Репликация

Преемственность генетического материала в поколениях (передача признаков по наследству) обеспечивается процессом редупликации (репликации) ДНК. В результате этого сложного процесса, осуществляемого ферментами, образуются две двойные спирали ДНК (Рис. 1). Эти так называемые дочерние молекулы ничем не отличаются друг от друга и от исходной материнской молекулы ДНК. Репликация происходит в клетке перед делением, поэтому каждая дочерняя клетка получает точно такие же молекулы ДНК, какие имела материнская клетка.

Рис. 1 Репликация ДНК

Процесс репликации основан на ряде принципов. 1. Комплементарность. Каждая из двух цепей материнской молекулы ДНК служит матрицей для синтеза дополняющей ее комплементарной цепи (Рис. 1).

2. Полуконсервативность. В результате репликации образуются две дочерние спирали, каждая из которых сохраняет (консервирует) в неизменном виде одну из половин материнской ДНК. Вторые цепи дочерних молекул синтезируются из нуклеотидов заново по принципу комплементарности к нитям материнской ДНК. Дочерние ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской двойной спирали

(Рис. 2).

Рис. 2. Полуконсервативность

репликации.

3. Антипараллельность. Каждая цепь ДНК имеет определенную ориентацию. Один конец несет гидроксильную (-ОН), присоединенную к 3^/-углероду в сахаре дезоксирибозе, на другом конце цепи находится остаток фосфорной кислоты в 5^/-положении сахара. Две комплементарные цепи в молекуле ДНК расположены в противоположных направлениях –антипараллельно (Рис. 3). При параллельной ориентации напротив 3^/ –конца одной цепи находился бы 3^/ – конец другой. Ферменты, синтезирующие новые нити ДНК и называемые ДНК-полимеразами, могут передвигаться вдоль матричных цепей лишь в одном направлении – от 3^/ –конца к 5^/ – концу. Поэтому в процессе репликации одновременный синтез новых цепей идет антипараллельно.

Рис. 3. Антипараллельность

Рис. 4. Репликация ДНК

4. Прерывистость. Для того, чтобы новые нити ДНК были построены по принципу комплементарности, двойная спираль должна быть раскручена и родительские цепи отделены друг от друга. Только в этом случае ДНК- полимераза способна двигаться по материнским нитям и использовать их в качестве матрицы для безошибочного синтеза дочерних цепей. Но раскручивание спиралей, состоящих из многих пар нуклеотидов, сопряжено со значительным количеством вращений и многими энергетическими затратами (такое невозможно в условиях клетки). Поэтому репликация у эукариот начинается сразу в нескольких местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей, называется репликоном. Он является единицей репликации. В каждой молекуле ДНК эукариотической клетки имеется много репликонов. В каждом репликоне можно видеть репликативную «вилку» (Рис. 4) – в ту часть молекулы ДНК, которая под действием ферментов уже распалась. Каждая нить в вилке служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. В ходе репликации вилка перемещается вдоль материнской молекулы, при этом расплетаются новые участки ДНК.

Так как ДНК-полимеразы могут двигаться лишь в одном направлении вдоль матричных нитей, а нити ориентированы антипараллельно, то в каждой вилке синтез на одной цепи ДНК идет непрерывно, а на другой – виде коротких фрагментов (Рис. 5). Когда вилка перемещается, синтезированные фрагменты, комплементарные одной цепи, сшиваются друг с другом, образуя растущие дочерние цепи. Такой механизм синтеза новых цепей называется прерывистым.

Рис. 5. Прерывистость

12 Следующая ⇒