Лекция: Самовоспроизводство - репликация молекулы ДНК
Артур Корнберг в 1956 провел уникальные опыты. Он синтезировал ДНК in vitro, т.е. в пробирке. Репликация (удвоение) ДНК происходит в S-периоде клеточного цикла (S — sinthesis). В результате из одной молекулы ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Каждая из двух цепей материнской молекулы служит матрицей для «дочерей». После репликации в обеих двойных спиралях одна цепочка – материнская, другая- дочерняя. Такой способ удвоения молекул ДНК называется полуконсервативным.
Репликация ДНК начинается в строго определенных точках, имеющих уникальные последовательности длиной около 300 п.н., которую узнают специальные инициирующие белки. Эти участки называются точками начала репликации — (Ori – Origine — источник). У прокариот имеется одна точка Ori, у эукариот их много (рис. 4.3).
Двойная спираль ДНК раскручивается и образуется репликационная вилка.
Участок молекулы ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой репликации называется репликоном.
В процессе репликации ДНК принимает участие множество ферментов (рис.4.4).
1. ДНК-геликаза разрывает водородные связи и двойная спираль расплетается.
2. Дестабилизирующие белки соединяются с одноцепочечной ДНК и фиксируют ее.
3. В результате раскручивания цепи ДНК возникает суперспирализация. ДНК-топоизомераза – фермент, который разрывает одну из цепей ДНК и дает ей возможность свободно вращаться вокруг другой цепи. Это снимает напряжение в спирали ДНК.
4. Начало репликации активируется короткими фрагментами РНК (100-200 нуклеотидов), которые называются РНК – затравкой или РНК-праймерами.
5.ДНК- полимераза синтезирует цепь ДНК от места присоединения РНК- затравки. Новая цепь синтезируется в направлении от 5’ к 3’, т.к. 5 конец последующего нуклеотида с остатком фосфорной кислоты присоединяется к 3’ОН-концу (гидроксильная группа) уже синтезированного участка ДНК.
Синтез ДНК происходит полунепрерывно, поскольку различают лидирующую (ведущую цепь) и отстающую цепь. На отстающей цепи синтезируются фрагменты Оказаки длиной 1000-2000 нуклетидов.
6. ДНК-лигаза соединяет (сшивает) отдельные фрагменты Оказаки.
За один митотический цикл ДНК клетки полностью реплицируется только один раз. Пока полностью не закончится репликация ДНК, не происходит деления клетки.
Репликация ДНК и про- и эукариот в основных чертах протекает сходно. Однако скорость репликации у эукариот составляет около 100 нуклеотидов в секунду, что на порядок ниже, чем у прокариот (1000 н/сек). Это необходимо для высокой точности репликации ДНК (1 ошибка на 100.000 нуклеотидов). Но благодаря наличию множества точек Ori репликация ДНК у эукариот происходит достаточно быстро.