Shporgalki_dodelannye / Биология / Редупликация ДНК

Центральным явлением в процессах воспроизведения живого является ауторепродукция наследственных и других структур (ДНК, хромосомы, эписомы, плазмиды) и последующее деление клетки. Эти явления направлены, прежде всего, на то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации.
Для осуществления ауторепродукции необходимы синтетические процессы в цитоплазме, ведущие к образованию четырех типов нуклеотидов. Необходимы ферменты, для полимеризации полинуклеотидной цепи. Необходимы источники энергии , и др. условия. Синтез молекулы ДНК идет только при использовании обогащённых энергией нуклеотидов, они образуются в результате фосфорилирования, т.е. присоединения к ним пирофосфата АТФ. АТФ играет исключительно большую роль в жизни клетки, ибо она является тем веществом, которое запасает в себе энергию, освобождающуюся в организме при окислении органических соединений, а затем передает её разным молекулам, выполняя таким образом, работу в самых разных процессах клеточного метаболизма. Этот удивительный аккумулятор и переносчик энергии имеет в основе своей структуры адениловую кислоту, входящую в состав нуклеиновых кислот. ( у них химическое родство). От АТФ отрывается остаток фосфорной кислоты, который переносится на молекулу другого вещества. Именно эта реакция и лежит в основе активирования нуклеотидов. Неактивированные, они не принимают участие в редупликации ДНК. ( В 1953 году Уотсон и Крик заложили основу редупликации). Поэтому в результате разрыва водородных связей между комплементарными основаниями образуются одноцепочные полинуклеотиды ДНК. Каждый из них становится матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Репликация ДНК совершается в два этапа: сначала цепи полностью раскручиваются и разделяются, а затем каждая цепь по отдельности действует как матрица, образуя две новые двуспиральные молекулы ДНК. Эту гипотезу и предложили Уотсон и Крик в 1953г – полуконсервативный способ редупликации. Но это было только гипотетическое предположение . А Мессенсон и Сталь провели опыты на ряде поколений клеток E.Coli. Они использовали тяжелый изотоп азота ( N 15) . Таким образом, они показали полную правильность гипотезы Уотсона и Крика о полуконсервативном способе репликации ДНК. Но, сам процесс редупликации – сложный, и проходит In vivo. Что же нужно было доказать следующим этапом? Для синтеза ДНК in vitro так же необходимы все 4 фосфорилированных нуклеотида.
+ наличие особого фермента ДНК-полимеразы. Этот фермент обраружил Конберн. Он обнаружил первый фермент, способный синтезировать ДНК в пробирке и назвал его ДНК-полимераза. И в 1959г он ( Корнберг) вместе к Кочуа получил Нобелевскую Премию за исследование механизмов биологического синтеза ДНК и РНК . Какие опыты были проделаны: В пробирку помещали ДНК полимеразу , ДНК-затравку и нуклеотиды. Затравка необходима, т.к. сама полимераза не может определить последовательность нуклеотидов, она способна лишь достраивать регулярную улгеводно-фосфатную часть молекулы. Этот фермент может функционировать только в присутствии ДНК-затравки ( короткий участок синтеза, природная ДНК, которая содержится в ядре клетки) , которая определяет порядок расположения нуклеотидов в продукте синтеза. Они соединяются друг с другом, образуя новую полинуклеотидную цепь. Таким образом получается две идентичные молекулы ДНК.
Фрагмент ДНК от одной точки репликации то другой точки образует единицу репликации – репликон. Спираль родительской ДНК раскручивается, и ДНК цепи отделяются друг от друга. Происходит разрыв слабых цепей между полинуклеотдиными основаниями. Область расхождения полинуклеотдиных цепей в зонах репликации называется репликационной вилкой. В каждой такой области, при помощи РНК полимеразы к осовбодившимся водородным связям нуклеотидных последовательностей присоединяются свободные нуклеозид-фосфаты из нуклеоплазмы . В опытах так же было установлено, что комплементарные нити ДНК синтезируются в противоположных напрпавлениях, и каждый тип природной ДНК имеет уникальную динуклеотидную последовательность, не определяемую нуклеотидным составом. Вот что еще они выяснили: одна из двух реплицируемых дочерних цепей реплицируется непрерывно, и синтез её идет быстрее, эту цепь назвали лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, она собирается из отдельных фрагментов. Такую цепь назвали запаздывающей. Ферменты сначала разрезают её на отдельные фрагменты ( фрагменты Оказаки) ( рестриктаза) В 1978 была присуждена Нобелевская премия Смиту и Артберу за это открытие и Натансу. Вейс и Рихардсон открыли фермент ДНК-лигазу ( сшивает). Получается, что запаздывающая цепь разрезается на фрагменты Оказаки, а потом сшивается лигазой. Каждый фрагмент реплицируется отдельно, а потом происходит сшивание всех фрагментов в единую цепь. Полностью была подтверждена гипотеза Уотсона и Крика о структуре хромосомы и ДНК, и её репликации после разделения нитей посредством образования комплементарных нитей. Репликация ядерной ДНК происходит в синтетический период интерфазы ( S ) . Ауторепродукция хромосом и последующее деление клетки направлены на то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации клетки.
ДНК воспроизводится при каждом клеточном делении клетки. Экспериментально доказано, что одновременно с делением клетки, ДНК снимает с себя точные копии в процессе репликации. Во время клеточного деления водородные связи разрушаются, нити разделяются и на каждой строится точная копия.
Нуклеотид без дезоксирибозы – нуклеозил.
Идея матричного синтеза – Н. Кольцов.
В результате молекула ДНК редуплицируется и в каждой клетке оказывается по 1 полной копии. Реальный механизм редупликации изучен не полностью, особенно про человека. В каждой хромосоме ДНК самовоспроизводится отдельными кусочками — репликонами (фрагмент оказания). Средний размер ?30 мкм, тем самым в составе генома человека должно быть более 50 тысяч репликонов, которые синтезируются в среде как независимые организмы. Это имеет глубокий биологический смысл. Если бы каждая из молекул ДНК самовоспроизводилась от начала до конца при скорости 0,5 мкм/м, то у хромосомы длиной 7-8 см репликация заняла бы 140 тысяч минут (?3 месяца).благодаря полирепликационному строению весь процесс длится около 12 ч.