Воспроизведение на молекулярном уровне. Репликация ДНК у про- и эукариот. Понятие о репарации ДНК

Репликация ДНК у эукариот.

Одна из основных функций ДНК – сохранение и передача наследственной информации. В основе этой функции лежит способность ДНК к самоудвоению – репликации. В результате репликации из одной материнской молекулы ДНК образуются две дочерние молекулы ДНК. Каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь (полуконсервативный способ удвоения). Репликация в

клетке происходит перед каждым еѐ делением в синтетический период интерфазы (S-период).

Единицей репликации является репликон – участок ДНК, способный к самостоятельной репликации. У бактерий и вирусов имеется обычно один репликон на клетку, тогда как у эукариот их содержится много. Репликация начинается в сайте инициации. Двойная спираль ДНК расплетается в точках инициации репликации и образуются репликационные глазки, состоящие из двух репликационных вилок, ведущих синтез в противоположных направлениях (двунаправленная репликация)

В синтезе полинуклеотидных цепей ДНК участвует фермент ДНК-полимераза, которая наращивает новую цепь в направлении 5' → 3'. Однако синтез дочерних цепей ДНК осуществляется неодинаково. Одна из них создается непрерывно и называется лидирующей. Другая называется отстающей, так как она собирается из отдельных коротких участков (фрагментов Оказаки), которые потом соединяются вместе ДНК-лигазами. Такой феномен наблюдается из-за антипараллельности материнских цепей ДНК.

ФЕРМЕНТЫ и другие БЕЛКИ, обеспечивающие репликацию ДНК:

Геликаза – расплетает двойную спираль ДНК, разрушая водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.

РНК-полимераза (или ДНК-праймаза) – инициирует синтез ДНК, образуя РНК-затравки (праймеры).

ДНК-полимераза – синтезирует полинуклеотидную цепь ДНК в направлении 5' → 3'.

ДНК-лигаза – сшивает вместе фрагменты Оказаки после удаления РНК-праймера

ДНК-топоизомераза – помогает раскручиванию ДНК и работе геликазы, снимая напряжение на спирали материнской молекулы.

Дестабилизирующие белки – негистоновые ядерные белки, связываются с разъединенными цепями ДНК, поддерживают репликационную вилку открытой.

Роль геликазы в репликации ДНК. Геликаза – один из основных ферментов репликации ДНК. Ген геликазы у человека локализован в аутосоме 8. У гомозигот (аа) по мутантному гену геликазы накапливаются мутации в клетках разных тканей и органов. В итоге развивается наследственная болезнь – синдром Вернера, ведущая к преждевременной старости. К 20 годам больные выглядят как глубокие старики.

Репарация ДНК.

Во время репликации ДНК и рекомбинации ядерного материала в ней (сестринские хроматидные обмены, кроссинговер и др.) возможны «ошибки» в ДНК, и, как следствие этого, могут возникнуть мутации. Однако большинство «ошибок» и повреждений ДНК устраняется благодаря репарации – процессу, обеспечивающему исправление повреждений в ДНК. Сходство репликации и репарации ДНК: оба процесса основаны на комплементарном спаривании азотистых оснований; при репликации и репарации ДНК работают сходные ферменты (ДНК-полимераза, лигаза).

Ген как функциональная единица генома эукариот. Кодирующие и регуляторные участки функциональной единицы.

Ген – структурно-функциональная единица наследственности; участок молекулы ДНК (РНК – у вирусов), в котором в виде последовательности нуклеотидов заложена информация о первичной структуре белка, тРНК, рРНК.

Известно, что у человека ~ 75% ДНК хромосом приходится на межгенные промежутки и только ~ 25% ДНК представляет собой собственно гены.

1. СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ

а) Гены, кодирующие белки:

– уникальные гены (единичные копии в геноме). Это гены большинства ферментов, транспортных и структурных белков.

- гены-повторы (многочисленные копии в геноме). Это протоонкогены, гены рибосомальных белков, белков-гистонов, апобелков.

б) Гены, кодирующие тРНК, рРНК (повторены в геноме 300-1600 раз).

2. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ГЕНЫ

Гены, белковые продукты которых регулируют функции структурных генов.

3. МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (МГЭ)

Генетические элементы, которые перемещаются по геному, влияют на активность соседних генов

4. ПСЕВДОГЕНЫ

«Молчащие» аналоги структурных генов