Мейоз и его генетическая сущность

У бактерий и вирусов репликация начинается в одной точке молекулы ДНК. В каждой хромосоме высших организмов таких точек обычно бывает по нескольку сот. В точке начала синтеза ДНК могут образоваться одна пли две репликационные вилки. В первом случае репликация протекает в одном направлении; обычно же образуются две вилки, которые движутся по молекуле ДНК в противоположных направлениях. 'Такая двунаправленная репликация показана авторадиографическим методом на кольцевых ДНК бактерий, а также у высших организмов. По мере продвижения репликационных вилок образуются дочерние двуспиральные молекулы ДНК, состоящие наполовину из старых цепей и наполовину из комплементарных им новых цепей ДНК. Исследование Окадзаки биосинтеза ДНК у бактерий показало, что сначала синтезируются сравнительно короткие фрагменты дезоксирибополинуклеотидных цепей длиной до 1000 нуклеотидных остатков, которые затем сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой (полинуклеотидлигазой). Одна из двух цепей ДНК при этом растет непрерывно, а другая прерывисто. Образование фрагментов Окадзаки показано и у высших организмов. Показано, что разъединение и раскручивание двух полинуклеотидных цепей двойной спирали ДНК, необходимое для репликации, осуществляется при помощи особого ДНК-связывающего белка.

Репликация вирусных и нескольких кольцевых молекул ДНК имеет некоторые особенности. Так, одноцепочечная ДНК вируса Ф Х174 сначала синтезирует на своей матрице комплементарную цепь — так называемый минус-цепь. Эта цепь замыкается в кольцо ДНК-лигазой и образует биологически активную репликативную форму ДНК бактериофага. А. Корнбергом эта последовательность реакций была воспроизведена вне организма, и таким образом впервые была получена синтетическая биологически активная репликативная форма ДНК. У кольцевых молекул ДНК митохондрий обнаружено присутствие небольшого фрагмента длиной около 450 нуклеотидных остатков, комплементарного одной («легкой») цепи двуспиральной молекулы ДНК. Другая («тяжелая») цепь в этом участке смещается и образует так называемую D-петлю. Названный фрагмент служит начальным участком синтезирующейся «тяжелой» цепи ДНК, «легкая» цепь синтезируется на освободившейся «тяжелой» цепи исходной ДНК. Репликация происходит асимметрически в одном направлении и начинается с предобразованных фрагментов. В ДНК паповавирусов, например вируса SV 40 и вируса папилломы, репликация идет сразу в двух направлениях. У бактерий репликация, по всей вероятности, начинается в месте прикрепления ДНК к мембране. У высших организмов ДНК хромосом также связана с внутренней мембраной ядра, однако значение этой связи в процессе репликации пока не ясно.

Помимо репликации ДНК, в организме происходит репарация ДНК, то есть восстановление поврежденных, разрушенных или измененных участков полинуклеотидных цепей. Разрывы в одной из полинуклеотидных цепей ДНК, по-видимому, репарируются под действием ДНК-лигазы. Более сложные повреждения, например образование димеров тимина под действием ультрафиолетовой радиации, ликвидируются следующимобразом: поврежденный участок, содержащий димер тимина, «вырезается» при помощи эндонуклеазы (обычно это олигонуклеотид, триилп тетрануклсотид), а брешь заполняется нормальным нуклеотидным блоком. В процессе репарации участвует ряд ферментов: эндо-, экзо-1 и экзо-11 нуклсазы и ДНК-полимераза. Расшифровка механизмов повреждения и репарации ДНК несомненно приведет к более эффективной профилактике и терапии болезней, вызванных радиационными и химическими мутагенами.

При изучении мутанта Е. coli, чувствительного к ультрафиолетовому облучению, выяснилось, что он дефектен и в отношении ДНК-полимеразы. Однако у этого мутанта (Ро1А) продолжалась репликация ДНК. На этом основании возникло предположение, что описанная А. Корнбергом полимераза участвует в репарации и не участвует в репликации. Вскоре из мутанта Ро1А была выделена другая ДНК-полимераза, сходная по механизму действия с ранее известной, но отличная от нее по некоторым свойствам. ДНК-полимеразу II стали считать ответственной за репликацию. Затем была выделена ДНК-полимераза III, по своим свойствам напоминающая ДНК-полимеразу I. Таким образом, обнаружено три ДНК-полпмеразы, причем, по-видимому, для репликации необходима именно ДНК-полимераза III.

В онкогенных РНК-содержащих вирусах (онкорнавирусах) обнаружен фермент, катализирующий синтез комплементарной цепи ДНК на матрице, то есть процесс, обратный процессу переноса информации от ДНК к РНК. Этот фермент получил название «РНК-зависимая ДНК-полимераза» или «обратная транскриптаза». Открытие этого фермента означало успех науки о злокачественных опухолях — онкологии. Ранее было установлено, что при злокачественном перерождении клеток под действием онкогенных вирусов происходит включение ДНК вируса в хромосому клетки хозяина. Однако из этой закономерности выпадали РНК-содержащие онкогенные вирусы. Оказалось, что они содержат обратную транскриптазу, которая сразу после заражения по вирусной РНК синтезировала вирусную ДНК, которая и внедрялась в хромосому клетки хозяина.

В ряде случаев, например в ооцитах для рибосомной ДНК, имеет место амплификация (умножение) определенных участков ДНК. Механизм амплификации не совсем ясен; по-видимому, происходит репликация отдельных участков ДНК, содержащих цистроны тех РНК, которые усиленно синтезируются в данных условиях.

Катаболизм ДНК не представляет каких-либо особенностей. В кишечном тракте и в тканях ДНК гидролизуются под действием дезоксирибонуклеаз; образовавшиеся нуклеотиды гидролизуются нуклеотидазами, а образующиеся пуриновые и пиримидиновые основания и сахара расщепляются обычными путями.

20. РНК: строение, типы, синтез, значение

Рибонуклеи́новая кисло́та (РНК) -одна из трёх основных макромолекул (две 

другие -ДНК и белки),которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК состоит из 

длинной цепи, в которой каждое звеноназывается нуклеотидом. Каждый 

нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать 

генетическую информацию. Всеклеточные организмы используют РНК 

(мРНК) для программирования синтеза белков.Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрицеДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК полимеразами. Затем матричные РНК (мРНК)принимают участие в процессе, называемом 

трансляцией. Трансляция -это синтез белка на матрице мРНК при участии 

рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим 

модификациям, и послеобразования вторичной и третичной структур 

выполняют функции, зависящие от типа РНК. Для одноцепочечных РНК 

характерны разнообразные пространственные структуры, в которых часть нуклеотидов одной и той же цепи спарены между собой. Некоторые 

высокоструктурированные РНКпринимают участие в синтезе белка клетки, 

например, транспортные РНК служат для узнавания кодонов идоставки 

соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а служат 

структурной и каталитической основой рибосом. Однако функции РНК в 

современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так, малыеядерные РНК принимают участие в сплайсинге эукариотических матричных РНК и других процессах.Помимо того, что молекулы РНК входят в состав 

некоторых ферментов (например, теломеразы), у отдельныхРНК обнаружена собственная ферментативная активность: способность вносить разрывы в 

другие молекулыРНК или, наоборот, «склеивать» два РНК фрагмента. 

Такие РНК называются рибозимами.

Геномы ряда вирусов состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмоввыполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласнокоторой РНК - первая  молекула, которая была способна к самовоспроизведению в добиологическихсистемах. Матричная (информационная) РНК - РНК, которая  служит 

посредником при передаче информации, закодированной в ДНК  

к рибосомам, молекулярным машинам, синтезирующим белки живого 

организма. Кодирующая последовательность мРНК определяет 

последовательность аминокислот полипептидной цепи белка. Однако 

большинство РНК не кодируют белок. Эти некодирующие РНК могут

транскрибироваться с отдельных генов (например, рибосомальные РНК) или быть производными интронов. Классические, хорошо изученные типы 

некодирующих РНК это транспортные РНК (тРНК) ирРНК, которые 

участвуют в процессе трансляции. Существуют также классы РНК, 

ответственные зарегуляцию генов, процессинг мРНК и другие роли. Кроме 

того, есть и молекулы некодирующих РНК,способные катализировать 

химические реакции, такие, как разрезание и лигирование молекул РНК.

Поаналогии с белками, способными катализировать химические реакции -энзимами (ферментами), каталитические  молекулы РНК называются  

рибозимами. Синтез РНК в живой клетке проводится ферментом — РНК-полимеразой. У эукариот разные типы РНКсинтезируются разными, специализированными РНК-  полимеразами. В целом матрицей синтеза РНК может

выступать как ДНК, так и другая молекула РНК. Например, полиовирусы 

используют РНК-зависимую РНК-полимеразу для репликации своего

генетического материала, состоящего из РНК. Но РНК зависимый синтез,  который раньше считался характерным только для вирусов, происходит 

и в клеточныхорганизмах, в процессе так называемой РНК-интерференции.

Как в случае ДНК-зависимой РНК-полимеразы, так и в случае РНК-зависимой РНК полимеразы фермент присоединяется к промоторной 

последовательности. Вторичная структура молекулы матрицы расплетается

с помощью хеликазной активности полимеразы, которая при движении  

субстрата в направлении от 3' к 5'концу молекулы синтезирует РНК в направлении 5' → 3'.  Терминатор транскрипции  в исходной молекуле определяет 

окончание синтеза. Многие молекулы РНК синтезируются в качестве молекул-предшественников,которые подвергаются «редактированию» - удалению  ненужных частей с помощью РНК-белковых комплексов. Например, у кишечной палочки гены рРНК расположены в составе одного оперона (в rrn порядок расположения такой: 16S — tRNAGlu 2 — 23S —5S)  

считываются в виде одной длинной молекулы, которая затем подвергается

расщеплению в нескольких участках с образованием сначала пре-рРНК,  а затем зрелыхмолекул рРНК. Процесс изменения нуклеотидной 

последовательности РНК после синтеза носит названиепроцессинга или 

редактирования РНК.

После завершения транскрипции РНК часто подвергается модификациям (см. выше), которые зависят отфункции, выполняемой данной молекулой. У 

эукариот процесс «созревания» РНК, то есть её подготовки к синтезу белка, 

часто включает сплайсинг: удаление некодирующих белок 

последовательностей (интронов) спомощью рибонуклеопротеида 

сплайсосомы. Затем к 5' концу молекулы пре-мРНК эукариот добавляется особый модифицированный нуклеотид кэп), а к 3' концу несколько 

аденинов, так назваемый «полиА-хвост»

21.Биосинтез (трансляция)

В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, они входят в состав цитоплазмы. Белки обладают необычайно высокой реакционной способностью. Они наделены каталитическими функциями, т.е. являются ферментами, поэтому белки определяют направление, скорость и теснейшую согласованность, сопряженность всех реакций обмена веществ.