Репликация что это такое
РЕПЛИКАЦИЯ
Репликация (позднелат. replicatio повторение; син. редупликация) — процесс биосинтеза молекул дезоксирибонуклеиновых кислот, в результате к-рого из одной молекулы образуются две дочерние, полностью идентичные материнской. Репликация дезоксирибонуклеиновых кислот (см.) обеспечивает передачу полного комплекса наследственной генетической информации от поколения к поколению (см. Наследственность). Свойство молекул ДНК редуплицироваться проявляется и в репродукции хромосом (см.) высших организмов.
Согласно модели, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком, молекула ДНК представляет собой двойную спираль, построенную из комплементарных друг другу цепей дезоксирибонуклеотидов. В процессе Репликации водородные связи между парами нуклеотидов разрываются и к ним присоединяются новые, комплементарные соответствующим дезоксирибонуклеотидам дезоксинуклеозидтрифосфаты. Процесс соединения нуклеотидов в полинуклеотидную цепь происходит с отщеплением пирофосфата. Репликация ДНК носит характер полуконсервативного процесса, т. е. каждая дочерняя двойная спираль включает в себя одну материнскую и одну вновь синтезированную полинуклеотидную цепь.
Образованию вилки репликации предшествует взаимодействие с молекулой ДНК особого белка (ДНК-раскручивающего белка), устраняющего суперспиральные витки и локально раскручивающего двойную спираль ДНК. Предполагают, что ДНК-раскручнвающий белок встраивается в дезоксирибозофосфатную цепь. Эта реакция обратима: после высвобождения ДНК-раскручивающего белка спиральная структура ДНК восстанавливается. Локальное расхождение комплементарных цепей ДНК обеспечивают белки-дестабилизаторы двойной спирали ДНК. Присоединяясь к ДНК, белки-дестабилизаторы снижают термостабильность ее молекулы, к-рая приобретает способность плавиться при температуре на 40° ниже обычной температуры плавления.
Рост новой цепи ДНК в вилке репликации катализируется ферментом ДНК-полимеразой (см. Полимеразы). В клетках высших организмов и бактерий обнаружено несколько форм ДНК-полимераз, но Р. генома у эукариотов осуществляется только под действием ДНК-полимеразы а, а у бактерий — ДНК-полимеразы III. Комплементарные цепи двойной спирали ДНК антипараллельны по ориентации углеродных атомов дезоксирибозы (см.). Следовательно, при движении вилки репликации одна дочерняя цепь должна нарастать в направлении 5′ —> 3′, а другая — в направлении 3′ —> 5′. Вместе с тем все ДНК-полимеразы способны присоединять новые нуклеотиды только к З’-гидроксильной группе дезоксирибозы растущей цепи ДНК, тем самым обеспечивая синтез только в направлении 5′ —> 3′, т. е. первым образуется 5′-конец новой цепи. Сама ДНК-полимераза к тому же не способна инициировать синтез новых цепей на одноцепочечной ДНК-матрице. Было установлено, что обе эти трудности преодолеваются путем синтеза на одной цепи коротких полинуклеотидных фрагментов с полярностью 5′ —> 3′ в направлении, противоположном движению вилки репликации (рис. 2). При этом инициацию Р. каждого нового фрагмента ДНК осуществляет фермент РНК-полимераза (так наз. примаза), при участии к-рого на ДНК-матрице синтезируется инициатор (затравка) — короткий участок РНК (так наз. РНК-праймер), к 3′-гидроксильной группе рибозы к-рого ДНК-полимераза начинает присоединять дезоксирибонуклеотиды. Впоследствии РНК-праймер удаляется экзонуклеазой (см. Нуклеазы), а образовавшаяся брешь закрывается ДНК-полимеразой. У Escherichia coli 5′ —> З’-экзонуклеазной активностью обладает ДНК-полимераза I.
Отдельные полинуклеотидные фрагменты сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой (КФ 6.5.1.1; 6.5.1.2). При этом одна из двух цепей ДНК растет непрерывно (ведущая нить), а другая — прерывисто (запаздывающая нить). Фрагменты прерывистого синтеза ДНК называют фрагментами Окадзаки (Оказаки) по имени открывшего их японского ученого Окадзаки (R. Okazaki). У бактерий фрагменты Окадзаки имеют длину ок. 1000 нуклеотидных пар, а их РНК-праймер — 50—200 нуклеотидных пар. У высших организмов фрагменты Окадзаки состоят приблизительно из 150—200 нуклеотидных пар, а их РНК-праймер — из 10—20 пар.
Присоединив очередной нуклеотид к растущей цепи ДНК, ДНК-полимераза «сверяет» его с партнером на цепи-матрице, и в случае несоответствия паре (А — Т или Г — Ц) та же полимераза проявляет 3′ —> 5′-экзонуклеазную активность, удаляя ошибочно присоединенный нуклеотид. Т. о. осуществляется коррекция, обеспечивающая высокую точность процесса Р. молекул ДНК, что определяет сохранность наследственной информации в ряду поколений клеток и организмов.
В клетках, размножающихся путем митоза (см.), и у бактерий репликация ДНК происходит между актами деления клеток; в мейозе (см.) ДНК редуплицируется один раз перед двумя следующими друг за другом делениями, что приводит к редукции (уменьшению) вдвое количества ДНК (как и числа хромосом) на клетку. Этот отрезок интерфазы называют периодом синтеза ДНК или S-периодом.
Репликацияначинается (инициируется) в определенных участках молекулы ДНК (по терминологии Ф. Жакоба — репликаторах), первичная структура к-рых характеризуется высоким содержанием пар А — Т и наличием так наз. обратных повторов (палиндромов). От точки инициации движутся либо одна, либо две вилки репликации (в последнем случае они движутся в противоположные стороны), обеспечивая элонгацию (удлинение) вновь синтезирующихся участков молекулы ДНК. Терминация (окончание) Р. происходит либо при слиянии двух вилок репликации, двигающихся навстречу друг другу, либо в специальных точках терминации Р.
Отрезок молекулы ДНК, реплицирующийся в результате одного акта инициации, называют единицей репликации или реплпконом. В геноме бактерий, как правило, имеется всего один участок инициации Р., связанный с клеточной мембраной. Кольцевая молекула ДНК генома бактерии реплицируется как один репликон. В геноме эукариотов Р. осуществляется полирепликонно, т. е. инициация Р. происходит одновременно во многих точках по длине молекул ДНК. Установлено, что на молекулах ДНК генома эукариотов имеется большое число потенциальных точек инициации Р., расположенных на расстоянии 1—4 мкм друг от друга. В зависимости от того, сколько потенциальных точек инициации вовлечены в Р., может меняться размер репликона. Напр., при репликации ДНК в дробящихся яйцах дрозофилы, где деления клеток следует очень быстро одно за другим, в Р. включается каждая вторая или третья потенциальная точка Р. и размер репликации равен 9—12 мкм; при удвоении ДНК соматических клеток эукариотов в Р. участвует в среднем 1 из 10 или даже из 100 потенциальных точек инициации Р. и размер репликонов увеличивается до 30—300 мкм.
Репликация ДНК вирусов в основном сходна с репликацией ДНК высших животных и бактерий; она осуществляется ферментами клетки хориона. В нек-рых случаях (вирусы герпеса) РНК-затравка обнаруживается в составе вирионной ДНК. У онкогенных ДНК-содержащих вирусов (паповавирусы) ДНК может интегрировать в геном клетки, после чего репликация вирусной ДНК происходит вместе с ДНК клетки.
Репликация большинства РНК-содержащих вирусов осуществляется вирусспецифическими ферментами — РНК-зависимыми РНК-полимеразамн (репликазы), к-рые достраивают комплементарную нить на вирионной РНК-матрице, образуя так наз. репликативные формы РНК.
У онкогенных РНК-содержащих вирусов (см. Ретровирусы) Р. осуществляется ферментом РНК-зависимой ДНК-полимеразой (обратная транскриптаза, ревертаза), к-рый синтезирует ДНК-копию вирусного генома, способного встраиваться в геном клетки (см. Вирусы).
У бактерий и эукариотов, как правило, в каждом цикле деления клеток должна реплицироваться вся ДНК и при этом только один раз. Это значит, что должны существовать регуляторные системы, контролирующие инициацию Р. и отличающие родительские и дочерние молекулы. Механизм такой регуляции пока не ясен.
В определенных случаях (в норме и при патологии) может происходить многократная Репликация всего генома без последующего деления клетки (это приводит к возникновению полиплоидных ядер ) или Р. отдельных частей генома без Р. всего генома, так наз. экстрарепликация (напр., амплификация ДНК рибосомного гена в оогенезе нек-рых животных). Описаны случаи недорепликации части ДНК генома в клетках эукариотов. Это касается только ДНК гетерохроматина, в к-ром нет генов, необходимых для жизнеобеспечения клетки.
Сходство ферментов Репликации и основных процессов, происходящих в вилке репликации, у прокариотов и эукариотов свидетельствует о высокой эволюционной стабильности и жестком генетическом контроле процесса репликации ДНК. Нарушения нормального процесса Репликации влияют на деление и могут привести к гибели клеток.
Библиография: Бостон К. и Самнер Э. Хромосома эукариотической клетки, пер. с англ., с. 248, М., 1981; Корнберг А. Синтез ДНК, пер. с англ., М., 1977; Уотсон Д ж. Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1978; DNA synthesis, ed. by J. Molineux a. M. Kohiyama, N. Y.— L., 1978; Jacob F., Brenner S. a. Сuzin F. On the regulation of DNA replication in bacteria, Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 28, p. 329, 1963.
РЕПЛИКАЦИЯ
Полезное
Смотреть что такое «РЕПЛИКАЦИЯ» в других словарях:
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называется также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Большой Энциклопедический словарь
репликация — синтез, аутосинтез, повторение, ауторепродукция, редупликация, удвоение Словарь русских синонимов. репликация сущ., кол во синонимов: 8 • ауторепликация (1) • … Словарь синонимов
Репликация — Повторение конкретного открытия в области психологии в других ситуациях и с участием других людей. Мы склонны больше доверять экспериментальным открытиям, если они подтверждаются другими исследоватешями. Репликация того или иного открытия другим… … Большая психологическая энциклопедия
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелатинского replicatio повторение) (редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии ферментов. Обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к… … Современная энциклопедия
Репликация — (редупликация) процесс образования новых молекул НК, осуществляемый полимеразами (см. Полимеразы вирусные). Матрицами для репликации НК служат однонитчатые молекулы НК с позитивной полярностью. (Источник: «Словарь терминов микробиологии») … Словарь микробиологии
репликация — репликация. См. ауторепродукция. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
репликация — Процесс создания идентичной копии (ДНК) [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN replication … Справочник технического переводчика
Репликация — (от лат. replicatio, возобновление, повторение) : В Викисловаре есть статья «репликация» … Википедия
репликация — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция, аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называют также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Энциклопедический словарь
репликация — (лат. replicare обращать назад, отражать) биол. ауторепродукция создание себе подобной структуры; в молекулярной генетике синтез на каждой из нитей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК, иногда РНК) парной ей нити; р. лежит в основе… … Словарь иностранных слов русского языка
Репликация
Полезное
Смотреть что такое «Репликация» в других словарях:
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение), редупликация, ауторепликация, процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых к т, обеспечивающий точное копирование генетич. информации и передачу её от поколения к поколению. В основе механизма Р.… … Биологический энциклопедический словарь
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называется также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Большой Энциклопедический словарь
репликация — синтез, аутосинтез, повторение, ауторепродукция, редупликация, удвоение Словарь русских синонимов. репликация сущ., кол во синонимов: 8 • ауторепликация (1) • … Словарь синонимов
Репликация — Повторение конкретного открытия в области психологии в других ситуациях и с участием других людей. Мы склонны больше доверять экспериментальным открытиям, если они подтверждаются другими исследоватешями. Репликация того или иного открытия другим… … Большая психологическая энциклопедия
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелатинского replicatio повторение) (редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии ферментов. Обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к… … Современная энциклопедия
Репликация — (редупликация) процесс образования новых молекул НК, осуществляемый полимеразами (см. Полимеразы вирусные). Матрицами для репликации НК служат однонитчатые молекулы НК с позитивной полярностью. (Источник: «Словарь терминов микробиологии») … Словарь микробиологии
репликация — репликация. См. ауторепродукция. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
репликация — Процесс создания идентичной копии (ДНК) [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN replication … Справочник технического переводчика
Репликация — (от лат. replicatio, возобновление, повторение) : В Викисловаре есть статья «репликация» … Википедия
репликация — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция, аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называют также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Энциклопедический словарь
репликация — (лат. replicare обращать назад, отражать) биол. ауторепродукция создание себе подобной структуры; в молекулярной генетике синтез на каждой из нитей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК, иногда РНК) парной ей нити; р. лежит в основе… … Словарь иностранных слов русского языка
репликация
Смотреть что такое «репликация» в других словарях:
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение), редупликация, ауторепликация, процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых к т, обеспечивающий точное копирование генетич. информации и передачу её от поколения к поколению. В основе механизма Р.… … Биологический энциклопедический словарь
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение) (ауторепродукция аутосинтез, редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов. Репликацией называется также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация … Большой Энциклопедический словарь
репликация — синтез, аутосинтез, повторение, ауторепродукция, редупликация, удвоение Словарь русских синонимов. репликация сущ., кол во синонимов: 8 • ауторепликация (1) • … Словарь синонимов
Репликация — Повторение конкретного открытия в области психологии в других ситуациях и с участием других людей. Мы склонны больше доверять экспериментальным открытиям, если они подтверждаются другими исследоватешями. Репликация того или иного открытия другим… … Большая психологическая энциклопедия
РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелатинского replicatio повторение) (редупликация), удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии ферментов. Обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к… … Современная энциклопедия
Репликация — (редупликация) процесс образования новых молекул НК, осуществляемый полимеразами (см. Полимеразы вирусные). Матрицами для репликации НК служат однонитчатые молекулы НК с позитивной полярностью. (Источник: «Словарь терминов микробиологии») … Словарь микробиологии
репликация — репликация. См. ауторепродукция. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
репликация — Процесс создания идентичной копии (ДНК) [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN replication … Справочник технического переводчика
Репликация — (от лат. replicatio, возобновление, повторение) : В Викисловаре есть статья «репликация» … Википедия
репликация — (лат. replicare обращать назад, отражать) биол. ауторепродукция создание себе подобной структуры; в молекулярной генетике синтез на каждой из нитей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК, иногда РНК) парной ей нити; р. лежит в основе… … Словарь иностранных слов русского языка
Репликация что это такое
Репликация митохондриальной и ядерной ДНК происходит в разные фазы клеточного цикла. Несмотря на то что общая последовательность стадий при репликации ядерной ДНК у высших существ (эукариот) и у бактерий (прокариот) одинакова, сам процесс имеет незначительные отличия. Так, у эукариот во время репликации ДНК (ядерная) остаётся в нуклеосомной конфигурации.
Фрагменты ДНК, богатые парами оснований Г—Ц (R-полосы эухроматина в уплотнённом хроматине), экспрессируют гены «домашнего хозяйства», которые функционируют во всех клетках организма. Данные фрагменты реплицируются на ранней стадии S-фазы. Участки гетерохроматина, богатые парами оснований А—Т (G-полосы), экспрессируют небольшое количество генов и реплицируются на поздней стадии S-фазы.
Гены с большим содержанием пар А—Т, кодирующие различные свойства и функционирующие лишь в определённых клетках, входят в состав факультативного гетерохроматина. Их репликация происходит на ранней стадии S-фазы только в тех клетках, в которых они экспрессируются, и на поздних стадиях — в клетках, где экспрессии не происходит.
Область спирали ДНК, которая в начале репликации раскручивается в первую очередь, называют участком начала репликации (репликоном). В этом месте двойную нить расплетает фермент хеликаза, раскрывающий последовательность оснований. Процесс репликации происходит вдоль одной цепи со скоростью примерно 40-50 нуклеотидов в секунду одновременно в обоих направлениях. У высших существ имеется множество репликонов, расположенных на расстоянии 50 000—300 000 п.н. В месте разделения нити ДНК возникают репликационные вздутия, на каждом конце которого формируется репликационная вилка.
Новая ДНК синтезируется при участии ферментов, называемых ДНК-полимеразами, из дезоксирибонуклеотидтрифосфатов (АТФ, ГТФ и др.), которые превращаются в монофосфатные нуклеотиды (АМФ, ГМФ и др.). Отщепление и гидролиз пирофосфатов из трифосфатов обеспечивают процесс энергией и обусловливают его полную необратимость, делая молекулу ДНК достаточно устойчивой.
Все ДНК-полимеразы могут выстраивать новую ДНК только в направлении от 5′- к 3′-концу. Это означает, что ферменты должны двигаться вдоль матричной цепи от 3′- к 5′-концу. В связи с этим репликация может непрерывно происходить от репликона только по одной цепи, называемой опережающей. Из-за расположения Сахаров репликация по второй, отстающей цепи происходит только на коротких отрезках, известных как фрагменты Оказаки.
Длина новых фрагментов ДНК, образующихся вдоль отстающей цепи, в среднем составляет 100—200 пар нуклеотидов. Во время синтеза фрагменты Оказаки сшивает между собой фермент ДНК-лигаза. В ожидании репликации стабильность первичной одноцепочечной нуклеотидной последовательности отстающей цепи поддерживается белком, связывающим одноцепочечную ДНК (или спиральдестабилизирующим белком).
Для синтеза опережающей цепи необходим фермент ДНК-полимераза S, а для синтеза отстающей — ДНК-полимераза а. Последняя имеет субъединицу, называемую ДНКпраймазой, которая синтезирует короткую РНК-затравку, играющую роль праймера. Репликация мито-хондриальной ДНК происходит независимо от процессов в ядре. При этом используется ряд других ферментов, один из которых — ДНК-полимераза у.
В геноме присутствует большое количество копий пяти гистонных генов, благодаря чему происходит синтез множества гистонов (особенно во время S-фазы), которые сразу после репликации связываются с новой цепью ДНК.
Следует отметить, что процесс репликации носит название полуконсервативного, так как в состав дочерних молекул ДНК входит одна первичная цепь и одна синтезированная.
Репликация теломер ДНК
Основной проблемой синтеза ДНК на конце отстающей цепи служит то, что ДНК-полимеразе а необходимо прикрепиться выше конца последовательности, которая реплицирована, и работать проксимально в направлении от 5′- к 3′-концу. Для решения этой проблемы нужен ДНК-синтетический фермент теломераза, который продлевает отстающую цепь.
Теломераза — рибонуклеопротеин, содержащий матричную РНК с последовательностью 3′-ААУЦЦЦААУ-5′, которая комплементарна полутора повторам шестиосновной теломерной ДНК (5′-ГГГТТА-3′). Фрагмент последовательности 3′-ААУ РНК-теломеразы связывается с терминальным концом ТТА-5′ матричной отстающей цепи, при этом остальная часть РНК остаётся свободной. Затем к этой матричной РНК присоединяются дезоксирибонуклеотиды, тем самым продлевая повторяющуюся последовательность в ДНК на один сегмент.
После этого теломераза отщепляется и направляется к другому терминальному концу с последовательностью ТТА-5′, и процесс повторяется. Как только возникает достаточно длинный терминальный повтор, ДНК-полимераза а прикрепляется к полученному одноцепочечному фрагменту и достраивает вторую цепь по методу комплементарности в проксимальном 5’—3′-направлении, двигаясь к уже существующему двухцепочечному участку, последующее слияние с которым происходит благодаря действию ДНК-лигазы.
Репаративные механизмы ДНК
Иногда в растущую цепь случайно вклинивается неправильное основание, однако, к счастью, у здоровых клеток присутствуют пострепликационные репаративные ферменты и система коррекции ошибочного спаривания оснований, которые исправляют подобные ошибки. В основе механизма действия данных систем лежат удаление и замена ошибочно вставленных оснований в соответствии с последовательностью матричной цепи. Для их функционирования необходимы ДНК-полимеразы b и е.
Значение ДНК для медицины. Патология пострепликационных механизмов репарации иногда обусловливает предрасположенность пациентов к некоторым онкологическим заболеваниям. К ним относят синдром множественной ломкости хромосом (синдром Блума), наследственную предрасположенность к раку молочной железы, вызванную мутациями генов BRCA1 и BRCA2, и аутосомно-доминантную форму рака кишечника (наследственный неполипозный рак толстой кишки).
Существует теория, утверждающая, что после каждого клеточного цикла теломеры укорачиваются на один повтор, а следовательно, количество делений клетки ограничено числом повторов в теломерной цепи. Согласно этому бесконечный рост и деление опухолевых клеток происходят из-за присутствия активных мутантных теломераз, которые препятствуют разрушению теломер.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
— Вернуться в содержание раздела «генетика» на нашем сайте