ЛЕКЦИИ

по курсу “Молекулярная биология”

Доц. каф. микробиологии и вирусологии

Соколова Ирина Евгеньевна

Тема 1. Репликация (синтез днк) План

1. Молекулярные механизмы важнейших процессов клетки.

2. Характеристика процесса репликации.

3. Гипотетические механизмы репликации.

4. Ферменты и белки, принимающие участие в репликации.

5. Стадии репликации: инициация, элонгация, терминация (на примере E.coli).

6. Отличия репликации у эукариот и прокариот.

7. Тип репликации.

8. Проблема репликации линейных концов ДНК. Теломераза.

1. Молекулярные механизмы важнейших процессов клетки.

Помимо изучения структуры и функции ДНК, в задачи молекулярной биологии входит изучение сложнейших механизмов клетки на молекулярном уровне. К таким механизмам относят:

• репликация – синтез ДНК, обеспечивающий воспроизведение генетической информации;

• экспрессия генов – перевод информации с ДНК на белок, сначала путем транскрипции, а затем – трансляции на рибосомах;

• регуляция экспрессии генов с использованием различных механизмов: позитивного и негативного контроля, индукции и репрессии, аутогенного контроля, катаболитной репрессии, аттенуации и др.;

• процессы изменчивости генов: молекулярные механизмы мутации, рекомбинации, транспозиции;

• репарация - восстановление повреждений ДНК, приобретенных в результате мутаций, рекомбинаций, транспозиций (прямая репарация, эксцизионная, SOS-индуцированная, пострепликативная и др. виды репарации).

В последние годы одними из важнейших задач молекулярной биологии стали: изучение генома человека и др. организмов, исследование рака, механизмов старения, апоптоза (запрограммированной гибели клетки), СПИДа, наследственных заболеваний, взаимодействия вируса и клетки-хозяина и др.

2. Характеристика процесса репликации

Репликация – это сложный процесс копирования (удвоения) ДНК, который обеспечивается генами самой ДНК. Репликация играет важную роль в прохождении таких процессов, как репарация, рекомбинация и транспозиция. Даже существование вирусов было бы не возможно без удвоения их нуклеиновых кислот. От слаженности этого процесса в конечном итоге зависит продолжительность жизни всех организмов.

3. Гипотетические механизмы репликации.

В 1953г. Уотсон и Крик, сразу после создания модели ДНК, высказали предположение, что удвоение ДНК должно происходить путем разрыва водородных связей между двумя комплементарними цепями, и при этом каждая цепь является матрицей для синтеза новой дочерней цепи. При делении клетки надвое, в каждую половинку попадает ДНК, состоящая из 1 старой и 1 новой цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным. Учеными было предложено на рассмотрение еще 2 других гипотетических механизма репликации: консервативный и диспересивный. Встречаются значительно реже.

Консервативный механизм предполагал следующее: на одной из материнских цепей осуществляется синтез дочерней цепи, а образованная дочерняя цепь служит матрицей для синтеза еще одной дочерней цепи. Но после деления клетки в одну половинку попадает 2 старых цепи ДНК, а в другую – 2 новых. Этот механизм довольно случаен и почти не встречается в природе, т.к. невыгоден из-за возможного накопления мутаций в половине клеток популяции.

Дисперсивный механизм: подразумевал возможность рекомбинаций. После такой репликации в дочерних клетках должны оказаться ДНК, состоящие из фрагментов старого и нового материала (у эукариот это происходит в результате кроссинговера, но не репликации).

В 1957 г. Мезелсон и Сталь экспериментально доказали наличие у Е.coli полуконсервативного механизма репликации.