От позднелат. Replicatio – повторение.Процесс самовоспроизведения нуклеиновых кислот, генов и хромосом, ключевая часть механизма воспроизведения наследственной информации.
Механизм репликации ДНК
Предположение о механизме репликации, сделанное Дж. Уотсономи и Ф. Криком, было подтверждено в 1958 г. американскими исследователями М. Месельсони и Ф. Стилем. Они выращивали Е. соli в среде, где единственным источником азота был тяжелый радиоактивный изотоп 15N. Затем бактерию быстро переносили на среду с легким стабильным изотопом 14N. Распределение легкого и тяжелого изотопа у потомков Е. соli показало, что в каждой новой молекуле ДНК одна цепь была материнской, а вторая - новосинтезированной.
Способ удвоения ДНК, при котором к материнской цепи достраивается дочерняя цепь, называют репликацией полуконсервативного типа.
Инициация
Инициация (начало) синтеза новой цепи в небольших геномах прокариот происходит в строго определенной точке. Ее называют точкой начала репликации. Весь процесс у бактерий происходит достаточно быстро. В Е. coli скорость составляет 1700 пар оснований за 1 секунду. Таким образом, весь геном самоудваивается за 40 минут. В гигантских ДНК эукариот скорость репликации значительно меньше. Она составляет примерно 50 пар оснований в 1 секунду. Но процесс начинается сразу в нескольких точках, поэтому он происходит даже быстрее, чем у прокариот. Так, например, ДНК плодовой мушки дрозофилы, которая состоит из 65 · 106 пар оснований, реплицируется за несколько минут.
Репликативная вилка
В точке репликации двойная спираль ДНК расплетается и образует петлю, к которой прикрепляются различные белки.
Это расплетенная часть молекулы ДНК, где под действием специальных ферментов, происходит само удвоение цепей.
Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями в параллельных цепях разрезаются с помощью фермента геликазы (от англ. Helix – спираль). На разрыв водородной связи расходуется энергия около двух молекул АТФ. Для того чтобы полинуклеотидные цепи не соединились вновь, к ним присоединяются специальные ДНК-связывающие белки.
Распускание двойной спирали происходит очень быстро. Для того чтобы репликативная вилка могла двигаться со скоростью 500 нуклеотидов в секунду, материнская спираль должна крутиться со скоростью 50 оборотов в секунду. Так вращается вал двигателя автомобиля, который едет со скоростью 100 км/ч. Понятно, что это создает крутящий момент, который механически мешает расплетанию спирали. Многие сталкивались с таким явлением, пытаясь разделить скрученные нити. Специальный фермент гираза (от англ. Gyration – кручение), который находится перед вилкой, предотвращает запутывание расплетенных цепей.
Синтез новой цепи происходит с помощью ферментного комплекса ДНК-полимеразы. Он синтезирует новую полинуклеотидную цепь, комплементарную материнской. Для понимания механизма репликации важно вспомнить о разнонаправленности и антипараллельности полинуклеотидных цепей.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по биологии по низкой цене!
Комментарии