Генератор схем репликации ДНК
Схемы репликации ДНК с подписями: репликативная вилка с геликазой, праймазой, полимеразой и лигазой, ведущая и отстающая цепи с фрагментами Оказаки, репликативный глазок и теломераза. Подходят для уроков биологии.
Примеры схем репликации ДНК
Четыре схемы репликации ДНК: вилка со всеми подписями, простая общая схема, лидирующая и отстающая цепи и пустой лист. Каждая — реальный рендер своего промпта; нажмите, чтобы загрузить промпт и изменить его.
Ферменты репликации ДНК и их функции на схеме с подписями
Белки, которые обычно показывают на подписанной схеме репликации, их функции и место на вилке. Это набор подписей по умолчанию, если вы не попросите сократить его.
| Фермент или белок | Функция | Где изображать |
|---|---|---|
| Хеликаза | Раскручивает двойную спираль, разрывая водородные связи между парами оснований за счёт АТФ | На острие вилки, где расходится родительская спираль |
| SSB-белки (связывающие одноцепочечную ДНК) | Покрывают разделённые цепи, не давая им снова спариться | Вдоль обеих открытых одиночных цепей |
| Топоизомераза | Снимает сверхспирализацию перед вилкой, временно разрезая и вновь сшивая ДНК | На ещё не раскрытой двойной спирали перед вилкой |
| Праймаза | Синтезирует короткие РНК-праймеры — стартовые точки для ДНК-полимеразы | На матрицах; на отстающей цепи — по праймеру на каждый фрагмент Оказаки |
| ДНК-полимераза III | Основной фермент репликации у бактерий: присоединяет нуклеотиды в направлении 5′→3′ | На обеих новых цепях, начиная от праймеров |
| Скользящий зажим | Кольцо, удерживающее ДНК-полимеразу на ДНК по мере её движения | Вокруг ДНК у каждой полимеразы |
| ДНК-полимераза I | Удаляет РНК-праймеры и заполняет бреши ДНК | На отстающей цепи, у праймеров готовых фрагментов |
| ДНК-лигаза | Сшивает разрывы, образуя фосфодиэфирные связи | Между соседними фрагментами Оказаки |
Сколько подписей нужно, зависит от курса. В базовом школьном курсе часто достаточно хеликазы, ДНК-полимеразы и лигазы; в профильном курсе и при подготовке к ЕГЭ добавляют праймазу, скользящий зажим и различие ДНК-полимераз I и III. Укажите нужные подписи — будут нарисованы только они.
Репликационная вилка, пузырь, фрагменты Оказаки: схемы репликации ДНК по теме
Репликацию ДНК рисуют в трёх масштабах — вся молекула, которая копирует себя, один репликационный пузырь или ферменты одной вилки, — а некоторые рисунки ещё крупнее показывают один фермент. Скажите, что нужно; по умолчанию — полная вилка, как выше.
Репликационная вилка
Буква Y, где родительская спираль расходится: хеликаза на острие, SSB-белки на раскрытых цепях, топоизомераза на ещё не раскрученной спирали впереди, лидирующая цепь растёт непрерывно к вилке, а отстающая — фрагментами Оказаки от неё. На каждом конце цепи должно стоять 5′ или 3′; прежде всего проверьте, что две матрицы антипараллельны.
Репликационный пузырь (глазок)
Точка начала репликации, раскрытая в пузырь, с вилкой на каждом конце; вилки расходятся — репликация двунаправленная. Каждая матричная цепь копируется как лидирующая в одной вилке и как отстающая в другой, поэтому фрагменты Оказаки по двум сторонам пузыря лежат на разных цепях. Частая ошибка — рисовать их на одной и той же цепи в обеих вилках.
Лидирующая и отстающая цепь (фрагменты Оказаки)
Крупный план двух новых цепей: одна непрерывная лидирующая цепь от единственного праймера и отстающая цепь из фрагментов — около 1000–2000 нуклеотидов каждый у бактерий, 100–200 у эукариот, — каждый начат своим РНК-праймером. Покажите самый новый фрагмент у вилки ещё с праймером, более старый, у которого ДНК-полимераза I заменяет праймер на ДНК, и ДНК-лигазу, зашивающую последний разрыв.
Этапы репликации ДНК
Процесс по пронумерованным шагам, на вилке или блок-схемой: хеликаза раскрывает спираль в точке начала, SSB-белки удерживают цепи врозь, а топоизомераза снимает напряжение скручивания впереди, праймаза ставит РНК-праймеры, ДНК-полимераза III удлиняет их в направлении 5′→3′, ДНК-полимераза I заменяет праймеры на ДНК, а ДНК-лигаза соединяет фрагменты.
ДНК-полимераза
Одна полимераза на стыке праймера и матрицы: входящий нуклеотид спаривается со следующим основанием матрицы и присоединяется к свободному 3′-OH-концу новой цепи, при этом высвобождается пирофосфат. Если урок о корректорской правке, добавьте 3′→5′-экзонуклеазный центр: полимераза отступает назад и удаляет неправильно спаренное основание, прежде чем продолжить.
Хеликаза
Хеликаза в виде кольца из шести субъединиц вокруг одной цепи, которое за счёт АТФ расталкивает две цепи в вилке; позади неё цепи покрыты SSB-белками, а впереди топоизомераза снимает сверхскручивание.
Теломераза
Проблема концевой недорепликации и её решение. Когда удаляется последний РНК-праймер на конце линейной хромосомы, промежуток нечем заполнить, и каждый раунд укорачивал бы хромосому. Теломераза несёт собственную РНК-матрицу и добавляет повторы TTAGGG к 3′-концу выступающей цепи. Она активна в половых клетках и взрослых стволовых клетках, но не в большинстве соматических клеток взрослого организма.
Репликация ДНК у прокариот и эукариот
Рядом: кольцевая бактериальная хромосома, которая копируется от одной точки начала, а две её вилки встречаются на противоположной стороне; линейная эукариотическая хромосома со множеством точек начала, пузыри которых растут, пока не сольются. Подпишите различия: около 1000 нуклеотидов в секунду против 50–100, ДНК-полимераза III против полимераз α, δ и ε, β-зажим против PCNA и теломераза только у эукариот.
Простой рисунок репликации ДНК
Лестница, которая расстёгивается посередине, как молния, каждая половина спаривается с новыми основаниями, а в конце — две одинаковые молекулы. Если старые цепи нарисовать одним цветом, а новые другим, полуконсервативный результат виден без единого слова объяснения. Не больше пяти подписей — для первого урока генетики.
Что показывает схема репликации ДНК?
Схема репликации ДНК показывает, как клетка копирует свою ДНК в репликационной вилке: хеликаза разделяет две цепи, праймаза ставит короткие РНК-праймеры, ДНК-полимераза строит каждую новую цепь в направлении 5′→3′ (лидирующую непрерывно, отстающую фрагментами Оказаки), а ДНК-лигаза сшивает разрывы. В каждой готовой молекуле одна цепь старая, другая новая.
Коротко
- Репликация полуконсервативна. Каждая дочерняя молекула сохраняет одну родительскую цепь и достраивает к ней новую — это показали Мезельсон и Сталь, выращивая E. coli сначала на тяжёлом, затем на лёгком азоте.
- Новая ДНК растёт только в направлении 5′→3′. ДНК-полимераза присоединяет нуклеотиды только к свободному 3′-OH-концу, поэтому каждая новая цепь начинается с праймера и антипараллельна своей матрице.
- Одна новая цепь непрерывна, другая собирается из кусков. Лидирующая цепь растёт к вилке от одного праймера; отстающая — от вилки, короткими фрагментами Оказаки, у каждого свой РНК-праймер.
- Праймеры состоят из РНК и заменяются. Праймаза синтезирует РНК-праймеры длиной около 5–10 нуклеотидов; у бактерий ДНК-полимераза I заменяет их на ДНК, а ДНК-лигаза сшивает оставшиеся разрывы.
- У бактерий одна точка начала, у эукариот — много. E. coli копирует хромосому длиной 4,6 млн пар оснований от единственной точки начала репликации примерно за 42 минуты; в геноме человека таких точек до 100 000.
Лидирующая и отстающая цепь: в чём разница?
Лидирующая цепь синтезируется непрерывно в сторону репликационной вилки от одного праймера; отстающая — в сторону от вилки короткими фрагментами Оказаки, каждый со своим РНК-праймером, которые затем сшивает ДНК-лигаза. Обе растут в направлении 5′→3′: разница возникает потому, что две матричные цепи антипараллельны.
| Лидирующая цепь | Отстающая цепь | |
|---|---|---|
| Направление синтеза | К репликационной вилке | От репликационной вилки |
| Способ синтеза | Непрерывно, одним куском | Прерывисто, фрагментами Оказаки |
| РНК-праймеры | Один, в начале | По одному на каждый фрагмент Оказаки |
| Матрица | Комплементарна родительской цепи 3′→5′ | Комплементарна родительской цепи 5′→3′ |
| Основная полимераза у E. coli | ДНК-полимераза III | ДНК-полимераза III |
| Основная полимераза у эукариот | ДНК-полимераза ε | ДНК-полимераза δ |
| После синтеза | Её единственный праймер заменяется на ДНК | Каждый праймер заменяется, ДНК-лигаза сшивает фрагменты |
Изображайте отстающую цепь рядом коротких отрезков со стрелками, направленными от вилки; самый новый фрагмент у вилки ещё несёт свой РНК-праймер. Отстающая цепь в виде одной сплошной стрелки или со стрелками к вилке — первая ошибка, которую стоит проверить.
Частые вопросы о схеме репликации ДНК
Что должно быть на подписанной схеме репликации ДНК?
Стандартный набор: родительская ДНК, репликационная вилка, хеликаза, SSB-белки, топоизомераза, праймаза с РНК-праймерами, ДНК-полимераза III, лидирующая цепь, отстающая цепь с фрагментами Оказаки, ДНК-полимераза I и ДНК-лигаза, а также отмеченные 5′- и 3′-концы. Это рисуется по умолчанию; попросите меньше подписей — останутся только они.
Что такое репликационный пузырь?
Раскрытый участок ДНК вокруг точки начала репликации, на каждом конце которого стоит репликационная вилка, и вилки расходятся в разные стороны. Поскольку репликация идёт от точки начала в обе стороны, пузырь растёт, пока не встретится с соседними. На эукариотической хромосоме одновременно образуется много пузырей; у кольцевой хромосомы E. coli точка начала одна, и две её вилки встречаются на противоположной стороне кольца.
Почему отстающая цепь синтезируется фрагментами Оказаки?
Потому что ДНК-полимераза синтезирует только в направлении 5′→3′, а две матричные цепи антипараллельны. На одной матрице это направление смотрит в вилку, и синтез идёт непрерывно; на другой — от вилки, и полимеразе приходится начинать заново с нового праймера каждый раз, когда вилка открывает новый участок матрицы.
Чем хеликаза отличается от топоизомеразы?
Хеликаза разделяет две цепи в вилке, разрывая водородные связи между парами оснований; топоизомераза работает перед вилкой и снимает сверхспирализацию, которую создаёт расплетание. Для этого она временно разрезает ДНК и снова её сшивает.
Что делает праймаза и зачем нужны РНК-праймеры?
Праймаза синтезирует короткие РНК-праймеры длиной около 5–10 нуклеотидов, которые дают ДНК-полимеразе нужный ей свободный 3′-OH-конец. Сама начать цепь ДНК-полимераза не может. Лидирующей цепи нужен один праймер, отстающей — по одному на каждый фрагмент Оказаки.
Чем ДНК-полимераза I отличается от ДНК-полимеразы III?
У E. coli ДНК-полимераза III — основной фермент репликации, удлиняющий обе новые цепи; ДНК-полимераза I удаляет РНК-праймеры и заменяет их на ДНК. Затем ДНК-лигаза сшивает разрыв между каждым заменённым праймером и соседним фрагментом.
Почему репликацию ДНК называют полуконсервативной?
Потому что каждая новая молекула ДНК сохраняет одну из двух исходных цепей и достраивает к ней новую. Мезельсон и Сталь выращивали E. coli на тяжёлом, затем на лёгком азоте: через одно поколение ДНК давала одну полосу промежуточной плотности, через два рядом появлялась лёгкая полоса — такую картину даёт только полуконсервативная репликация.
Чем репликация у эукариот отличается от репликации у прокариот?
Эукариоты начинают репликацию во многих точках каждой хромосомы — до 100 000 по всему геному человека — со скоростью около 50–100 нуклеотидов в секунду, тогда как у E. coli одна точка начала и около 1000 нуклеотидов в секунду. Кроме того, у эукариот другие полимеразы (α, δ и ε), зажим PCNA, РНКаза H для удаления праймеров и теломераза на концах хромосом.
Можно ли сделать простой рисунок репликации ДНК для младших классов?
Да: попросите простую общую схему, и на ней останется главное: раскрывающаяся двойная спираль, каждая старая цепь в паре с новой и две одинаковые молекулы в конце. Для базового курса обычно хватает пяти подписей или меньше.
Как инструмент сохраняет правильное направление цепей и расположение ферментов?
Предметные требования встроены. Каждое изображение должно следовать стандартной учебной схеме — цепи антипараллельны, новая ДНК растёт в направлении 5′→3′, фрагменты Оказаки только на отстающей цепи — с точным написанием каждой подписи на прямой выносной линии. Перед печатью сверьте термины со своей программой: на холсте любую подпись можно исправить на месте.
Можно ли использовать схему репликации ДНК отсюда в лекции или в статье?
Да: схемы репликации, которые вы создаёте, принадлежат вам — для рабочих листов по генетике, лекционных слайдов, отчётов по практикуму и дипломных работ. Экспорт — до 4K в зависимости от модели.
Можно ли потом расшифровать названия ферментов или перевести подписи?
Да. Холст распознаёт каждую подпись: можно заменить «SSB-белки» на «белки, связывающие одноцепочечную ДНК», перевести набор, отодвинуть подпись от вилки или перекрасить новые цепи, не создавая рисунок заново.
Источники
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Инструменты
Нарисуйте схему репликации ДНК
От одной строки текста до репликационной вилки с подписанными ферментами и обеими цепями — примерно за минуту.
Начать