Детерминанты наследственности
С учетом эволюционного уровня организмов существует несколько форм организации ядерных генетических детерминантов.
Вирусный геном. Наиболее простой формой ядерной организации генома вообще является вирусный геном, который, как уже отмечено, очень условно часто называют вирусной хромосомой. Геном самых малых РНК-овых вирусов представлен последовательностями, состоящими из нескольких тысяч нуклеотидов, что соответствует нескольким генам.
Гетерогенность молекулы ДНК
При биохимическом анализе ДНК клеток эукариот выделяют три фракции, содержащие уникальные умеренно повторяющиеся и высокая повторяющиеся последовательностей нуклеотида.
Уникальные повторы (45-56%) представлены в молекуле ДНК один или несколько раз. Это гены второго класса – структурные гены в которых записано информация о белках.
Умеренные повторы (8-30%) Повторы в среднем 350 раз. Это гены первого класса, в которых записана информация о всех видах РНК.
Высокие повторы (12-25%) это так называемая сателлитная ДНК. Повторы более 500 тыс.раз. Эти участки отвечают за экспрессию генов, за «узнавание» гомологичных хромосом в процессе конъюгации. Они состоят из сходных но не идентичных последовательностей и называются простыми последовательностями. У человека участки умеренно повторяющихся последовательностей ДНК длиной 300 пн чередуются с участками не повторяющейся ДНК длиной 800-1500 пм.
Уникальные повторыиумеренно повторяющиеся последовательности ДНК содержат структурные гены, псевдогены, семейство генов, кодирующих одинаковые или сходные белки.
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ АППАРАТ
РЕПЛИКАЦИИ. ТОПОГРАФИЯ РЕПЛИКАЦИИ.
МОДЕЛИ РЕПЛИКАЦИИ
Репликация ДНК является фундаментальным генетическим процессом, так как генетическая информация закодированная в последовательности нуклеотидов родительской ДНК передается с максимальной точностью дочерней молекуле ДНК. Значит дочерние клетки, организмы получают одинаковую наследственность. Следствием этого является стабильность вида, непрерывность жизни.
Репликация (повторение, от лат), редупликация, ауторепликация - процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование наследственной информации.
Репликация базируется на свойстве азотистых оснований к комплементарному спариванию.
У бактерий и эукариот репликация осуществляется полуконсервативным путем. Дочерние молекулы ДНК содержат по одной цепи материнской и по одной цепи родительской молекулы.
Репликация - это ферментативный процесс синтеза ДНК на матрице ДНК или РНК на матрице РНК.
Репликация ДНК у эукариот происходит в синтетический период митотического цикла. Начинается редупликация под воздействием S-активаторного фактора, который синтезируется и содержится только в S периоде и который, по мнению исследователей, ингибирует наступление митоза. По завершению редупликации ДНК исчезает и S-актпваторный белок.
В репликации хромосом различают:
а) раннюю фазу, в которую реплицируется эухроматин, содержащий активные гены;
б) позднюю фазу, в которую реплицируется гетерохроматин, более компактизированная часть хроматина.
Репликация ДНК стала бурно изучаться с момента конца 50-ых годов, когда лауреат Нобелевской премии Артур Корнберг выделил из E.coli первый фермент биосинтеза ДНК: полимеразу I. Группа Корнберга является определяющей в изучении репликации ДНК. Более полно репликация изучена у бактерий, однако, многие, действующие лица и звенья были обнаружены и у эукариот.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕПЛИКАЦИИ ДНК ЭУКАРИОТ:
1. Осуществляется полуконсервативным способом.
2. Происходит одновременно на многих участках ДНК. Один такой самореплицирующийся участок ДНК, содержащий точку инициации репликации называют репликоном (понятие сформулировали Якоб, Бреннер и Кузин в 60-ые годы). Репликон включает точку инициации и два терминуса (окончание репликации). В клетке человека 46 хромосом содержит ДНК в 180 см и репликонов насчитывают от 10.000 до 50.000. У прокариот всего один репликон.
3. Репликация начинается в специфических точках инициации, названных ori (origin) с образованием репликационной вилки. Репликационная вилка - это часть молекулы ДНК расплетенная, с разъединенными цепями, где идет синтез фрагментов новых молекул ДНК.
4.Репликация бывает однонаправленная у вирусов (редко) и чаще двунаправленная.
5. Репликация обеих цепей всегда идет в направлении от 51 конца к 31 концу (дочерняя цепь) из-за свойства фермента ДНК полимеразы присоединять к З1 ОН концу дезоксинуклеотидных остатков, образующихся из дезокеннуклеозид 51 трифосфатов.
6. Так как цепи антипараллельны, то на материнской цепи З1 →51 дочерняя цгпь 51→ 3' синтезируется непрерывно лидирующая: На другой материнской цепи 51 —> З1 дочерняя цепь З1 —> 5 синтезируется прерывисто, репликонами опаздывающая. Длина фрагментов Оказаки (по имени впервые их описавшего) от 100 до 3000 нуклеотидов.
7. Репликация прерывистых цепей осуществляется при инициации каждого фрагмента Оказаки. Но ДНК - полимераза может только катализировать присоединение следующего нуклеотида к свободному З1ОН концу, т.е. только так может продолжать присоединение нуклеотидов. Поэтому в начале каждого репликона (фрагмента Оказаки) с участием праймазы из рибо-нуклеотидов комплементарно матрице синтезируется затравка-праймер. точнее рибо-праймер.
Праймеры (затравки) синтезируются на материнских молекулах ДНК под действием полимеразы α, и дочерние цепи в направлении 51→ 3'.
β-полимераза синтезирует лидирующую цепь непрерывно, а ε- полимераза фрагментарно отстающую цепь. После удаления праймеров с отстающей цепи, заполнение брешей происходит под действием β-полимеразы. ДНК- лигаза связывает фрагменты Оказаки в единую цепь.
Сырьем для синтеза ДНК являются d АТФ, d ГТФ, d ТТФ и d УТФ одновременно они обеспечивают энергией этот процесс, т.к. полимеразы разрушают вторую макроэргическую связь трифосфатов в результате нуклеофильной атаки - ОН при Сз-конце на а- фосфат трифосфата.
После завершения репликации происходит метилирование аденина в -ГАТЦ - последовательностях с образованием N6 - метиладенина. Однако до появления этих групп возможна репарация для исправления ошибок.
Система репарации ошибок репликации состоит из комплекса белков; mut-s узнает место ошибки (по С6 – NH2 аденину), mut-H присоединяется к метиллированному ГАТЦ, ближайшему к ошибке; mut- L выщепляет поврежденную часть, после чего (3- полимераза заполняет брешь и ДНК-лигаза соединяет синтезированный участок с основной цепью.