Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Репликация (редупликация), процесс воспроизведения (синтеза) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). При этом из одной молекулы ДНК в результате её удвоения образуются две молекулы – точные копии исходной ДНК (лат. «репликацио» – повторение). Биологический смысл репликации – сохранение и точная (неискажённая) передача генетической информации в ряду поколений клеток и организмов, а также при воспроизведении ДНК-содержащих структур (митохондрий, пластид, некоторых вирусов). Поэтому репликация всегда предшествует делению ядер у эукариотических клеток, делению клеток бактерий, размножению вирусов и т. п. 

Репликация, так же как другие важнейшие молекулярно-генетические процессы – транскрипция и трансляция, основана на матричном принципе биосинтеза и комплементарном взаимодействии между молекулами. Перед началом синтеза специальный фермент расплетает цепи двойной спирали ДНК, они расходятся (не полностью), и на каждой цепи другой фермент находит точку начала синтеза. Затем на обеих цепях, как на матрицах, происходит синтез новых цепей, причём избирательное соединение нуклеотидов строящейся цепи с цепью старой осуществляется по принципу комплементарности азотистых оснований.

Расплетание цепей родительской ДНК и репликация идут параллельно. После завершения синтеза каждая новая молекула ДНК состоит из одной старой, родительской, цепи и одной новой. Такой способ репликации получил название полуконсервативного. На разных этапах процесса участвуют большое число разных ферментов, а также белки, препятствующие, запутыванию цепей ДНК. В зависимости от формы ДНК – кольцевой или линейной – способы репликации имеют свои особенности. Репликация может осуществляться одновременно на многих участках одной молекулы ДНК.

Две замечательные особенности характеризуют процесс репликации – высокая скорость и высокая точность. Так, вся молекула ДНК кишечной палочки (состоит из 4ґ106 пар нуклеотидов) реплицируется за 20 мин, т. е. в одну секунду образуется участок ДНК размером приблизительно в 3000 пар нуклеотидов. Такая скорость возможна только при чрезвычайно «согласованном» действии всего комплекса ферментов, ведущих репликацию. У эукариот скорость репликации ниже – 100–300 пар нуклеотидов в секунду. Высокую точность репликации, столь важную для сохранения специфичной для каждого биологического вида наследственной информации, обеспечивают комплементарное спаривание нуклеотидов (возможная ошибка – одно неправильное спаривание на 108—109) и наличие ферментов, способных узнавать и исправлять (вырезать) ошибки репликации.

Репликацией называют также матричный биосинтез РНК на РНК (у некоторых, т. н. РНК-содержащих вирусов) и удвоение хромосом, которому предшествует репликация ДНК.

Трансляция, синтез белков (полипептидов) на рибосомах с использованием в качестве матрицы информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК); завершающий этап реализации генетической информации в живых клетках. В ходе трансляции информация, записанная в нуклеиновых кислотах в виде генетического кода, переводится в последовательность аминокислот в синтезируемых белках. При этом четырёхбуквенный нуклеотидный «язык» передаётся («трансляцио» – передача) «языком» двадцатибуквенным аминокислотным.

Трансляция – очень сложный процесс (гораздо более сложный, чем два других основных матричных синтеза – репликация и транскрипция). В нём участвуют:

  • все виды рибонуклеиновых кислот,
  • 20 видов аминокислот,
  • многочисленные ферменты,
  • белковые факторы, регулирующие начало (инициацию), продолжение (элонгацию) и окончание (терминацию) процесса.

Главный организующий центр трансляции – клеточный органоид рибосома. Удивительная точность взаимодействия всех участников синтеза обеспечивается высокой специфичностью ферментов и взаимным «узнаванием» молекул, основанном на образовании связей между комплементарными парами азотистых оснований: аденин – тимин (урацил) и гуанин – цитозин. Кроме того, одни ферменты способны исправлять случайные ошибки других.

В сильно упрощённом виде трансляция включает следующие стадии. Синтезированная в клеточном ядре в ходе транскрипции молекула и-РНК поступает в цитоплазму, претерпевает ряд модификаций и соединяется с рибосомой (в клетках прокариот, не разделённых на ядро и цитоплазму, и-РНК связывается с рибосомой сразу). Находящиеся в цитоплазме аминокислоты активируются взаимодействием с богатым энергией соединением – АТФ. Поскольку аминокислоты и и-РНК в силу их химического строения «не соответствуют» друг другу (не могут взаимодействовать), между ними существует своего рода переходник – транспортные РНК (т-РНК). Активированные специальным ферментом аминокислоты с участием этого же фермента (для каждого вида аминокислоты – своего) соединяются т-РНК, также только со своей. Далее т-РНК, несущая аминокислоту, поступает на рибосому и своим антикодоном (тройкой нуклеотидов), узнав на и-РНК свой кодон (комплентарную тройку нуклеотидов), закрепляется на и-РНК на единственном свободном месте рядом со строящейся полипептидной цепью. Специальный фермент рибосомы образует пептидную связь между аминокислотой и синтезируемым полипептидом, а рибосома сдвигается по цепи и-РНК на один кодон, освобождая место для присоединения следующей т-РНК. Так происходит наращивание полипептидной цепи до тех пор, пока рибосома не дойдёт до «стоп-кодона». Получив сигнал окончания синтеза, белковые факторы терминации освобождают полипептидную цепь от рибосомы. Таким образом кодоны и-РНК определяют последовательность аминокислот в белке, а, следовательно, его строение, свойства и активность

По мере продвижения рибосомы вдоль и-РНК её начальный (инициирующий) участок освобождается, с ним соединяется ещё одна рибосома. Одновременно на одной молекуле и-РНК могут «работать» от нескольких единиц до нескольких десятков рибосом, используя одну матрицу для синтеза сразу многих копий молекулы полипептида (белка). Такой комплекс и-РНК со многими рибосомами называется полирибосомой или полисомой.

В зависимости от потребностей клетки или организма в определённых белках (ферментах) их синтез контролируется как генами, так и другими механизмами регуляции, действующими на разных этапах реализации генетической информации, в том числе и на этапе трансляции. Клеточные органоиды хлоропласты и митохондрии имеют собственный, не зависящий от ядра аппарат белкового синтеза.

Транскрипция, биосинтез молекул рибонуклеиновых кислот (РНК) на соответствующих участках молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК); первый этап в действии гена по реализации генетической информации.

Для синтеза РНК используется одна, т. н. смысловая цепь из двуцепочечной молекулы ДНК. Матричный синтез РНК (т. е. синтез с использованием матрицы, шаблона, в данном случае – ДНК) осуществляет фермент РНК-полимераза. Этот фермент «узнаёт» на ДНК стартовый участок (участок начала транскрипции), присоединяется к нему, расплетает двойную цепь ДНК и начинает синтез одноцепочечной РНК. К смысловой цепи ДНК подходят нуклеотиды, присоединяются к ней по принципу соответствия (комплементарности), а затем передвигающийся по ДНК фермент сшивает их в полинуклеотидную цепь РНК. Скорость роста цепи РНК у кишечной палочки составляет 40–45 нуклеотидов в секунду. Окончание транскрипции кодируется специальным участком ДНК. Подобно другим матричным процессам – репликации и трансляции, транскрипция включает три стадии:

  • начало синтеза (инициация),
  • наращивание цепи (элонгация),
  • окончание синтеза (терминация). 

После отделения от матрицы РНК поступает из клеточного ядра в цитоплазму. Информационная РНК (и-РНК), прежде чем присоединиться к рибосоме и в свою очередь стать матрицей для биосинтеза белка (трансляции), подвергается ряду преобразований. Таким образом происходит переписывание (лат. «транскрипцио» – переписывание) генетической информации, заключённой в последовательности нуклеотидов ДНК, в последовательность нуклеотидов и-РНК. Во всех организмах при транскрипции ДНК образуются РНК всех классов – информационные, рибосомальные и транспортные.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх