Репликация

Репликация (в биологии) – это копирование ДНК, когда шифр генетического кода, во-первых, удваивается, а, во-вторых, распределяется среди дочерних клеток. При этом как хеликазы (ферменты организма), так и топоизомеразы (мономерные белки), а также связывающие материнскую клетку белки одновременно и «расплетают», вращая молекулу ДНК, и удерживают матрицу в определенном разведенном состоянии.

Иначе говоря, репликация в сфере биологии – это передача и воспроизведение информации генетического характера дочерним клеткам без ее мутаций либо в оригинальном виде.

История и теории механизма удвоения ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота в программе генетики организмов отвечает, как за хранение и передачу, так и за воспроизведение биологических кодов или информации, которая состоит из нуклеотидов, сформированных в определенной последовательности. ДНК – это макромолекула, где нуклеотиды являются основными компонентами, которые непосредственно участвуют, как в сигнальных, так и в энергетических процессах жизнедеятельности не только клеток, но и в целом всех организмов.

В качестве химического вещества, состоящего из фосфора и азота, ДНК была выведена И.Ф. Фишером в далеком 1868-м. Причем из клеток, которые были в гное. Впоследствии это вещество было названо нуклеиновой кислотой. Хотя вначале ДНК считали запасом фосфора в организмах.

Постепенно эксперименты О. Эвери, М. Маклари, а также К. Маклауна в 1944-ом, опыты Херши-Чейза в 1952-м привели научную мысль к тому, что ДНК является способом передачи наследственных данных.

Что касается структуры ДНК в форме двойной спиральной модели, то в теории она была предложена Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953-м, а потом доказана на практике в результате рентгеноструктурных исследований Р. Франклин и М. Уилкинсом. За что, как теоретики, так и практики были отмечены Нобелевской 1962-го года премией в номинации физиология и медицина. Однако в списке лауреатов отсутствовала Розалинд Франклин, так как накануне она скончалась от онкологии.

Репликация ДНК

Есть и описание ДНК в виде тройной спирали, которое сделали в 1957-м такие ученые как Г. Фелзенфелд, А. Ричи, а также Д. Дейвис и было в 1985-1986-ом доказано нашим соотечественником М. Д. Франк-Каменецким, что двухспиральная ДНК складывается в три нити.

Наука располагает тремя концептуальными направлениями, объясняющими, как происходит удвоение молекулы, при этом:

  1. Полуконсервативная концепция, предложенная еще в 1957-м Д. Уотсоном и Ф.Криком, предполагает, что обе молекулы спирали ДНК формируют одну общую старую и одну новообразованную цепочки. Именно эта теория является сейчас научно доказанной.
  2. Консервативная концепция гласит, что якобы одна из молекул ДНК служит эталоном или матрицей, а вторая – это молекула, которая воспроизводится с нуля.
  3. Концепция дисперсии ДНК предполагает, что якобы по всей длине дочерних молекул есть участки, которые чередуются, как старыми, так и новыми мономерами.

Функции, как ферментов, так и белков

Для клеточного деления, как и для любого метаболического процесса необходимы, как ферменты, так и белки, которые иначе называют соответственно хеликазы и топоизомеразы. Кроме этих белков в механизме репликации участвуют и другие как ферменты, так и и белковые соединения такие, как праймаза и лигаза, а также Ssb-белки.

Итак, функции ферментов или хеликазы в процессе удвоения молекулы – это формирование так называемой репликационной вилки, которая является разрывом цепей матрицы с помощью разделения водородных связей. Именно таким образом проще полимеразам подобраться к молекуле ДНК и дать старт началу синтеза. И поэтому хеликазы отвечают за процесс нормального формирования вновь образованной молекулы без мутаций.

Что касается других ферментов и белков, то их функции распределены следующим образом:
- ответственным за формирование затравки на эталонной ДНК-цепи служит такой фермент, как праймаза;
- топоизомераза на короткий временной период разрывает ДНК для продвижения полимеразы, после чего разрыв сшивается, не образуя при этом напряжений в молекуле;
- лигаза. Как раз функции этого фермента и заключаются в соединении ДНК на отстающей ее ветви. Сам процесс этого соединения происходит с помощью удаления праймеров и помещения на эти места мономеров;
- в качестве ограничителей формирования связей до завершения репликации являются Ssb-белковые соединения.

Репликация в биологии является сложным, многоэтапным и более того, основополагающим механизмом деления клеток, где наличие как ферментов, так и белков крайне необходимо для нормального и стабильного синтеза.

В качестве итогов

Невозможно переоценить репликацию для жизни организмов. Передача и воспроизводство генетических данных в делении клеток – это не что иное, как копирование ДНК-молекул. Поэтому на всех этапах исключительно важна координация взаимодействий между ферментами и белковыми соединениями.

Похожие статьи

Инфосфера