Структура ДНК процесс ауторепликации

Структура ДНК была предложена и научно обоснована в работе нобелевских лауреатов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика в 1953 году. Спираль состоит из 4 пар оснований (нуклеотидов): двух пуринов (аденин (A), гуанин (G)) и двух пиримидинов (тимин (T), цитозин (C)), связанных между собой через дезоксирибозу и остатки фосфорной кислоты в длинную нить.

При формировании двойной спирали обе нити ДНК соединяются между собой посредством водородных связей между нуклеотидами, причём так, что аденин всегда соединен с тимином, а гуанин — с цитозином. Соотношение пуринов (аденина и гуанина) и пиримидинов (тимина и цитозина) в молекуле ДНК всегда одинаково и равно единице.Ещё до появления модели двойной спирали ДНК на эту закономерность обратил внимание американский учёный Эрвин Чаргафф (так называемое «правило Чаргаффа»).

В дальнейшем было доказано, что именно в чередовании пар оснований в молекуле ДНК и заложен генетический код для каждой из 20 аминокислот, из которых построены все белки организма. Этот генетический код трёхбуквенный, т.е. каждой аминокислоте соответствуют свои три нуклеотида, свой триплет. Длина молекулы ДНК в каждой клетке человека составляет около 1,5–1,7 метров. Число нуклеотидов всей уникальной цепи равно приблизительно 3,3 миллиарда пар оснований (п.о.), по последним данным — 3,1647х106 п.о.

Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи. Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК называется процессом репликации ДНК.

В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликация ДНК осуществляет сложный ферментативный комплекс, состоящий из 15–20 различных белков, называемых реплисомой.

Механизм репликации ДНК в клетках эукариот (в том числе и человека) носит полуконсервативный характер. Ранее существовали и две другие гипотезы: «консервативной» репликации — в результате репликации образуется одна молекула ДНК, состоящая только из родительских цепей, и одна, состоящая только из дочерних; «дисперсионной» репликации — все получившиеся в результате репликации молекулы ДНК состоят из цепей, одни участки которых вновь синтезированы, а другие взяты из родительской молекулы ДНК.

Репликация происходит в три этапа:

  1. Инициация репликации.
  2. Элонгация цепи.
  3. Терминация репликации.

Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, потому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. В геноме таких сайтов может быть как всего один, так и много. В сайте инициации репликации формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК, в котором цепи молекулы ДНК расходятся, и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь.

В результате образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле. В каждом сайте инициации может формироваться одна или две репликационные вилки в зависимости от того, является ли репликация одно- или двунаправленной. Более распространена двунаправленная репликация.

Через некоторое время после начала репликации в электронный микроскоп можно наблюдать репликационный глазок — участок хромосомы, где ДНК уже реплицирована, окружённый более протяжёнными участками нереплицированной ДНК.

Суть репликации ДНК заключается в том, что специальный фермент разрывает слабые водородные связи, которые соединяют между собой нуклеотиды двух цепей. В результате цепи ДНК разъединяются, и из каждой цепи выступают свободные азотистые основания — «якоря» для посадки нуклеотидов вновь синтезируемой комплементарной цепи (образование вилки репликации).

Особый фермент ДНК-полимераза начинает двигаться вдоль свободной цепи ДНК от 5`- к 3`-концу (лидирующая цепь), помогая присоединиться свободным нуклеотидам, постоянно синтезуруемым в клетке, к 3`-концу вновь синтезуруемой цепи ДНК. На второй нити ДНК (отстающая нить) новая ДНК образуется в виде небольших сегментов, состоящих из 1000–2000 нуклеотидов (фрагменты Оказаки).

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)