Передача генетичної інформації в ряді клітинних поколінь
У земному житті способом утворення нових клітин є мітотичний поділ вже існуючих. Цей процес організований у формі митотического (пролиферативного) циклу, вирішального найважливішу біоінформаційні-генетичну задачу – забезпечення клітин дочірніх поколінь генетичною інформацією, повноцінної в кількісному і якісному (смисловому) відношенні. Структура циклу і принципи його регуляції розглянуті в розділі 3. Тут же мова йде про процес самокопірованія (самовідтворення) або репліка-ціі1 ДНК у синтетичному (S) періоді інтерфази митотического циклу або ж у гаметогенезі – перед першим поділом мейозу.
Генетичний матеріал еукаріот має хромосомну організацію. У кожній хромосомі знаходиться комплекс з двох взаімокомплементарних молекул (ланцюгів) ДНК, закручених у спіраль. У ході реплікації уздовж кожної такої молекули (ланцюги) “будується” комплементарная полинуклеотидная ланцюг. Реплікація ДНК, таким чином, являє собою симетричний процес в тому сенсі, що обидві молекули биспирали виконують роль матриць. Дезоксирибонуклеотидів шикуються в дочірню молекулу згідно з правилом комплек-ментарной: аденіловий нуклеотид (А) постає в пару з тимідилової (Т), а гуаніловий (Г) з цітіділовим (Ц) і навпаки. У підсумку на основі однієї биспирали ДНК виникають дві, ідентичні з інформаційного наповнення. Спосіб подвоєння, при якому кожна виникає внаслідок реплікації подвійна спіраль утворена однією предсуще-ствующей материнської молекулою ДНК і однією заново утвореної дочірньої, називають напівконсервативним (рис. 2.25).
ДНК еукаріот подвоюється не одним блоком від початку і до кінця биспирали, а ділянками або РЕПЛІКОН із середнім розміром близько 30 мкм (1600 тис. Нуклеотидів в так званій лідируючої ланцюга биспирали ДНК, див. Тут же, нижче). У ДНК хромосом соматичної клітини людини налічується до 50 тис. Репліконов. У деяких ре-пліконах подвоєння ДНК відбувається одночасно, в інших – у різний час. Так, реплікація ДНК гетерохроматинових ділянок, будучи найбільш пізньої, здійснюється в кінці періоду S. ДНК центромер-них відділів хромосом подвоюється навіть не в періоді S інтерфази, а на початку анафази попереднього мітозу безпосередньо перед розбіжністю дочірніх хромосом.
Самоудвоение відбувається групами по 10-100 репліконов. Реплі-кінний формат самокопірованія ДНК дає виграш за часом. Якби молекула ДНК реплицироваться одним репліконом, то при швидкості синтезу у людини близько 0,5 мкм / хв (в середньому 100 п. н. / с у еука-ріот і 1500 п. н. / с у прокаріотів) на подвоєння хромосоми 1 (довжина 8 см) знадобилося б близько 3 міс. Завдяки полірепліконной організації процес самоудвоения всієї ДНК в S періоді інтерфази займає у ссавців, в середньому, 7-12 год in vivo і 6-8 ч in vitro. Кількість точок початку реплікації (активуються репліконов) і її швидкість змінюється в залежності від стадії індивідуального розвитку організму, типу клітин і стадії гістогенезу, на якій вони знаходяться, умов їх існування. Так, в сперматогоний на одну хромосому доводиться в
Середньому близько 40 точок початку реплікації (тривалість періоду S 15 год), а на більш пізніх стадіях сперматогенезу в сперматоцит-тах хромосоми мають по 5-6 цих точок (тривалість періоду S 100 год).
Для того щоб пішла реплікація, необхідний пул субстратів (попередників) у високо енергізірованном стані – дезок-сірібонуклеозідтріфосфати тиміну, аденіну, цитозину і гуаніну.
У процесі реплікації ДНК виділяють фази ініціації (початок, старт), елонгації (подовження, приріст) і термінації (завершення, закінчення).
Хоча сама реплікація відбувається в періоді S (синтетичний) інтерфази митотического циклу, пререплікатівний комплекс утворюється в періоді G1 (пресинтетичний, постмітотіческіх) інтерфази. Це складний ферментний комплекс, що включає 15-20 білків, зокрема, ініціюють (“узнающие”) білки, такі як ORS, Cdc6 і Mcm. Названий комплекс, завдяки білкам ORS, зв’язується з ДНК в точках ініціації (почала) реплікації. Відмінна риса цих точок – багатство парами А-Т. У таких парах 2 (а не 3, як в парах Г-Ц) водневі зв’язки, що полегшує місцеву (в точці ініціації) денатурацію ДНК з розбіжністю молекул подвійної спіралі. Утворені при цьому одноцепочечниє ділянки ДНК зв’язуються дестабілізуючими білками комплексу (RPA – Replication Protein A еукаріот або SSB – Single Strand Binding рroteins прокаріот), молекули яких вишиковуються уздовж полінуклеотидних ланцюгів-матриць і “розтягують” їх, роблячи азотисті основи доступними для приєднання нуклеотидів. Завдяки описаним подіям між сусідніми точками початку реплікації утворюється структура, яка отримала назву “реплікативний очей” і відповідна ділянці ДНК з разошедшимися (“відкрилися” для реплікації) полинуклеотидной ланцюгами материнської биспирали. У точках початку реплікації (точки ori) утворюються реплікативні вилки, початківці процес у двох взаімопротівоположних напрямках. З цього моменту слід говорити не про пре-, а про реплікативного комплексі (рис. 2.26). Такі комплекси є мультімакромолекулярнимі утвореннями, учасники яких – спеціальні білки, в тому числі ферменти – забезпечують три функції: зв’язок необхідних білків, включаючи ферменти, з точками початку реплікації, розкручування молекул ДНК і її місцеву (в зоні реплікації) денатурацію, безпосередньо реплікацію.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)