Репликация

Репликация – это процесс удвоения ДНК, т.е. синтеза ДНК на ДНК – матрице. В начале мы с вами рассмотрим принципы и условия протекания процесса, а затем – его механизм. Исходя из определения термина «репликация», можно назвать первый принцип репликации – матричность. Возможный механизм копирования наследственной информации был предсказан в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком на основе описанной ими вторичной структуры ДНК. Синтезируемая цепь комплементарна матрице. Отсюда второй принцип – комплементарность. Для реализации этого принципа нуклеотиды, как вы помните, должны образовывать между собой водородные связи. А это становится возможным только при антипараллельной ориентации цепей, т.е. напротив 5’конца одной цепи располагается 3’ конец другой цепи ДНК (3 принцип - антипараллельность).

В 1950-х гг. исследователями рассматривались 3 возможных механизма репликации:

1 – консервативная репликация, при которой родительская ДНК полностью сохраняется, а дочерняя молекула синтезируется заново.

2 – дисперсная репликация, при которой обе молекулы ДНК синтезируются заново, а родительская молекула распадается на отдельные нуклеотиды.

3 – полуконсервативная репликация, согласно которой каждая дочерняя молекула ДНК состоит из одной цепи, полученной из родительской двойной спирали, и одной вновь синтезированной.

Для того, чтобы определить, каким из этих способов реплицируется ДНК, надо уметь отличать дочерние молекулы от родительских. М. Мезелсон и Ф. Сталь выращивали кишечную палочку (E. coli) на среде, содержащей тяжелый изотоп ¹⁵N, вместо обычного ¹⁴N. Тяжелый изотоп включался в состав ДНК и служил меткой. Затем клетки переносили в среду, содержащую ¹⁴N. После первого деления выделяли ДНК и определяли ее плотность. Она оказалась промежуточной. После второго деления половина клеток содержала легкую ДНК, а вторая половина ту же, что и в предыдущем поколении (промежуточную). Полученные данные свидетельствовали о полуконсервативной схеме репликации (4 принцип - полуконсервативность).

Условия, необходимые для репликации:

· Матрица (молекула ДНК, которая должна удвоиться)

· Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дТТФ, дГТФ, дЦТФ), являющиеся мономерами строящейся цепи.

· Ферменты (как вы помните, условия в клетках таковы, что для протекания химических реакций необходимы катализаторы, в качестве которых и выступают ферменты).

· АТФ (энергия для работы ферментов).

· Среда, оптимальная для активности ферментов, т.е. определенная рН и обязательно наличие ионов магния.