Реплікація ДНК
Розшифровка структури молекули ДНК допомогла пояснити принцип її реплікації. Реплікацією називається процес подвоєння молекул ДНК. Цей процес лежить в основі відтворення собі подібних живими організмами, що є головною ознакою життя.
Особлива роль ДНК в живому організмі визначається такий її фундаментальної особливістю, як здатність до Самоудвоение.
Гігантські молекули ДНК еукаріот мають багато ділянок реплікації – репліконов, тоді як відносно невеликі кільцеві молекули ДНК прокаріот представляють кожна одна реплікон. Поліреплікатівний характер величезних молекул ДНК еукаріот забезпечує можливість її реплікації без одночасної деспіралізаціі всієї молекули. Так, хромосоми клітини людини мають більш 50000 репліконов, які синтезуються як самостійні одиниці. Якби молекула ДНК еукаріот подвоювалася як один реплікон, то цей процес розтягнувся б на кілька місяців. Завдяки поліреплікаціі він скорочується до 7-12 ч. В іншому в загальних рисах процеси реплікації прокаріотів і еукаріотів вельми схожі.
Процес реплікації ДНК в реплікони відбувається в 3 етапи, в яких беруть участь кілька різних ферментів.
Починається реплікація ДНК з локальної ділянки, де подвійна спіраль ДНК (під дією ферментів ДНК-гелікази, ДНК-топоізомерази та ін.) Розкручується, водневі зв’язки розриваються і ланцюги розходяться. У результаті утворюється структура, названа реплікативної вилкою.
На другому етапі відбувається типовий матричний синтез. До утворився вільним зв’язках приєднуються за принципом комплементарності (А-Т, Г-Ц) вільні нуклеотиди. Цей процес йде уздовж всієї молекули ДНК. У кожної дочірньої молекули ДНК одна нитка походить від материнської молекули, а інша є знову синтезованої. Така модель реплікації отримала назву напівконсервативної (рис. 2.2). Цей етап здійснює фермент ДНК-полімераза (відомо кілька її різновидів).
На двох материнських нитках синтез відбувається неоднаково. Оскільки синтез можливий тільки в напрямку 5 ‘→ 3′, на одній нитки йде швидкий синтез, а на іншій – повільний, короткими фрагментами (1000-2000 нуклеотидів). На честь відкрив їх біохіміка Р. Оказаки вони називаються фрагментами Окадзакі. Вільний 3′-кінець, необхідний для початку синтезу фрагмента Окадзакі, забезпечує РНК-праймер, синтезируемая за допомогою особливої РНК-полімерази – ПРАЙМАЗИ. Після виконання своєї функції РНК-праймер видаляється, а ДНК-лігаза з’єднує фрагменти Окадзакі і відновлює первинну структуру ДНК (рис. 2.3).
На третьому етапі відбувається закручування спіралі і відновлення вторинної структури ДНК за допомогою ДНК-гірази.
Більшість ферментів, що у реплікації ДНК, працюють в мультиензимних комплексі, пов’язаному з ДНК. На підставі цього американський біохімік Б. Альбертс висунув концепцію реплісоми, проте окремі структури, аналогічні рибосомам, поки не виявлені. Злагоджена робота ферментів дозволяє здійснювати реплікацію з величезною швидкістю: у прокаріотів – близько 3000 п. Н. (пар нуклеотидів) в секунду, в еукаріот – 100-300 п. н. в секунду. Дві нові молекули ДНК є точні копії вихідної молекули.
Механізми реплікації дуже складні, і багато деталей цього процесу, особливо у вищих тварин, до теперішнього часу невідомі.
Цитогенетика – це розділ генетики, що вивчає структурно-функціональну організацію генетичного матеріалу на рівні клітини, головним чином хромосом (Смирнов В. Н., 1990). Для всебічного розуміння організації генетичного матеріалу вищих організмів (у тому числі і людини) необхідні знання загальних закономірностей упаковки ДНК у всіх варіантах, наданих живою природою, – геномах вірусів, прокаріот, протистов, клітинних органоїдів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)