Авторепродукция генетического материала

Способность к самокопированию (репликации) является одним из основных свойств ДНК. Это свойство обеспечивается особенностями химической организации молекулы ДНК, состоящей из двух комплементарных цепей. В процессе редупликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарная ей цепь. Из одной двойной спирали ДНК образуется две идентичные молекулы. Такой способ редупликации называют полуконсервативным. Он осуществляется по матричному принципу. На слайде № 3 показан механизм полуконсервативного способа удвоения ДНК. Для осуществления ауторепродукции необходимы синтетические процессы в цитоплазме, ведущие к образованию четырех типов нуклеотидов, необходимы ферменты – белки для полимеризации полинуклеотидной цепи, необходимы источники энергии и наличие других внутриклеточных условий. С помощью фермента геликазы двойная спираль ДНК расплетается. Образовавшиеся при этом одноцепочечные участки связываются специальными дестабилизирующими белками. Молекулы этих белков выстраиваются вдоль полинуклеотидных цепей, растягивая их остов и делая азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами, находящимися в нуклеоплазме. Области расхождения полинуклеотидных цепей в зонах репликации называют репликационными вилками. В каждой такой области при участии фермента ДНК - полимеразы синтезируются ДНК двух новых дочерних молекул. В процессе синтеза репликационная вилка движется вдоль материнской спирали ДНК, захватывая все новые зоны.

Разделение спирально закрученных цепей родительской ДНК ферментом геликазой вызывает появление супервитков перед репликационной вилкой. Это объясняется тем, что при расхождении каждых 10 пар нуклеотидов, образующих один виток спирали, родительская ДНК должна совершить один полный оборот вокруг своей оси. Следовательно, для продвижения репликационной вилки вся молекула ДНК перед ней должна была бы быстро вращаться, что потребовало бы большой затраты энергии. В действительности это не наблюдается благодаря особому классу белков, называемых ДНК-топоизомеразами. Топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК, что дает ей возможность вращаться вокруг второй цепи. Это ослабляет накопившееся напряжение в двойной спирали ДНК.

Из двух реплицируемых дочерних цепей одна реплицируется непрерывно и ее синтез идет быстрее. Эту цепь называют лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, т. к. она собирается из отдельных фрагментов Оказаки. Фрагменты образуются с помощью РНК-затравки. Роль затравки для синтеза полинуклеотидных цепей ДНК в ходе репликации выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участии фермента РНК-праймазы Одна из нитей ДНК разрезается на фрагменты с помощью фермента рестриктазы, вновь синтезированные отдельные фрагменты сшиваются вместе с помощью фермента лигазы. Такую цепь называют запаздывающей. Конечным результатом процесса репликации является образование двух молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых идентична таковой в материнской двойной спирали ДНК.

В принципах самоудвоения молекулы ДНК заложена основа устойчивого сохранения всей специфики генетической информации данного вида и данной особи. Это обусловлено комплементарностью при достройке молекулы ДНК. В результате вновь синтезированная молекула ДНК воспроизводит всю специфику исходной молекулы.

Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до другой точки образует единицу репликации - репликон. Кольцевые молекулы ДНК прокариот имеют одну точку начала репликации и представляют собой целиком отдельные репликоны. Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов. В связи с этим, удвоение ДНК хромосом эукариот начинается в нескольких точках. В разныхрепликонах удвоение может идти в разное время или одновременно.Авторепродукция генетического материала у вирусов и бактерий идет на уровне молекул ДНК. У эукариотов материальная основа генетической информации - ДНК, соединяется с белками и образует хроматин. Ауторепродукция хромосом у высших организмов была доказана в опытах Тейлора, Вудса и Хигиса с использованием авторадиографии хромосом. Опыты этих ученых доказали, что ауторепродукция хромосом высших форм также подчиняется законам ауторепродукции молекул ДНК. Она идет по типу полуконсервативной ауторепродукции. Когда количество ДНК в клетке удваивается, каждая хромосома представлена двумя хроматидами каждая из которых содержит двойную нить ДНК. Ауторепродукция молекулы ДНК составляет основу самоудвоения генетической информации записанной в хромосомах.

Процесс репликацию ДНК происходит с участием множества ферментов. Для осуществления редупликации, цепи материнской молекулы ДНК отдаляются друг от друга. Водородные связи между ними разрушаются геликазой. Область расхождения полинуклиотидных цепей в зонах репликации называют репликационными вилками. В каждой такой области при участии фермента ДНК- полимеразы к освободившимся водородным связям нуклеотидных последовательностей присоединяются свободные нуклеотиды из нуклеоплазмы. Из двух реплицируемых дочерних цепей одна реплицируется непрерывно и синтез ее идет быстрее. Эту цепь назвали лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, т.к. она собирается из отдельных фрагментов. Такую цепь называют запаздывающей. Ферменты рестриктазы сначала разрезают ее на отдельные фрагменты, затем каждый фрагмент реплицируется отдельно и только потом происходит объединение реплицированных фрагментов в единое целое с помощью лигазы.

Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до другой точки образует единицу репликации – репликон. Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов. В связи с этим редупликация хромосом эукариот начинается в нескольких точках. В разныхрепликонах репликация может идти в разное время или одновременно.

Репликация ядерной ДНК происходит в определенный период жизненного цикла клетки – синтетический период интерфазы. Авторепродукция хромосом и последующее за нее деление клетки направлены но то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации, имевшуюся в исходной родительской клетке. Чередование двух этих важных процессов составляют основу клеточного цикла. Клеточный цикл означает многократное повторение последовательных событий, занимающих определенный отрезок времени. (7; стр. 115-118)

Библиографический список

1. «Биология» - В.Н. Ярыгина

2. «Биология» - Л.Б. Дайлидко

3. «Цитология» - Н.С. Стволинская

4. «Гистология. Эмбриология. Цитология» - Ю.И. Афанасьев, Н.А. Юрина

5. «Общая и частная гистология» - Р.П. Самусев, М.Ю. Капитонова

6. «Размножение организмов» - Р.Л. Петросова

7. «Репетитор по биологии» - Т.А. Шустанова