перезапущена только в момент T2, когда в базе нет ни одной активной транзакции. Разумеется, на сколько-нибудь нагруженной промышленной базе таких моментов не бывает.

Обычно для логической репликации используют детерминированные запросы. Детерминированность запроса обеспечивается двумя свойствами:

Предположим, что у нас есть таблица сотрудников со следующими данными:

ID	Name	Dept	Salary
3817	Иванов Иван Иванович	36	1800
2274	Петров Пётр Петрович	36	1600
4415	Кузнецов Семён Андреевич	41	2100

Над этой таблицей была выполнена следующая операция:

Для того, чтобы корректно реплицировать данные, в реплике будут выполнены такие запросы:

Запросы приводят к тому же результату, что и на исходной базе, но при этом не эквивалентны выполненным запросам.

База-реплика открыта и доступна не только на чтение, но и на запись. Это позволяет использовать реплику для выполнения части запросов, в том числе для построения отчётов, требующих создания дополнительных таблиц или индексов.

Важно понимать, что логическая реплика будет эквивалентна исходной базе только в том случае, если в неё не вносится никаких дополнительных изменений. Например, если в примере выше в реплике добавить в 36 отдел Сидорова, то он повышения не получит, а если Иванова перевести из 36 отдела, то он получит повышение, несмотря ни на что.

Логическая репликация предоставляет ряд возможностей, отсутствующих в других видах репликации:

Есть несколько способов реализации логической репликации, и каждый из этих способов реализует одну часть возможностей и не реализует другую:

Репликация триггерами

Триггер – хранимая процедура, которая исполняется автоматически при каком-либо действии по модификации данных. Триггеру, который вызывается при изменении каждой записи, доступны ключ этой записи, а также старые и новые значения полей. При необходимости триггер может сохранять новые значения строк в специальную таблицу, откуда специальный процесс на стороне реплики будет их вычитывать. Объём кода в триггерах велик, поэтому существуют специальное программное обеспечение, генерирующее такие триггеры, например, «Репликация слиянием» (merge replication) – компонент Microsoft SQL Server или Slony-I – отдельный продукт для репликации PostgreSQL.

Сильные стороны репликации триггерами:

Использование журналов СУБД

Сами СУБД также могут предоставлять возможности логической репликации. Источником данных, как и для физической репликации, являются журналы. К информации о побайтовом изменении добавляется также информация об изменённых полях (supplemental logging в Oracle, wal_level = logical в PostgreSQL), а также значение уникального ключа, даже если он не меняется. В результате объём журналов БД увеличивается – по разным оценкам от 10 до 15%.

Возможности репликации зависят от реализации в конкретной СУБД – если в Oracle можно построить logical standby, то в PostgreSQL или Microsoft SQL Server встроенными средствами платформы можно развернуть сложную систему взаимных подписок и публикаций. Кроме того, СУБД предоставляет встроенные средства мониторинга и управления репликацией.

К недостаткам данного подхода можно отнести увеличение объёма журналов и возможное увеличение трафика между узлами.

Использование CDC

Существует целый класс программного обеспечения, предназначенного для организации логической репликации. Это ПО называется CDC, change data capture. Вот список наиболее известных платформ этого класса:

Прикладная репликация

Наконец, ещё один способ репликации – формирование векторов изменений непосредственно на стороне клиента. Клиент должен формировать детерминированные запросы, затрагивающие единственную запись. Добиться этого можно, используя специальную библиотеку работы с базой данных, например, Borland Database Engine (BDE) или Hibernate ORM.

Когда приложение завершает транзакцию, подключаемый модуль Hibernate ORM записывает вектор изменений в очередь и выполняет транзакцию в базе данных. Специальный процесс-репликатор вычитывает векторы из очереди и выполняет транзакции в базе-реплике.
Этот механизм хорош для обновления отчётных систем. Может он использоваться и для обеспечения отказоустойчивости, но в этом случае в приложении должен быть реализован контроль состояния репликации.

Традиционно – сильные и слабые стороны данного подхода:

Так что же лучше?

Однозначного ответа на этот вопрос, как и на многие другие, не существует. Но надеюсь, что таблица ниже поможет сделать правильный выбор для каждой конкретной задачи:

Источник

РЕПЛИКАЦИЯ

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

Источник

Репликация

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

Источник

репликация

Смотреть что такое «репликация» в других словарях:

Источник

РЕПЛИКАЦИЯ

Репликация (позднелат. replicatio повторение; син. редупликация) — процесс биосинтеза молекул дезоксирибонуклеиновых кислот, в результате к-рого из одной молекулы образуются две дочерние, полностью идентичные материнской. Репликация дезоксирибонуклеиновых кислот (см.) обеспечивает передачу полного комплекса наследственной генетической информации от поколения к поколению (см. Наследственность). Свойство молекул ДНК редуплицироваться проявляется и в репродукции хромосом (см.) высших организмов.

Согласно модели, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком, молекула ДНК представляет собой двойную спираль, построенную из комплементарных друг другу цепей дезоксирибонуклеотидов. В процессе Репликации водородные связи между парами нуклеотидов разрываются и к ним присоединяются новые, комплементарные соответствующим дезоксирибонуклеотидам дезоксинуклеозидтрифосфаты. Процесс соединения нуклеотидов в полинуклеотидную цепь происходит с отщеплением пирофосфата. Репликация ДНК носит характер полуконсервативного процесса, т. е. каждая дочерняя двойная спираль включает в себя одну материнскую и одну вновь синтезированную полинуклеотидную цепь.

Образованию вилки репликации предшествует взаимодействие с молекулой ДНК особого белка (ДНК-раскручивающего белка), устраняющего суперспиральные витки и локально раскручивающего двойную спираль ДНК. Предполагают, что ДНК-раскручнвающий белок встраивается в дезоксирибозофосфатную цепь. Эта реакция обратима: после высвобождения ДНК-раскручивающего белка спиральная структура ДНК восстанавливается. Локальное расхождение комплементарных цепей ДНК обеспечивают белки-дестабилизаторы двойной спирали ДНК. Присоединяясь к ДНК, белки-дестабилизаторы снижают термостабильность ее молекулы, к-рая приобретает способность плавиться при температуре на 40° ниже обычной температуры плавления.

Рост новой цепи ДНК в вилке репликации катализируется ферментом ДНК-полимеразой (см. Полимеразы). В клетках высших организмов и бактерий обнаружено несколько форм ДНК-полимераз, но Р. генома у эукариотов осуществляется только под действием ДНК-полимеразы а, а у бактерий — ДНК-полимеразы III. Комплементарные цепи двойной спирали ДНК антипараллельны по ориентации углеродных атомов дезоксирибозы (см.). Следовательно, при движении вилки репликации одна дочерняя цепь должна нарастать в направлении 5′ —> 3′, а другая — в направлении 3′ —> 5′. Вместе с тем все ДНК-полимеразы способны присоединять новые нуклеотиды только к З’-гидроксильной группе дезоксирибозы растущей цепи ДНК, тем самым обеспечивая синтез только в направлении 5′ —> 3′, т. е. первым образуется 5′-конец новой цепи. Сама ДНК-полимераза к тому же не способна инициировать синтез новых цепей на одноцепочечной ДНК-матрице. Было установлено, что обе эти трудности преодолеваются путем синтеза на одной цепи коротких полинуклеотидных фрагментов с полярностью 5′ —> 3′ в направлении, противоположном движению вилки репликации (рис. 2). При этом инициацию Р. каждого нового фрагмента ДНК осуществляет фермент РНК-полимераза (так наз. примаза), при участии к-рого на ДНК-матрице синтезируется инициатор (затравка) — короткий участок РНК (так наз. РНК-праймер), к 3′-гидроксильной группе рибозы к-рого ДНК-полимераза начинает присоединять дезоксирибонуклеотиды. Впоследствии РНК-праймер удаляется экзонуклеазой (см. Нуклеазы), а образовавшаяся брешь закрывается ДНК-полимеразой. У Escherichia coli 5′ —> З’-экзонуклеазной активностью обладает ДНК-полимераза I.

Отдельные полинуклеотидные фрагменты сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой (КФ 6.5.1.1; 6.5.1.2). При этом одна из двух цепей ДНК растет непрерывно (ведущая нить), а другая — прерывисто (запаздывающая нить). Фрагменты прерывистого синтеза ДНК называют фрагментами Окадзаки (Оказаки) по имени открывшего их японского ученого Окадзаки (R. Okazaki). У бактерий фрагменты Окадзаки имеют длину ок. 1000 нуклеотидных пар, а их РНК-праймер — 50—200 нуклеотидных пар. У высших организмов фрагменты Окадзаки состоят приблизительно из 150—200 нуклеотидных пар, а их РНК-праймер — из 10—20 пар.

Присоединив очередной нуклеотид к растущей цепи ДНК, ДНК-полимераза «сверяет» его с партнером на цепи-матрице, и в случае несоответствия паре (А — Т или Г — Ц) та же полимераза проявляет 3′ —> 5′-экзонуклеазную активность, удаляя ошибочно присоединенный нуклеотид. Т. о. осуществляется коррекция, обеспечивающая высокую точность процесса Р. молекул ДНК, что определяет сохранность наследственной информации в ряду поколений клеток и организмов.

В клетках, размножающихся путем митоза (см.), и у бактерий репликация ДНК происходит между актами деления клеток; в мейозе (см.) ДНК редуплицируется один раз перед двумя следующими друг за другом делениями, что приводит к редукции (уменьшению) вдвое количества ДНК (как и числа хромосом) на клетку. Этот отрезок интерфазы называют периодом синтеза ДНК или S-периодом.

Репликацияначинается (инициируется) в определенных участках молекулы ДНК (по терминологии Ф. Жакоба — репликаторах), первичная структура к-рых характеризуется высоким содержанием пар А — Т и наличием так наз. обратных повторов (палиндромов). От точки инициации движутся либо одна, либо две вилки репликации (в последнем случае они движутся в противоположные стороны), обеспечивая элонгацию (удлинение) вновь синтезирующихся участков молекулы ДНК. Терминация (окончание) Р. происходит либо при слиянии двух вилок репликации, двигающихся навстречу друг другу, либо в специальных точках терминации Р.

Отрезок молекулы ДНК, реплицирующийся в результате одного акта инициации, называют единицей репликации или реплпконом. В геноме бактерий, как правило, имеется всего один участок инициации Р., связанный с клеточной мембраной. Кольцевая молекула ДНК генома бактерии реплицируется как один репликон. В геноме эукариотов Р. осуществляется полирепликонно, т. е. инициация Р. происходит одновременно во многих точках по длине молекул ДНК. Установлено, что на молекулах ДНК генома эукариотов имеется большое число потенциальных точек инициации Р., расположенных на расстоянии 1—4 мкм друг от друга. В зависимости от того, сколько потенциальных точек инициации вовлечены в Р., может меняться размер репликона. Напр., при репликации ДНК в дробящихся яйцах дрозофилы, где деления клеток следует очень быстро одно за другим, в Р. включается каждая вторая или третья потенциальная точка Р. и размер репликации равен 9—12 мкм; при удвоении ДНК соматических клеток эукариотов в Р. участвует в среднем 1 из 10 или даже из 100 потенциальных точек инициации Р. и размер репликонов увеличивается до 30—300 мкм.

Репликация ДНК вирусов в основном сходна с репликацией ДНК высших животных и бактерий; она осуществляется ферментами клетки хориона. В нек-рых случаях (вирусы герпеса) РНК-затравка обнаруживается в составе вирионной ДНК. У онкогенных ДНК-содержащих вирусов (паповавирусы) ДНК может интегрировать в геном клетки, после чего репликация вирусной ДНК происходит вместе с ДНК клетки.

Репликация большинства РНК-содержащих вирусов осуществляется вирусспецифическими ферментами — РНК-зависимыми РНК-полимеразамн (репликазы), к-рые достраивают комплементарную нить на вирионной РНК-матрице, образуя так наз. репликативные формы РНК.

У онкогенных РНК-содержащих вирусов (см. Ретровирусы) Р. осуществляется ферментом РНК-зависимой ДНК-полимеразой (обратная транскриптаза, ревертаза), к-рый синтезирует ДНК-копию вирусного генома, способного встраиваться в геном клетки (см. Вирусы).

У бактерий и эукариотов, как правило, в каждом цикле деления клеток должна реплицироваться вся ДНК и при этом только один раз. Это значит, что должны существовать регуляторные системы, контролирующие инициацию Р. и отличающие родительские и дочерние молекулы. Механизм такой регуляции пока не ясен.

В определенных случаях (в норме и при патологии) может происходить многократная Репликация всего генома без последующего деления клетки (это приводит к возникновению полиплоидных ядер ) или Р. отдельных частей генома без Р. всего генома, так наз. экстрарепликация (напр., амплификация ДНК рибосомного гена в оогенезе нек-рых животных). Описаны случаи недорепликации части ДНК генома в клетках эукариотов. Это касается только ДНК гетерохроматина, в к-ром нет генов, необходимых для жизнеобеспечения клетки.

Сходство ферментов Репликации и основных процессов, происходящих в вилке репликации, у прокариотов и эукариотов свидетельствует о высокой эволюционной стабильности и жестком генетическом контроле процесса репликации ДНК. Нарушения нормального процесса Репликации влияют на деление и могут привести к гибели клеток.

Библиография: Бостон К. и Самнер Э. Хромосома эукариотической клетки, пер. с англ., с. 248, М., 1981; Корнберг А. Синтез ДНК, пер. с англ., М., 1977; Уотсон Д ж. Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1978; DNA synthesis, ed. by J. Molineux a. M. Kohiyama, N. Y.— L., 1978; Jacob F., Brenner S. a. Сuzin F. On the regulation of DNA replication in bacteria, Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 28, p. 329, 1963.

Источник

Репликация ДНК

Репликация — это механизм самокопирования и основное свойство наследственного материала, которым выступают молекулы ДНК.

Особенностью ДНК является то, что обычно ее молекулы состоит из двух комплементарных друг другу цепей, образующих двойную спираль. В процессе репликации цепи материнской молекулы ДНК расходятся, и на каждой строится новая комплементарная цепь. В результате из одной двойной спирали образуется две, идентичные исходной. Т. е. из одной молекулы ДНК образуются две, идентичные матричной и между собой.

Таким образом, репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, когда каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую цепь и одну вновь синтезированную.

У эукариот репликация происходит в S-фазе интерфазы клеточного цикла.

Описанный ниже механизм и основные ферменты характерны для подавляющего большинства организмов. Однако бывают исключения, в основном среди бактерий и вирусов.

Расхождение цепей исходной молекулы ДНК обеспечивает фермент геликаза, или хеликаза, который в определенных местах хромосом разрывает водородные связи между азотистыми основаниями ДНК. Хеликазы перемещаются по ДНК с затратой энергии АТФ.

Чтобы цепочки снова не соединились, они удерживаются на расстоянии друг от друга дестабилизирующими белками. Белки выстраиваются в ряд со стороны пентозо-фосфатного остова цепи. В результате образуются зоны репликации, называемые репликационными вилками.

Репликационные вилки образуются не в любых местах ДНК, а только в точках начала репликации, состоящих из определенной последовательности нуклеотидов (около 300 штук). Такие места распознаются специальными белками, после чего образуется так называемый репликационный глаз, в котором расходятся две цепи ДНК.

Из точки начала репликация может идти как в одном, так и в двух направлениях по длине хромосомы. В последнем случае цепи ДНК расходятся вперед и назад, и из одного репликационного глазка образуются две репликационные вилки.

Репликон — единица репликации ДНК, от точки ее начала и до точки ее окончания.

Поскольку в ДНК цепи спирально закручены относительно друг друга, то разделение их хеликазой вызывает появление дополнительных витков перед репликационной вилкой. Чтобы снять напряжение, молекула ДНК должна была бы проворачиваться вокруг своей оси один раз на каждые 10 пар разошедшихся нуклеодидов, именно столько образуют один виток спирали. В таком случае ДНК бы быстро вращалась с затратой энергии. Но этого не происходит, т. к. природа нашла более эффективный способ справится с возникающим при репликации напряжением спирали.

Фермент топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК. Отсоединенный участок проворачивается на 360° вокруг второй целой цепи и снова соединяется со своей цепью. Этим снимается напряжение, т. е. устраняются супервитки.

Каждая отдельная цепь ДНК старой молекулы используется в качестве матрицы для синтеза новой комплементарной себе цепи. Добавление нуклеотидов к растущей дочерней цепи обеспечивает фермент ДНК-полимераза. Существует несколько разновидностей полимераз.

В репликационной вилке к освободившимся водородным связям цепей согласно принципу комплиментарности присоединяются свободные нуклеотиды, находящиеся в нуклеоплазме. Присоединяющиеся нуклеотиды представляют собой дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ), а конкретно дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

После образования водородных связей фермент ДНК-полимераза связывает нуклеотид фосфоэфирной связью с последним нуклеотидом синтезируемой дочерней цепи. При этом отделяется пирофосфат, включающий два остатка фосфорной кислоты, который потом расщепляется на отдельные фосфаты. Реакция отщепления пирофосфата в результате гидролиза энергетически выгодна, так как связь между первым, который уходит в цепь, и вторым фосфатными остатками богата энергией. Эта энергия используется полимеразой.

Полимераза не только удлиняет растущую цепь, но и способна отсоединять ошибочные нуклеотиды, т. е. обладает корректирующей способностью. Если последний нуклеотид, который должен быть присоединен к новой цепи, не комплементарен матричному, то полимераза его удалит.

Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез новой цепи возможен только в направлении 5´→3´, то в репликационной вилке дочерние цепи будут синтезироваться в разных направлениях.

На матрице 3´→5´ сборка новой полинуклеотидной последовательности происходит по большей части непрерывно, так как эта цепь синтезируется в направлении 5´→3´. Антипараллельная матрица характеризуется 5´→3´ направлением, поэтому синтез дочерней цепи по ходу движения вилки здесь не возможен. Здесь он был бы 3´→5´, но ДНК-полимера не может присоединять к 5´-концу.

Поэтому синтез на матрице 5´→3´ выполняется небольшими участками — фрагментами Оказаки (названы в честь открывшего их ученого). Каждый фрагмент синтезируется в обратном ходу образования вилки направлении, что обеспечивает соблюдение правила сборки от 5´- к 3´-концу.

После удаления праймеров и застраивания брешей ДНК-полимеразой отдельные участки дочерней цепи ДНК сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой.

Непрерывная сборка идет быстрее, чем фрагментарная. Поэтому одна из дочерних цепей ДНК называется лидирующей, или ведущей, вторая — запаздывающей, или отстающей.

У прокариот репликация протекает быстрее: примерно 1000 нуклеотидов в секунду. В то время как у эукариот только около 100 нуклеотидов. Количество нуклеотидов в каждом фрагменте Оказаки у эукариот составляет примерно до 200, у прокариот — до 2000.

У прокариот кольцевые молекулы ДНК представляют собой один репликон. У эукариот каждая хромосома может содержать множество репликонов. Поэтому синтез начинается в нескольких точках, одновременно или нет.

Ферменты и другие белки репликации действуют совместно, образуя комплекс и двигаясь по ДНК. Всего в процессе участвует около 20 разных белков, здесь были перечислены лишь основные.

Источник

Значение слова репликация

Репликация в словаре кроссвордиста

репликация

Репликация Реплика́ция (от — возобновление, повторение):

Большой современный толковый словарь русского языка

Новый словарь иностранных слов

Словарь иностранных выражений

Словарь русского языка Лопатина

Современный толковый словарь, БСЭ

(англ. replication копирование, воспроизведение) процесс образования реплики.

1974. М. М. Асланян.

Большая советская энциклопедия, БСЭ

синтез дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы копирование данных из одного источника на другой (или на множество других)

В связи с этим следует помнить, что процессы, постоянно совершающиеся в интерфазном ядре, разнонаправленны: во-первых, это репликация генетического материала в S-нериоде («полуконсервативный» синтез ДНК); во-вторых, образование РНК в процессе транскрипции, транспортировка РНК из ядра в цитоплазму через ядерные поры для осуществления специфической функции клетки и для репликации ДНК.

Те, которые так перемещаться не могут, погибают, так как процесс осуществляется во время их репликации [от replication — копирование], а если репликация плохо происходит, то наступает что-то, что очень напоминает фазовый переход (как, например, вода превращается в лед, или НАОБОРОТ: происходит изменение состояния).

Возможно введение дисковых квот на пользователей и группы, а также репликация (http://www.buffalotech.com/technology/buffalo-advantage/replication/) данных на другие NAS.

В конце концов, это маленькие и простые генетические системы, использующие только один вид нуклеиновой кислоты, и репликация у них напрямую связана с экспрессией через трансляцию геномной РНК.

Поэтому мы не будем подробно в сотый раз пересказывать, что такое репликация ДНК и клеточная мембрана, а перейдем сразу к делу.

В тех макрофагах, которые не активированы, происходит репликация бактерий, нарушается процесс их элиминации из легких.

Источник

Репликация ДНК: учебное пособие

Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплин «Экология» и «Физико-химические основы цитологии» подготовки бакалавров по направлению 140400 «Техническая физика». В пособии описываются проблемы репликации ДНК. Излагаются современные представления о строении хромосом, координации в течение клеточного цикла процессов ДНК-метаболизма, а также описываются участвующие в этих процессах белки и рассматриваются механизмы, отвечающие за сохранение генетической стабильности организмов. Предназначено для студентов дневной, очно-заочной и заочной форм обучения, изучающих дисциплины «Экология» и «Физико-химические основы цитологии» в рамках подготовки бакалавров по направлению 140400 «Техническая физика».

Репликация ДНК начинается не в любой случайной точке молекулы, а в специфических местах, называемых точками начала репликации или олриджинами. Процесс копирования продолжается через образование репликативных вилок в одном или обоих направлениях до тех пор, пока ДНК полностью не удвоится. В замкнутых кольцевых молекулах ДНК новосинтезированные цепи ковалентно соединяются в местах встречи увеличивающихся в размере репликативных вилок или в том месте, где единственная вилка возвращается к точке начала репликации. Дочерние молекулы, как правило, расходятся еще до начала нового раунда репликации.

Такие различающиеся по размеру геномы, как геном вируса SV40 (5,2тпн), бактериофага λ (48,5тпн) и Е. соli (4-10 3 тпн), воспроизводятся в результате одного инициирующего события, происходящего в определенной точке.

Рис. 2. Возможное движение репликативной вилки.

У про — и эукариот можно встретить различные вариации на эту тему. Так, каждая из цепей родительской спирали митохондриальной ДНК животных (15тпн) имеет свою точку начала репликации. Синтез комплементарной цепи некоторых небольших однонитевых фаговых геномов начинается вблизи одной специфической последовательности, а репликация полученного дуплекса может инициироваться совсем в другой точке. Репликация линейных двунитевых ДНК также инициируется в особых сайтах. Например, ДНК бактериофага Т7 (40тпн) реплицируется в двух противоположных направлениях к разным концам молекулы, начиная от одной точки, а каждая из двух цепей ДНК аденовируса человека (30–38 тпн) реплицируется последовательно всегда от З’-конца.

Для геномов эукариотических клеток характерно наличие множественных точек начала репликации, разбросанных по хромосоме на расстоянии около 20тпн. После инициации репликация продолжается в двух направлениях от каждой точки до тех пор, пока репликативные вилки двух соседних точек начала репликации не сольются. Полноразмерные ДНК каждой дочерней хромосомы получаются путем соединения более коротких, независимо инициированных новосинтезированных нитей.

2.1. Понятие о репликоне и ориджине репликации

Участок ДНК, на котором синтезируется отдельный фрагмент лидирующей нити, называется репликоном. У многих прокариот их геном содержит только одну точку инициации репликации, то есть у них в ДНК только один репликон. Эукариотические геномы полирепликонны.

Место начала репликона, в котором происходит инициация репликации, носит название ориджина репликации. Именно ориджин распознается специальными белковыми комплексами и на нем начинается формирование вилки репликации.

В некоторых случаях место начала репликации имеет такую нуклеотидную последовательность, что дуплекс принимает необычную конфигурацию, которую распознают белки, участвующие в инициации. Природа взаимодействия между точкой начала репликации и белками и механизм инициации в целом исследованы недостаточно, однако можно сказать, что, по-видимому, они в разных случаях различны.

2.2. Ориждин репликации E.coIi oriC

Наиболее подробно изучены ориджины у Е. соli и Bacillus subtilis. Область начала репликации хромосомы, оriС (origin of chromosome), включает в себя участки со специфическими последовательностями, так называемыми ДНК-боксами, и расположенными между ними короткими последовательностями. ДНК-боксы со специфическим «мотивом» нуклеотидов, преимущественно в 9пн, перемежаются фрагментами в 12-1Зпн с высоким содержанием АТ. Сами девятичленные последовательности могут располагаться как в прямом, так и в инвертированном положении по отношению друг к другу. Например, у В. subtilis имеется один фрагмент ТТАТССАСА и два других девятичленных бокса, ориентированных в противоположном направлении, с заменой одной из пар нуклеотидов. Всего у В. subtilis на оriС расположено 15 ДНК-боксов. Область оriС очень консервативна: ДНК-боксы сходного состава имеются в соответствующем месте хромосомы у других бактерий (только у Mycoplаsma genitalium, несмотря на наличие общих для всех бактерий ферментов репликации, ДНК-боксов найдено не было). Сами ДНК-боксы не кодируют белок или РНК, хотя между ними располагаются отдельные гены. Продукты этих генов также большей частью вовлечены в «обслуживание» процесса репликации ДНК.

Порядок расположения ДНК-боксов, промежуточных областей и их количество позволяют думать, что эволюционная дивергенция oriС шла главным образом за счет дупликаций и трипликаций. Схема абстрактного «минимального ориджина» прокариот представлена на рис. 3.

Рис. 3. Организация минимального ориджина прокариот

Схема минимального ориджина прокариот.

2.3. Ориджины других организмов

Коровая часть ориджина репликации у вируса SV40 состоит из элемента опознания (ORE — origin recognition element), необходимого для связывания особого белка Т-антигена (Т-аg), элемента для связывания белка, расплетающего ДНК (DUE — DNA unwinding element), и элемента, обогащенного АТ-нуклеотидами. Участок, с которого вилка репликации начинает двигаться в противоположных направлениях, называется началом двунаправленной репликации (OBR — origin bidirectional replication).

Вспомогательные элементы (Aux) связывают димеры Т-антигена (Аux-1) и фактор транскрипции Sp1 (Аuх-2). Расстояние между этими элементами и их ориентация играют важную роль в процессе инициации репликации. Схема ориджина вируса SV40 представлена на рис. 4.

У эукариот гомологами ориджинов репликации являются автономно реплицирующиеся последовательности, или ARS (autonomously replicating sequences), открытые в 1980 г. Р. Дэйвисом и Дж. Карбоном.

Рис. 4. Схема ориджина вируса SV40.

У дрожжей Saccharomyces cerevisiae особые последовательности, способные обеспечивать репликацию фрагментов ДНК в дрожжевой клетке были выделены раньше, чем у других эукариот. Позднее такие последовательности были найдены и у многих других организмов. У S.cerevisiae АRS занимает 100—200пн и содержит специфическую консенсусную последовательность (АСS — ARS consensus sequence), размером в 11пн, необходимую для связывания с белком-инициатором, а также дополнительные элементы (В-элементы), усиливающие функцию ориджина. Например, АRS1 — первый подробно охарактеризованный ориджин — содержит три таких элемента — В1, В2, ВЗ. Последовательности АCS и В1 занимают приблизительно 50пн и представляют собой наименьшую функциональную область любого ориджина, которая требуется для связывания с белком-инициатором.

Элемент В2 обычно содержит генетически охарактеризованный участок DUE. Вспомогательный элемент ВЗ связывает фактор транскрипции Abf-1. Общая длина ARS-элемента составляет 100-200пн. Строение ориждина S.cerevisiae представлено на рис. 5.

Рис. 5. Схема ориджина Saccharomyces cereiseae

У другого вида дрожжей, Shizosaccharomyces pombe, ориджины состоят по крайней мере из одной ARS, которая значительно длиннее, чем у S. cerevisiae. В некоторых случаях несколько ARS-элементов формируют зону инициации репликации. (Рис. 6.)

Рис. 6. Схема ориджина Shizosaccharomyces pombe

У млекопитающих ориджины детально не охарактеризованы, некоторые из них располагаются в межгенных промежутках, имеют сайты связывания для транскрипционных факторов, часто содержат только районы инициации двунаправленной репликации — OBR.

2.4. Скорость репликации

Скорость репликации генома регулируется в основном частотой инициирующих событий. Так, у Е. соli скорость копирования в каждой репликативной вилке постоянна и равна примерно 1500пн в секунду: следовательно, полный геном длиной 4·10 6 пн реплицируется примерно за 40 мин. Если хромосома реплицируется быстрее, это значит, что увеличивается частота актов инициации в той же самой точке начала репликации при прежней скорости копирования. Клетки Е. соli делятся каждые 20 мин; это означает, что репликация ДНК инициируется в хромосомах, еще не закончивших предыдущий раунд репликации. Скорость движения репликативной вилки в эукариотических клетках значительно меньше (10-100пн в секунду), но завершение репликации хромосомы в разумное время обеспечивается одновременной инициацией во множестве точек. Итак, скорость репликации хромосом контролируется числом и расположением точек начала репликации. Например, в ранних эмбрионах дрозофилы репликация отдельной хромосомы осуществляется каждые 3 мин, благодаря почти одновременной инициации событий в точках, отстоящих друг от друга на 7000-8000пн. В тоже время известно, что у дрозофилы в ходе раннего эмбрионального развития, как скорость репликации, так и размеры и число репликонов тканеспецифичны. В культуре же соматических клеток той же дрозофилы скорость удвоения хромосом значительно более медленная, так как репликация начинается в гораздо меньшем числе точек, находящихся друг от друга на расстоянии 40000пн, при этом продолжительность S-фазы составляет 600 мин. Следовательно, при фиксированной скорости синтеза ДНК множественная инициация повышает скорость процесса репликации в целом и таким образом уменьшает время, необходимое для удвоения всего набора хромосом. Данные о числе репликонов и скорости репликации приведены в табл.1.

Различия в продолжительности S-фазы найдены и у других организмов. Например, у тритона S-фаза длится 1 ч в ядрах бластулы и 200 ч в предмейотической S-фазе сперматоцитов. Вероятно, длительность S-фазы определяется не скоростью синтеза ДНК, а числом задействованных ориджинов репликации. В ДНК клеток нейрулы тритона они находятся на расстоянии около 40 мкм друг от друга, а в соматических клетках — около 100 мкм.

Число и длина репликонов у разных организмов.

В соответствии с современными представлениями репликоны у эукариот распределены в геноме не случайно, они расположены группами (replicon foci). В этих группах, или фокусах, собираются ферменты репликации, которые удлиняют вилки репликации одновременно 10-100 соседних репликонов длиной примерно по 100тпн каждый. Репликация в них завершается за 45–60 мин. Кроме этого существуют очень длинные репликоны (более 1000тпн) — столь большие, что репликация в них продолжается по нескольку часов.

Источник

Процесс репликации ДНК

Информация, записанная в ДНК, должна быть не только реализована в процессе развития клеток и организмов, но и в полном объеме передана следующему поколению. С этой целью перед делением клетки в ней осуществляется процесс репликации, т.е. удвоения количества ДНК.

Информация о механизме репликации содержится в самой ДНК: одни гены кодируют ферменты, синтезирующие предшественники ДНК — нуклеотиды, другие — ферменты, обеспечивающие соединение активированных нуклеотидов в единую цепочку. Механизм репликации был впервые постулирован Дж. Уотсоном и Ф. Криком, которые отмечали, что комплементарность цепей ДНК наводит на мысль, что эта молекула может удваивать саму себя. Они предположили, что для удвоения необходим разрыв водородных связей и расхождение цепей, каждая из которых играет роль матрицы при синтезе комплементарной цепи. В результате одного акта удвоения образуются две двунитиевые молекулы ДНК, в каждой из которых имеется одна материнская нить и одна новая (см. рис.).

Полуконсервативная репликация ДНК

Механизм получил название полуконсервативной репликации. Позже матричная природа и постулированный принцип репликации ДНК были подтверждены многочисленными экспериментальными данными.

Репликация ДНК начинается в специфических точках хромосомы — сайтах инициации репликации (origin). Процесс репликации обслуживается большим количеством ферментов. Наиболее полно изучен аппарат репликации бактериальной ДНК, особенно E. coli. Функцию расплетания молекулы ДНК у прокариот выполняют специфические ферменты геликазы, которые используют для работы энергию гидролиза АТФ до АДФ. Они часто функционируют в составе белкового комплекса, осуществляющего перемещение вилки и репликацию расплетенных нитей. Удерживают нити ДНК от воссоединения другие специфические белки, связывающиеся с одноцепочечными участками. Эти участки, разошедшиеся в разные стороны, образуют характерную структуру — репликативную вилку (вилку Кернса). Это — та часть молекулы ДНК, в которой в данный момент осуществляется синтез новой цепи. В продвижении вилки большую роль играет белок гираза, относящийся к разряду топологических изомераз. Он обнаружен только у бактерий. Гираза — это релаксирующий фермент, который, производя двунитиевые разрывы, снимает положительные (перед вилкой) и способствует образованию отрицательных (сзади вилки) супервитков в релаксированной ДНК.

Каждая цепь материнской ДНК служит матрицей для синтеза дочерних молекул. На одной цепи синтез осуществляется непрерывно в направлении от 5′ к 3′ концу. Эта цепь называется лидирующей. Вторая цепь с противоположной направленностью, называемая отстающей, синтезируется в виде отдельных фрагментов, которые затем сшиваются лигазами в непрерывную молекулу. Фрагменты названы по имени американского ученого Р. Оказаки, впервые постулировавшего такой способ синтеза ДНК, фрагментами Оказаки. В ходе синтеза репликативная вилка перемещается вдоль матрицы, и при этом новые участки ДНК последовательно расплетаются до тех пор, пока вилка не дойдет до точки окончания синтеза (точка терминации).

Схема репликации ДНК у Escherihia coli

Синтез новой цепи ДНК требует затравки в виде небольшого фрагмента РНК, т.к. ведущий его фермент ДНК-полимераза для работы нуждается в свободной 3’OH группе. У прокариот обнаружены три разных ДНК-полимеразы с аналогичными функциями, обозначаемые как polI, polII и polIII. Наиболее полно изучена ДНК-полимераза I. Она представляет собой одиночный полипептид с мультифункциональной активностью (полимеразной, 3′ → 5′ экзонуклеазной и 5′ → 3′ экзонуклеазной). Синтез затравки (праймера) осуществляет фермент праймаза, который иногда входит в состав комплекса — праймосомы из 15-20 белков, активирующих матрицу. Затравка состоит из 10-60 рибонуклеотидов. После того как ключевой фермент синтеза ДНК у E. coli — polIII — присоединяет к затравке первые дезоксирибонуклеотиды, она удаляется с помощью polI, обладающей 3′ → 5′ экзонуклеазной активностью, т.е. способностью отщеплять концевые нуклеотиды с 3′-конца цепи. Затравка синтезируется также и в отстающей цепи в начале каждого фрагмента Оказаки. Ее отщепление, а также удлинение фрагментов, синтезированных polIII, осуществляет polI. Роль polII в репликации ДНК E. coli до сих пор не совсем ясна.

Схема разных механизмов репликации ДНК у бактерий, эукариот и бактериофагов

При репликации ДНК эукариот процесс репликации осложняется присутствием в составе хромосом белков. Чтобы расплести ДНК, необходимо разрушить сильно конденсированный комплекс ДНК и гистонов, а после репликации вновь осуществить компактизацию дочерних молекул. Раскручивание ДНК вызывает суперспирализацию участков, расположенных рядом с репликационной вилкой. Для снятия возникающего напряжения и свободного продвижения вилки здесь работают специфические ферменты релаксации — топоизомеразы. В различных организмах идентифицированы два типа топоизомераз: I и II типов. Они изменяют степень сверхспирализации и тип сверхспирали, производя разрывы в одной (топоизомеразы I типа) или обеих цепях ДНК (топоизомеразы II типа), и устраняют риск спутывания нитей ДНК.

Репликация бактериальной ДНК является двунаправленным процессом с одним сайтом инициации. В отличие от этого хромосома эукариот состоит из отдельных участков репликации — репликонов и имеет много сайтов инициации. Репликоны могут реплицироваться в разное время и с разной скоростью. Скорость репликации ДНК в эукариотических клетках значительно ниже, чем в прокариотических. У E. coli скорость приблизительно равна 1500 п.н. в секунду, у эукариот — 10-100 п.н. в секунду. Двуцепочечные кольцевые ДНК некоторых вирусов реплицируются по типу катящегося кольца. В этом случае одна цепь ДНК надрезается в одном месте специфическим ферментом и к образовавшемуся свободному 3’ОН-концу с помощью фермента polIII начинают присоединяться нуклеотиды. Матрицей служит внутренняя кольцевая молекула. Надрезанная цепь при этом вытесняется, а затем удваивается по типу отстающей цепи E. coli с образованием фрагментов, которые сшиваются лигазами.

Читайте также другие статьи темы 6 «Молекулярные основы наследственности»:

Перейти к чтению других тем книги «Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы»:

Источник

Параграф 78. репликация днк, теломеры

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив НЕ НУЖНО зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

См. сначала 70, 73 и 74, 77, затем 79.

ПАРАГРАФ 78:
«Репликация ДНК, теломеры.»

78. 1. Определение ре(ду)пликации.
Способ репликации ДНК: …
78. 2. Репликация ДНК, ее особенности.
Этапы репликации:
1-й этап репликации: …
2-й этап репликации: …
Пояснения перед описанием третьего этапа репликации.
Использование цепей ДНК в качестве матриц:
Порядок присоединения нового нуклеотида
Отличия в синтезе двух дочерних цепей.
Направление «чтения» матричных цепей.
3-й этап репликации. Начало синтеза дочерних цепей ДНК.
4-й этап репликации…
Сравнение ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы.
Субстраты при синтезе ДНК-овых цепочек: …
Таблица «Э т а п ы с и н т е з а Д Н К»
78. 3. ТЕЛОМЕРЫ.
Фермент теломераза
78. 4. Связь репликации с клеточным циклом.

Напоминания:
ДНК – это цепь (дезокси)нуклеотидов.
Точнее – это полимер из нуклеотидных остатков в качестве мономеров.

Цепь ДНК обычно соединена с другой цепью ДНК
водородными связями между азотистыми основаниями одной цепи
и комплементарными им азотистыми основаниями другой цепи
(с аденином соединён тимин двумя связями,
а с гуанином соединён цитозинтремя связями).

Эти две соединённых цепи ДНК образуют двойную спираль двух цепочек ДНК,
которая называется ДУПЛЕКСОМ и считается молекулой ДНК.
Молекулы ДНК обычно соединены с гистонами и другими белками,
образуя нуклеопротеиды (хроматин).
Хроматин определённой структуры называется хромосомой.
ДНК, хроматин и хромосома – не синонимы.

После деления соматической клетки на две дочерние клетки
в дочерних клетках должно оказаться столько же ДНК,
сколько было в материнской клетке.
(В половых клетках есть нюансы – см. мейоз).

Чтобы это обеспечить – молекулы ДНК перед делением клетки нужно УДВОИТЬ
за счёт синтеза ДНК
(в фазе синтеза – S-фазе клеточного цикла).
А затем разделить ДНК между дочерними клетками при делении клетки
(в фазе М – фазе митоза).

Вот это удвоение ДНК и называется репликацией ДНК.

Не путайте с репарацией ДНК (п.79) и репликацией РНК (п.77 и 86).

В клетках человека перед митозом удваивается количество ДНК всех 46 хромосом.
Вместо 46 дуплексов появляется 92 дуплекса,
но после их образования и до разделения дуплексы связаны друг с другом
и не считаются разными хромосомами, а называются хроматидами.

78. 1. Определение ре(ду)пликации.

Репликация ДНК – это удвоение ДНК.

Это кратко, но не точно. Точнее:
Репликация – процесс синтеза ДНК,
в результате которого ДНК удваивается –
то есть вместо одного дуплекса появляется два дуплекса.

Эти два дуплекса после репликации остаются связанными (в области так называемой центромеры)
и называются ХРОМАТИДАМИ до тех пор,
пока при делении клетки они не разделятся
и не разойдутся по разным частям клетки («расхождение хроматид»),
став хромосомами будущих дочерних клеток.

Способ репликации ДНК:

В каждом новом дуплексе
одна цепь ДНК – из исходного дуплекса,
а вторая цепь ДНК – синтезированная при репликации.

Поэтому говорят, что репликация протекает полуконсервативным способом.
При репликации цепи исходного дуплекса выполняют функцию матрицы
для синтеза новых цепей, которые называют ДОЧЕРНИМИ;
цепи исходного дуплекса называют МАТРИЧНЫМИ.

Неверно говорить, что при репликации синтезируются два дуплекса. –
Один дуплекс уже был и до репликации,
и его цепи включаются в состав обоих новых дуплексов.
Два новых дуплекса только ОБРАЗУЮТСЯ в результате синтеза дочерних цепей.

При репликации ДНК происходит синтез ДНК на матрице ДНК.
Но синтез ДНК бывает и на матрице РНК –
он называется обратной транскрипцией – см. п.80.
Поэтому неверно говорить, что синтез ДНК – это репликация.
Бывает репликация не ДНК, а РНК – см. п.77.
Поэтому неверно говорить, что репликация – это синтез ДНК.
Репликация – это синтез НК на матрице такой же НК.
Но в этом параграфе вместо «репликация ДНК» говорится просто «репликация».

78. 2. Репликация ДНК, ее особенности.

Для репликации ДНК
цепи дуплекса нужно отделить друг от друга,
чтобы они смогли стать матрицами для синтеза на них дочерних цепей.

А так как дуплекс обычно намотан на гистоновые октамеры,
образует фибриллы, петлевые домены и т.д.
(другими словами – так как ДНК имеет третичную структуру, суперспирализацию – п.73),
то перед разделением цепей дуплекса сначала нужно «размотать» сам дуплекс – «снять суперспирализацию».

Этапы репликации:
1-й этап репликации:
«Размотку» хроматина до состояния дуплекса,
снятие суперспирализации осуществляют ферменты, которые называются ТОПОИЗОМЕРАЗАМИ.

Топоизомеразы же помогают разделять цепи дуплекса:
чтобы при разделении цепей неразделённые участки не скручивались слишком «туго»,
топоизомеразы разрезают ФДЭ связь одной из двух цепей,
а затем снова образуют эту же связь
после того как разрезанная цепь «перемотается» вокруг второй цепи
для устранения «тугого скручивания».
Чтобы понять, что происходит, представьте две скрученные спиралями вокруг друг друга верёвки,
которые Вы пытаетесь отделить друг от друга в середине:
соседние с участком разделения участки двойной спирали верёвки
скрутятся слишком сильно.
Чтобы продолжить разделение цепей, придётся одну верёвку разрезать (в зоне «тугого скручивания»), размотать вокруг второй верёвки, а затем зашить разрез.

2-й этап репликации:

Цели дуплекса отделяются друг от друга
за счёт разрыва водородных связей между цепями
(между азотистыми основаниями одной цепи
и комплементарными им азотистыми основания другой цепи)
благодаря ферменту, который называется ХЕЛИКАЗОЙ.

При отделении цепей дуплекса друг от друга
образуется так называемая РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА –
зона дуплекса, в которой цепи дуплекса разделены.

Благодаря работе хеликазы
происходит разделение цепей и далее –
поэтому говорят, что репликативная вилка движется.
После разделения цепей дуплекса хеликазой
они фиксируются в разделённом состоянии
с помощью специальных белков, благодаря которым цепи не воссоединяются.

Разделение цепей дуплекса начинается не в одной точке ДНК,
а одновременно во множестве точек дуплекса,
которые называются точками начала репликации (origin по-английски)
или точками ori.
Таких точек примерно сто. Репликация занимается примерно 9 часов.

Пояснения перед описанием третьего этапа репликации.
После разделения цепей дуплекса
его цепи могут использоваться в качестве МАТРИЦ
для синтеза на них дочерних цепей.
Поэтому репликация относится к матричным синтезам (п.77).

Использование цепей ДНК в качестве матриц:
заключается в том, что
к нуклеотидам матричных цепей
присоединяются комплементарные им нуклеотиды будущей дочерней цепи
водородными связями.

Например, к нуклеотиду матричной цепи с основанием аденин
присоединится нуклеотид дочерней цепи с комплементарным аденину основанием тимин –
двумя водородным связями между аденином и тимином.

К тимину матричной цепи присоединится аденин нуклеотида дочерней цепи,
к гуанину матричной цепи присоединится цитозин нуклеотида дочерней цепи,
к цитозину матричной цепи присоединится гуанин нуклеотида дочерней цепи.

Между аденином и тимином образуется по две водородные связи,
а между гуанином и цитозином образуется по три водородные связи.
Именно поэтому аденин комплементарен тимину,
а тимин комплементарен аденину,
гуанин комплементарен цитозину,
а цитозин коплементарен гуанину.

Благодаря этому, порядок нуклеотидов дочерних цепей не случайный,
а строго определённый – он определён порядком нуклеотидов матричной цепи.

Чтобы синтезировать дочернюю цепь –
нужно соединить нуклеотиды дочерней цепи между собой
фосфодиэфирными связями,
которые образуются
между атомом кислорода 3’ положения предыдущего нуклеотида
и атомом фосфора в 5’ положении следующего нуклеотида.
Атом фосфора присоединяется «вместо» атома водорода
ОН группы при 3-м атоме углерода рибозы или дезоксирибозы.

Порядок присоединения нового нуклеотида
к предыдущему при синтезе нуклеиновых кислот такой:

1 – к нуклеотиду матричной цепи
присоединяется комплементарный ему новый нуклеотид
(водородными связями между основанием нуклеотида матричной цепи
и основанием нуклеотида будущей дочерней цепи),
содержащий ТРИ фосфата.
В итоге новый нуклеотид присоединён водородными связями
к нуклеотиду матричной цепи,
но не присоединен к предыдущему нуклеотиду синтезируемой цепи
фосфодиэфирной связью – нужно присоединить:

2 – два фосфата из трёх фосфатов присоединяемого нуклеотида отщепляются –
это даёт ЭНЕРГИЮ для образования связи
между присоединяемым нуклеотидом синтезируемой цепи
и предыдущим нуклеотидом синтезируемой цепи.

Связь образуется между атомом кислорода предыдущего нуклеотида
в 3’ положении
и атомом фосфора в 5’ положении присоединяемого нуклеотида
(у которого теперь не три, а один фосфат).

Из-за этого в начале синтезируемой цепи ДНК находится нуклеотид,
5’ положение которого не образовало фосфодиэфирной связи с другим нуклеотидом,
то есть является свободным.
Этот конец ДНК называют 5’-концом ДНК.

А на другом конце ДНК свободно 3’ положение. –
Этот конец ДНК называют 3’ концом ДНК.
В дуплексе напротив 5’ конца одной цепи находится 3’ конец другой цепи –
из-за этого говорят, что цепи дуплекса, двойной спирали антипараллельны друг другу.

Направление синтеза цепи ДНК – от 5’ конца к 3’ концу.
(А направление считывания матрицы: от 3 конца матрицы к 5 концу матрицы).

Отличия в синтезе двух дочерних цепей.

Матричные цепи ДНК антипараллельны.
И синтезируемые на них (после разделения матричных цепей) дочерние цепи
ориентированы так, чтобы быть антипараллельными своим матричным цепям.

Из-за этого дочерние цепи синтезируются в противоположных направлениях
(по отношению друг к другу).

При движении репликативной вилки
(то есть при продолжении разделения цепей дуплекса)
направление синтеза одной дочерней цепи такое же,
как направление движения репликативной вилки,
а направление синтеза другой дочерней цепи – противоположное направлению движения репликативной вилки.

Первая цепь называется ведущей или ЛИДИРУЮЩЕЙ
(та, направление синтеза которой такое же,
как направление движения реплитикативной вилки).
А вторая цепь называется ОТСТАЮЩЕЙ
(та, направление синтеза которой не совпадает
с направлением движения репликативной вилки).

Из-за несовпадения направления синтеза отстающей цепи
с направлением движения репликативной вилки
отстающая цепь синтезируется более мелкими участками, чем ведущая –
это участки отстающей цепи называются фрагментами Оказаки – см. далее.

Ведущая цепь синтезируется непрерывно
от одной точки репликации до другой (точки ori),
то есть в рамках репликона,
синтез ведущей дочерней цепи катализируется ДНК-полимеразой дельта (;), которая присоединяет по 100 нуклеотидов в секунду.

Таблица «Дочерние цепи при репликации ДНК»
(сначала прочтите про 3-й и 4-й этап репликации)
Ведущая цепь Отстающая цепь
1. Совпадает ли направление синтеза дочерней цепи с направлением движения репликативной вилки совпадает Не совпадает
2. Синтезируется ли цепь непрерывно в рамках репликона непрерывно Фрагментами
(Оказаки)
3. Какими ферментами синтезируется ДНК-полимераза ; Праймаза = ДНК-ПМ ;,
ДНК-ПМ ;, ДНК-ПМ ;, ДНК-лигаза (сшивает)

Направление «чтения» матричных цепей.

Из-за антипараллельности матричной цепи и дочерней цепи
получается, что при синтезе дочерней цепи в направлении от 5’ конца к 3’ концу
матричная цепь считывается в противоположной направлении,
то есть от 3’ конца – к 5’ концу.

3-й этап репликации. Начало синтеза дочерних цепей ДНК.

Дочерние цепи ДНК должны состоять и синтезироваться из дезоксинуклеотидов.
Но в самом начале синтеза дочерних цепей используются не дезоксинуклеотиды,
а рибонуклеотиды, которые впоследствии заменяются дезоксинуклеотидами.
Такова особенность репликации ДНК.

Из рибонуклеотидов образуется короткая цепочка длиной от 10 до 200 рибонуклеотидов,
которая является олигорибонуклеотидом и называется ПРАЙМЕРОМ
(от английского слова prime – первый).
Праймер является короткой РНК.
Фермент, который синтезирует праймер, называется ПРАЙМАЗОЙ
или ДНК-полимеразой ;.
Хотя и синтезирует он не ДНК, а РНК, хоть даже это и является этапом при синтезе ДНК.

Праймер, как и РНК, синтезируется из АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ.

При присоединении этих нуклеотидов два фосфата отщепляются,
чтобы дать энергию для присоединения нового нуклеотида
к предыдущему нуклеотиду растущей цепочки нуклеотидов (фосфодиэфирной связью).
В итоге состоит праймер из АМФ, ГМФ, УМФ и ЦМФ.

Так как синтез ДНК начинается с синтеза праймера,
то праймер называют ЗАТРАВКОЙ при репликации.

4-й этап репликации.

К последнему (рибо)нуклеотиду праймера
присоединяется ДЕЗОКСИнуклеотид,
к этому первому дезоксинуклеотиду
присоединяется второй дезоксинуклеотид и т.д. –
пока на пути не встретятся нуклеотиды другого праймера.

Таким образом происходит наращивание последовательности (цепочки) уже дезоксинуклеотидов, то есть ДНК-овой цепочки.
Фермент, который катализирует этот процесс, называется ДНК-полимеразой (;, то есть эпсилон – это можно не запоминать).

После этого происходит удаление (рибо)нуклеотидов праймера
и их замена дезоксинуклеотидами
за счёт их присоединения к дезоксинуклеотидам синтезируемой цепочки ДНК.

В итоге образуется участок ДНК, который называется фрагментом Оказаки
(от первого дезоксинуклеотида, присоединявшегося к праймеру,
по последний дезоксинуклеотид из числа присоединённых
вместо нуклеотидов праймера).

После удаления праймера
и его замены на цепочку из дезоксинуклеотидов
остаётся соединить последний нуклеотид данного участка ДНК
с первым дезоксинуклеотидом соседнего участка ДНК
за счёт образования фосфодиэфирной связи между этими нуклеотидами.

То есть соединить нужно последний нуклеотид одного фрагмента Оказаки и первый нуклеотид соседнего фрагмента Оказаки.

Соединение двух соседних нуклеотидов
за счёт образования фосфодиэфирной связи
катализируется ферментом ДНК-лигаза,
который образует связь за счёт энергии расщепления АТФ.
Так как оба соединяемых нуклеотида содержат по одному фосфату.

Сравнение ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы.

ДНК-полимераза ПРИСОЕДИНЯЕТ новые нуклеотиды
и этим удлиняет синтезируемую цепь нуклеотидов,

а ДНК-лигаза НЕ присоединяет нуклеотиды и не удлиняет цепь, не наращивает –
она только соединяет уже «установленные» нуклеотиды между собой.

ДНК-полимераза образует ФДЭ связь за счёт энергии,
выделяющейся при отщеплении двух из трёх фосфатов присоединяемого нуклеотида,
а ДНК-лигаза образует ФДЭ связь за счёт энергии, выделяющейся при расщеплении АТФ.

Субстраты при синтезе ДНК-овых цепочек:

При присоединении дезоксинуклеотидов используются 4 дезокси/нуклеотида:
дАТФ, дГТФ, дГТФ и дЦТФ, то есть дезокси/нуклеоЗид/ТРИфосфаты.

Из-за отщепления от каждого из них двух фосфатов
при образовании ФДЭ связей
ДНК состоит из дАМФ, дГМФ, дГТФ и дЦМФ,
то есть из дезокси/нуклеоЗид/МОНОфосфатов.

Таблица «Э т а п ы с и н т е з а Д Н К»

Этапы 1-6 относятся к репликации,
этап 7 не относится к репликации, но относится к синтезу ДНК.
На этапах 1-6 матрицей является ДНК (её матричные цепи),
а на этапе 7 матрицей является РНК (см. далее о теломерах).

Репликация ДНК дуплекса («удвоение» ДНК)
приводит к образованию двух дуплексов
(до деления клетки эти дуплексы связаны между собой) –
это нужно для того, чтобы при делении клетки (путем митоза) каждая из двух новых клеток получила по дуплексу.

Образованные после репликации два новых дуплекса называются хроматидами
(эти хроматиды после разделения и образования новых клеток станут называться хромосомами).

(Приставка « олиго- »означает «несколько»)
Способ репликации ДНК называется полуконсервативным, потому что в каждом из двух новых дуплексов:
одна цепь – из прежнего дуплекса (служившая при репликации матричной цепью),
а вторая цепь – синтезирована при репликации (называлась при репликации дочерней цепью).

Соединение нуклеотидов синтезируемой дочерней цепи происходит так – к нуклеотиду матричной цепи водородными связями присоединяется комплементарный ей первый нуклеотид (НТФ) данного участка синтезируемой цепи.
Затем ко второму (в направлении 3; ; 5;) нуклеотиду матричной цепи водородными связями присоединяется комплементарный ему второй нуклеотид (НТФ) синтезируемой цепи
(при этом направление синтеза дочерней цепи получается противоположным направлению чтения матричной цепи – 5; ; 3;, то есть от 5; конца к 3; концу.).
После этого происходит образование фосфодиэфирной связи между двумя нуклеотидами (первым и вторым) синтезируемой цепи (при этом два фосфата второго нуклеотида отщепляются, и за счет энергии, которая выделяется при их отщеплении, образуется ФДС).
Затем к третьему нуклеотиду матричной цепи водородными связями присоединяется комплементарный ему 3-й нуклеотид синтезируемой цепи. После этого происходит образование фосфодиэфирной связи между вторым и третьим нуклеотидами синтезируемой цепи. И так далее.

У ядерной ДНК человека и эукариот есть концы,
то есть она не замкнутая. На её концах есть особые участки.
Теломеры – это концы хромосом.
Теломераза – это фермент, который способен образовывать теломеры.

После удаления праймера
образующаяся на его месте «пустота» брешь заполняется нуклеотидами
за счёт их присоединения к участку ДНК соседнего участка репликации
(см. выше 5-й этап репликации).

Но НА КОНЦАХ ДНК таких участков нет (по определению),
удлинением которых можно было бы заполнить брешь.

Поэтому после удаления праймера на конце ДНК
остающаяся на его месте брешь остаётся незаполненной нуклеотидами,
то есть ДНК получается укороченной.

Из-за большого количества делений клеток
такое укорочение ДНК при каждой репликации привело бы к значительному укорочению ДНК,
а значит и к потере большого количества генов,
что привело бы к гибели и повреждению клеток, нарушению их функций.

Поэтому на концах хромосом человека есть специальные участки,
которым можно укорачиваться и терять при репликации ДНК и делении клеток.

Эти концевые участки ДНК называются теломерами.
Благодаря теломерам при делении клеток не теряются гены,
то есть дочерние клетки получают все гены, которые были в материнской клетке.

Но так как теломеры укорачиваются при каждом делении клетки, то после очередного делении клетки теломерные участки хромосом «заканчиваются», после чего при следующих делениях (если клетка будет делиться) при укорочениях ДНК будут теряться уже гены, что может привести к гибели клеток.

Чтобы этого избежать – в некоторых клетках есть фермент, способный образовывать теломеры.
Этот фермент называется теломеразой.
Пока этот фермент может работать – теломерные участки не «закончатся», и клетка может делиться вечно.

Теломераза работает в часто делящихся клетках быстро пролиферирующих тканей
(иначе они не смогли бы часто делиться из-за укорочения ДНК и потери генов) –
в эмбриональных клетках, в предшественниках клеток крови, смерматозоидов и т.д.

В не делящихся или редко делящихся клетках
теломераза не нужна, поэтому в них она перестаёт работать.

В ходе онтогенеза во многих соматических клетках активность теломеразы снижается
(или снижается её синтез за счёт подавления (репрессии) транскрипции гена, кодирующего теломеразу, на ранних этапах эмбриогенеза),

поэтому при делениях этих клеток теломеры не образуются,
что приводит
к укорочению ДНК при каждом делении
и к ухудшению качества клеток в каждом новом поколении клеток.

Это считается одним из механизмов старения
(другие механизмы – это повреждение тканей активными формами кислорода,
особенно ДНК митохондрий п.27 и 76),
гликозилированием белков (п.37 и 103),
аутоиммунными процессами,
отложениями амилоидов п.83 и 79 и т.д.).

Предполагают, что
возобновление работы гена теломеразы в таких соматических клетках могло бы помочь замедлить старение.
Или внедрение гена теломеразы в клетки.

Для возобновления синтеза теломеразы в клетке нужно
или удалить факторы, подавляющие синтез теломеразы (репрессирующие) или ингибирующие её,
или привнести в клетку факторы, стимулирующие синтез теломеразы (индуцирующие факторы п.85) или активирующие.

Патологический аспект теломеразы.

При превращении клеток в опухолевые (п.87) происходит
возобновление работы гена теломеразы,
которое позволяет клетке делиться вечно –
иначе из-за укорочения ДНК опухолевые клетки не могли бы делиться бесконечно.

Но сама по себе работа теломеразы не превращает клетку в опухолевую (п.87). Работа теломеразы – необходимое,
но не единственное условие превращения клетки в опухолевую.
Предполагают, что прекращение работы теломеразы в опухолевых клетках
могло бы прекращать рост опухоли
и стать одним из методов лечения онкологических заболеваний.

Прекратить работу теломеразы, как и любого белка,
можно за счёт ингибирования её молекул
или за счёт подавления синтеза её молекул (то есть за счёт репрессии).

Это один из примеров того, что для успешного поиска и нахождения новых методов лечения полезно знать биохимию и изучать молекулярные основы здоровья и болезней.

78. 4. Репликация и клеточный цикл.

Репликация происходит перед делением клетки – перед митозом.
Чтобы после митоза в дочерних клетках оказалось столько же ДНК,
сколько было в материнской клетке.
В клеточном цикле выделяют 4 фазы.
Фаза, в которой происходит митоз, называется M-фазой.
Фаза клеточного цикла, в которую происходит репликация (синтез ДНК) называется фазой синтеза или S-фазой.
Фаза после S-фазы и перед M фазой называется постсинтетической (G2 фазой),
фаза после М-фазы фазы и перед S-фазой называется пресинтетической (G1).

После митоза клетка может не готовиться к новому делению
(например, нейроны почти не делятся в течение жизни) и находиться в G0-фазе.

Переход клетки от одной фазы клеточного цикла к другой
регулируется гормонами и внутриклеточными белками.

Некоторые из белков, регулирующих клеточный цикл, называют ЦИКЛИНАМИ.

Циклины выполняют функцию активаторов тех протеинкиназ,
которые участвуют в делении клетки.
Образование комплексов циклинов
с активируемыми ими протеинкиназами
(с циклин-зависимыми протеинкиназами) способствует делению клетки.

Циклины и активируемые ими протеинкиназы могут рассматриваться субъединицами единого комплекса (олигомера – см. п.59).

Точность регуляции клеточного цикла и репликации очень важна:
если деление клеток не происходит,
то это препятствует процессам заживления повреждений тканей,
а также процессам образования новых клеток эпителия или новых клеток крови и т.д. (см. п.35).

А если деление клеток происходит больше, чем нужно, то возникает риск разрастания ткани – см. п.87.

Источник

Как настроить или установить

Репликация что это

Репликация что это

Значение слова «репликация»

реплика́ция

Делаем Карту слов лучше вместе

Репликация

Полезное

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Полезное

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Путеводитель по репликации баз данных

Блочная репликация

Физическая репликация

Логическая репликация

Репликация триггерами

Использование журналов СУБД

Использование CDC

Прикладная репликация

Так что же лучше?

РЕПЛИКАЦИЯ

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

Репликация

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

репликация

Смотреть что такое «репликация» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Репликация ДНК

Значение слова репликация

Репликация в словаре кроссвордиста

репликация

Репликация ДНК: учебное пособие

Оглавление

Процесс репликации ДНК

Параграф 78. репликация днк, теломеры

Добавить комментарий Отменить ответ

Репликация что это

Значение слова «репликация»

реплика́ция

Делаем Карту слов лучше вместе

Репликация

Полезное

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Полезное

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Путеводитель по репликации баз данных

Блочная репликация

Физическая репликация

Логическая репликация

Репликация триггерами

Использование журналов СУБД

Использование CDC

Прикладная репликация

Так что же лучше?

РЕПЛИКАЦИЯ

Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:

Репликация

Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:

репликация

Смотреть что такое «репликация» в других словарях:

РЕПЛИКАЦИЯ

Репликация ДНК

Значение слова репликация

Репликация в словаре кроссвордиста

репликация

Репликация ДНК: учебное пособие

Оглавление

Процесс репликации ДНК

Параграф 78. репликация днк, теломеры

Вам также понравится

какие пособия положены матерям одиночкам в 2021 году и льготы

заявление о снятии с регистрационного учета по решению суда

заявление о переводе заключенного по месту жительства образец заполнения

Добавить комментарий Отменить ответ