молекулярка. молеулярка 20,09,19. Молекулярногенетический уровень организации жизни элементарная структура ген
 Скачать 2.04 Mb.
|
|
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ: ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СТРУКТУРА – ГЕН, ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ЯВЛЕНИЕ – КОНВАРИАНТНАЯ РЕПЛИКАЦИЯ ДНК. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ ИЗМЕНЧИВОСТЬ 1. ПУТЕМ РЕПЛИКАЦИИ ДНК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ 1. ПРОИСХОДЯТ ГЕННЫЕ МУ- КОПИРОВАНИЕ (ТИРАЖИРОВАНИЕ) ТАЦИИ; т.к. ЭТИ МУТАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, что ПРИВОДЯТ к ИЗМЕНЕНИЮ ЯВЛЯЕТСЯ НЕОБХОДИМЫМ УСЛОВИЕМ (ПОЯВЛЕНИЮ НОВОЙ) ПЕРЕДАЧИ КАЧЕСТВЕННО и БИОИНФОРМАЦИИ ИХ КОЛИЧЕСТВЕННО ПОЛНОЦЕННОЙ НАЗЫВАЮТ ВИДОСПЕЦИФИЧНОЙ БИОИНФОРМАЦИИ в ИСТИННЫМИ. РЯДУ ПОКОЛЕНИЙ КЛЕТОК и ОРГАНИЗМОВ; 2. ПОЯВИВШАЯСЯ вследствие ГЕННЫХ МУТАЦИЙ НОВАЯ БИОИНФОРМАЦИЯ СОХРАНЯЕТСЯ в ГЕНО(АЛЛЕЛО)ФОНДАХ ПОПУЛЯЦИЙ ПОТОМКОВ (преадаптация / генетический груз). Таким образом, НА РАССМАТРИВАЕМОМ УРОВНЕ ОБЕСПЕЧИВАЮТСЯ такие СВОЙСТВА ЖИЗНИ, НЕОБХОДИМЫЕ для ЭВОЛЮЦИИ, как НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ и МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ; СОЗДАЕТСЯ РЕЗЕРВ НАСЛЕДСТВЕННОЙ (НЕОПРЕДЕЛЕНННОЙ) ИЗМЕНЧИВОСТИ. Вклад в здоровье / нездоровье людей – ПОЛУЧЕНИЕ с ГАМЕТАМИ РОДИТЕЛЕЙ ПОЛНОЦЕННОЙ БИОИНФОРМАЦИИ – ЗДОРОВЬЕ, многие ГЕННЫЕ МУТАЦИИ ВРЕДНЫ для ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ и ОНТОГЕНЕЗА, ОТЛИЧАЮТСЯ ЛЕТАЛЬНЫМ или ПОЛУЛЕТАЛЬНЫМ ЭФФЕКТОМ. Но см. ДИПЛОИДНОСТЬ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК и ОРГАНИЗМОВ. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ПОТОК БИОИНФОРМАЦИИ: ОСНОВНЫЕ ЗВЕНЬЯ - 1. КЛЕТОЧНОЕ ЯДРО (ДНК ХРОМОСОМ; ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ -РЕПЛИКАЦИЯ и ТРАНСКРИПЦИЯ, МУТАГЕНЕЗ и РЕКОМБИНАЦИЯ, МАКРОМОЛЕКУЛЯРНОЕ РЕДАКТИРОВАНИЕ и РЕПАРАЦИЯ); 2. ЯДРО и ЦИТОПЛАЗМА КЛЕТКИ (ИНФОРМАЦИОННАЯ или МАТРИЧНАЯ и другие ВИДЫ РНК, НЕПОСРЕДСТВЕННО УЧАСТВУЮЩИЕ в БИОСИНТЕЗЕ БЕЛКОВ; ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ – ПОСТТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ РНК-ТРАНСКРИПТОВ: ПРОЦЕССИНГ и СПЛАЙСИНГ; ТРАНСПОРТ и(м)РНК из ЯДРА в ЦИТОПЛАЗМУ; СИНТЕЗ ПРОСТЫХ БЕЛКОВ - ПОЛИПЕПТИДОВ на РИБОСОМАХ в ЦИТОПЛАЗМЕ – ПРОЦЕСС ТРАНСЛЯЦИИ; ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БЕЛКОВ – ДОСТАВКА к МЕСТУ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ, ПРИОБРЕТЕНИЕ БЕЛКАМИ ТРЕТИЧНОЙ - ФОЛДИНГ и ЧЕТВЕРТИЧНОЙ - МУЛЬТИБЕЛКОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ – СТРУКТУРЫ; ”ВЫБРАКОВКА” ДЕФЕКТНЫХ иРНК и БЕЛКОВ); 3. ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗРЕЛЫЕ БЕЛКИ, ВЫПОЛНЯЮЩИЕ КАТАЛИТИЧЕСКУЮ, СТРОИТЕЛЬНУЮ, ТРАНСПОРТНУЮ, РЕГУЛЯТОРНУЮ и др. ФУНКЦИИ; 4. СОСТОЯНИЕ и ФУНКЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР и КЛЕТОК. ДНК как ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (материал наследственности и изменчивости) ЗЕМНОЙ ЖИЗНИ: СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАТЬ в качестве БИОИНФОРМАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА – ФУНКЦИОНАЛЬНО- СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЕ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА ХАРАКТЕРИСТИКИ 1. НАДЕЖНОЕ СОХРАНЕНИЕ 1. ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ; БИОИНФОРМАЦИИ; БИСПИРАЛЬ-ДУБЛИРОВАНИЕ БИОИНФОРМАЦИИ во ВЗАИМО- КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ ЦЕПЯХ; ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК и РЕПАРАЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ; 2. ВОЗМОЖНОСТЬ ЗАПИСАТЬ 2. БИОПОЛИМЕР, в СТРУКТУРЕ БОЛЬШОЙ ОБЪЕМ БИО- которого ДОПУСКАЕТСЯ ЛЮБАЯ ИНФОРМАЦИИ; ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ МОНОМЕРОВ (4 нуклеотида); 3. ПЕРЕДАЧА БИОИНФОРМАЦИИ 3. НАДМОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА в РЯДУ КЛЕТОЧНЫХ ПОКОЛЕ- в виде БИСПИРАЛИ из ВЗАИМО- ЛЕНИЙ без СУЩЕСТВЕННЫХ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ ЦЕПЕЙ ПОТЕРЬ; (МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ, РЕПЛИКАЦИЯ); ДНК как ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (материал наследственности и изменчивости) ЗЕМНОЙ ЖИЗНИ: СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАТЬ в качестве БИОИНФОРМАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (ПРОДОЛЖЕНИЕ 1) – ФУНКЦИОНАЛЬНО- СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЕ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА: ХАРАКТЕРИСТИКИ: 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 4. ТО ЖЕ (МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ, БИОИНФОРМАЦИИ для ТРАНСКРИПЦИЯ); ОРГАНИЗАЦИИ КЛЕТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ; 5. РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ 5. У ЭУКАРИОТ – функций ДНК; нуклеогистоновый КОМПЛЕКС с ВОЗМОЖНОСТЬЮ ХИМИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ГИСТОНОВ с КИСЛЫМИ НЕГИСТОНО- ВЫМИ БЕЛКАМИ (транскрипционные факторы), “СПИРАЛИЗАЦИЯ-ДЕСПИ- ДЕСПИРАЛИЗАЦИЯ” БИСПИРАЛИ, ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ МОЛЕКУЛ ДНК (метилирование); 6. ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ОБЪЕМ 6. ОШИБКИ РЕПЛИКАЦИИ, РЕКОМБИ- “ИНФОРМАЦИОННОГО ШУМА” НАЦИИ, РЕПАРАЦИИ; ДЕЙСТВИЕ в виде ГЕННЫХ (ИСТИННЫХ) МУТАГЕНОВ. МУТАЦИЙ, ДАЮЩИХ НОВУЮ БИОИНФОРМАЦИЮ. МАКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯ и НАДМОЛЕКУЛЯРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ДНК. НУКЛЕОТИДЫ и АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ: 1. ДНК – БИОПОЛИМЕР (МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ); 2. МОНОМЕРЫ, СТРОЯЩИЕ МАКРОМОЛЕКУЛУ ДНК - НУКЛЕОТИДЫ (4); 3. НУКЛЕОТИД СОСТОИТ из АЗОТИСТОГО ОСНОВАНИЯ (4), ПЯТИУГЛЕРОДНОГО САХАРА ДЕЗОКСИРИБОЗЫ и ОСТАТКА ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ; РАЗНЫЕ НУКЛЕОТИДЫ РАЗЛИЧАЮТСЯ АЗОТИСТЫМИ ОСНОВАНИЯМИ; 4. АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ: ДВА – это ПУРИНЫ (АДЕНИН и ГУАНИН), а ДВА – это ПИРИМИДИНЫ (ЦИТОЗИН и ТИМИН); 5. В МАКРОМОЛЕКУЛЕ ДНК НУКЛЕОТИДЫ СОЕДИНЕНЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ между САХАРОМ и ФОСФАТОМ; 6. БИСПИРАЛЬ ДНК (НАДМОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ) ВЗАИМОКОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ ДНК УДЕРЖИВАЮТСЯ ВОДОРОДНЫМИ СВЯЗЯМИ между ПУРИНАМИ и ПИРИМИДИНАМИ (А-Т и Г-Ц); РАССТОЯНИЯ между ОСНОВАНИЯМИ в ПАРАХ А-Т и Г-Ц РАВНЫ, что ДЕЛАЕТ МАКРОМОЛЕКУЛЫ ДНК в БИСПИРАЛИ АНТИПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ; в ПАРЕ А-Т 2 ВОДОРОДНЫХ СВЯЗИ, в ПАРЕ Г-Ц их 3. 7. ДИАМЕТР БИСПИРАЛИ 2нм, РАССТОЯНИЕ в ПАРАХ ОСНОВАНИЙ 0,34нм, ВИТОК БИСПИРАЛИ ВКЛЮЧАЕТ 10 ПАР НУКЛЕОТИДОВ (В-СПИРАЛЬ); 8. НАИБОЛЬШУЮ ДЛИНУ ИМЕЕТ БИСПИРАЛЬ ДНК ХРОМОСОМЫ 1 ЧЕЛОВЕКА (263 млн. п.н.), НАИМЕНЬШУЮ – ХРОМОСОМЫ 21 (50 млн. п.н.). РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ - 1. РЕПЛИКАЦИЯ НЕОБХОДИМА для КОПИРОВАНИЯ (ТИРАЖИРОВАНИЯ) БИСПИРАЛЕЙ ДНК; ОБРАЗУЕМЫЕ КОПИИ (РЕПЛИКИ) ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ для КЛЕТОК ОРГАНИЗМОВ в РЯДУ ПОКОЛЕНИЙ и СОДЕРЖАТ ВИДОСПЕЦИФИЧНУЮ БИОИНФОРМАЦИЮ, используя которую КЛЕТКИ ОРГАНИЗМОВ каждого ОЧЕРЕДНОГО ПОКОЛЕНИЯ ПРОХОДЯТ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ (видоспецифичный) ПУТЬ РАЗВИТИЯ и ВОСПРОИЗВОДЯТ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ (видоспецифичный) ТИП ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ; 2. ПОД ГЕНЕТИЧЕСКИМ КОНТРОЛЕМ НАХОДЯТСЯ ВСЕ СОБЫТИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ РЕПЛИКАЦИЮ ДНК, в т.ч. ГАРАНТИРУЮЩИЕ ЕЕ ВЫСОКУЮ ТОЧНОСТЬ: ОБРАЗОВАНИЕ НУКЛЕОТИДОВ-ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ ДНК, СБОРКА МОНОМЕРОВ в ПОЛИМЕР, КООРДИНАЦИЯ с ДРУГИМИ КЛЕТОЧНЫМИ СОБЫТИЯМИ, ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК РЕПЛИКАЦИИ и РЕПАРАЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК, МЕЖХРОМОСОМНЫЙ ОБМЕН ФРАГМЕНТАМИ ДНК (РЕКОМБИНАЦИЯ), ТРАНСЛОКАЦИЯ УЧАСТКОВ в ПРЕДЕЛАХ МОЛЕКУЛ ДНК ОДНОЙ или РАЗНЫХ ХРОМОСОМ, УКЛАДКА БИСПИРАЛИ в ХРОМАТИН; 3. Благодаря ВЗАИМОКОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ МОЛЕКУЛ БИСПИРАЛИ ДНК СЛУЖИТ МАТРИЦЕЙ для СОБСТВЕННОЙ РЕПЛИКАЦИИ, которая ПРОИСХОДИТ ПОЛУКОНСЕРВАТИВНЫМ СПОСОБОМ; 4. ОБРАЗОВАНИЕ ДОЧЕРНИХ ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫХ ЦЕПЕЙ на МАТЕРИНСКИХ как на МАТРИЦАХ ПРОИСХОДИТ без НАРУШЕНИЯ НУКЛЕОСОМНОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИНСКИХ ЦЕПЕЙ; 5. ДОЧЕРНЯЯ ПОЛИНУКЛЕОТИДНАЯ ЦЕПЬ СРАЗУ ВСЛЕД ЗА ОБРАЗОВАНИЕМ ПРИОБРЕТАЕТ НУКЛЕОСОМНУЮ СТРУКТУРУ. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ (продолжение 1) – 6. НОВЫЕ МОЛЕКУЛЫ ДНК ОБРАЗУЮТСЯ ПУТЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДТРИФОСФАТОВ к СВОБОДНОМУ 3΄-гидроксильному КОНЦУ уже СТРОЯЩЕЙСЯ МОЛЕКУЛЫ; т.о. ИХ СИНТЕЗ ИДЕТ в НАПРАВЛЕНИИ 5΄→3΄ вдоль МАТРИЧНОЙ МОЛЕКУЛЫ, ОРИЕНТИРОВАННОЙ в ПРОТИВОПОЛОЖНОМ, 3΄→5΄ НАПРАВЛЕНИИ; СИНТЕЗ ОДНОЙ МОЛЕКУЛЫ или ЦЕПИ БИСПИРАЛИ (ЛИДИРУЮЩАЯ) ИДЕТ НЕПРЕРЫВНО, а ВТОРОЙ (ОТСТАЮЩАЯ) – ИМПУЛЬСАМИ (полунепрерывный механизм); для ОБРАЗОВАНИЯ ЛИДИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ ДОСТАТОЧНО ОДНОГО АКТА ИНИЦИАЦИИ, для ОБРАЗОВАНИЯ ОТСТАЮЩЕЙ ЦЕПИ – НЕСКОЛЬКИХ; 7. ИНИЦИАЦИЯ СИНТЕЗА НОВЫХ МОЛЕКУЛ ДНК (РЕПЛИКОНАМИ ЛИДИРУЮЩЕЙ или ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ ОТСТАЮЩЕЙ) ТРЕБУЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РНК-ЗАТРАВКИ (ПРАЙМЕР), ПРЕДОСТАВЛЯЮЩЕЙ СВОБОДНЫЙ 3΄-гидроксильный КОНЕЦ, что видимо ОТРАЖАЕТ ХОД ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМНОЙ ЖИЗНИ; 8. В ТОЧКАХ ИНИЦИАЦИИ РЕПЛИКАЦИИ ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ между МОЛЕКУЛАМИ ДНК БИСПИРАЛИ РАЗРЫВАЮТСЯ, а сами МОЛЕКУЛЫ РАСПЛЕТАЮТСЯ и УДЕРЖИВАЮТСЯ в таком положении БЕЛКАМИ; 9. СКОРОСТЬ РЕПЛИКАЦИИ у ЭУКАРИОТ 10-100 п.н. в секунду; СЖАТЫЕ СРОКИ РЕПЛИКАЦИИ ДОСТИГАЮТСЯ БОЛЬШИМ ЧИСЛОМ ТОЧЕК ИНИЦИАЦИИ; 10. ДОЧЕРНИЕ БИСПИРАЛИ ОБРАЗОВАНЫ ОДНОЙ МАТЕРИНСКОЙ и ОДНОЙ НОВОЙ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ (ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫМИ ЦЕПЯМИ) ДНК. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ (продолжение 2) – 11. РЕПЛИКАЦИЯ ЛИДИРУЮЩЕЙ МОЛЕКУЛЫ РЕПЛИКОНАМИ, а ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЙ МОЛЕКУЛЫ ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ТЕМ, что 2 МОЛЕКУЛЫ БИСПИРАЛИ АНТИПАРАЛЛЕЛЬНЫ, а ДНК-ПОЛИМЕРАЗА СПОСОБНА ПРИСОЕДИНЯТЬ к РАСТУЩЕЙ ЦЕПИ ДНК ОЧЕРЕДНОЙ НУКЛЕОТИД только на 3΄ КОНЦЕ, т.е. СТРОИТЬ ДОЧЕРНЮЮ ЦЕПЬ в НАПРАВЛЕНИИ 5΄→3΄; 12. РАЗМЕР РЕПЛИКОНА ЭУКАРИОТ порядка 1 600 000 п.н., а ФРАГМЕНТА ОКАЗАКИ у ЭУКАРИОТ – 100-200 п.н.; в ДНК ХРОМОСОМ СОМАТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ ЧЕЛОВЕКА порядка 50 000 РЕПЛИКОНОВ; ОДНОВРЕМЕННО РЕПЛИЦИРУЕТСЯ ДНК 10-100 РЕПЛИКОНОВ; РАЗНЫЕ УЧАСТКИ ДНК РЕПЛИЦИРУЮТСЯ в РАЗНОЕ ВРЕМЯ: РЕПЛИКАЦИЯ ГЕТЕРОХРОМАТИНОВЫХ УЧАСТКОВ ОБЫЧНО ОТНЕСЕНА на КОНЕЦ СИНТЕТИЧЕСКОГО ПЕРИОДА , тогда как УДВОЕНИЕ ДНК ЦЕНТРОМЕРНЫХ УЧАСТКОВ (тоже гетерохроматиновых) ХРОМОСОМ ПРОИСХОДИТ даже не в ПЕРИОДЕ S ИНТЕРФАЗЫ, а в НАЧАЛЕ АНАФАЗЫ МИТОЗА; 13. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК – ПРОЦЕСС СИММЕТРИЧНЫЙ, т.к. ОБЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ (ЦЕПИ) БИСПИРАЛИ ЯВЛЯЮТСЯ МАТРИЦАМИ; 14. У ЭУКАРИОТ ВРЕМЯ РЕПЛИКАЦИИ СОСТАВЛЯЕТ, в среднем, 7-12 часов в УСЛОВИЯХ In Vivо и 6-8 часов в УСЛОВИЯХ In Vitro; СКОРОСТЬ РЕПЛИКАЦИИ РЕГУЛИРУЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧИСЛА ТОЧЕК ЕЕ ИНИЦИАЦИИ (ЧИСЛОМ АКТИВИРУЕМЫХ РЕПЛИКОНОВ); ЭТО ЧИСЛО ВАРЬИРУЕТ в зависимости от СТАДИИ ОНТОГЕНЕЗА , ТИПА КЛЕТОК и СТАДИИ ГИСТОГЕНЕЗА, УСЛОВИЙ СУЩЕСТВОВАНИЯ КЛЕТОК; к примеру, в СПЕРМАТОГОНИЯХ ЧЕЛОВЕКА ПРИХОДИТСЯ на ХРОМОСОМУ в среднем 40 ТОЧЕК ИНИЦИАЦИИ, а в СПЕРМАТОЦИТАХ – 5-6 ТАКИХ ТОЧЕК (ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРИОДА S, соответственно, 15 и 100 ЧАСОВ). КАК МАТРИЧНЫЙ ПРОЦЕСС РЕПЛИКАЦИЯ ВКЛЮЧАЕТ ФАЗЫ: 1. ИНИЦИАЦИИ или НАЧАЛА, 2. ЭЛОНГАЦИИ или НАРАЩИВАНИЯ (ПРИРАЩЕНИЯ, УДЛИННЕНИЯ) СТРОЯЩЕЙСЯ ДОЧЕРНЕЙ МАКРОМОЛЕКУЛЫ (ЦЕПИ) ДНК, 3. ТЕРМИНАЦИИ или ЗАВЕРШЕНИЯ. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ФАЗА ИНИЦИАЦИИ - 1. В ПЕРИОДЕ G1 КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА ОБРАЗУЕТСЯ ПРЕРЕПЛИКАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС из 15-20 РАЗНЫХ БЕЛКОВ. Среди них – ИНИЦИИРУЮЩИЕ или “УЗНАЮЩИЕ” БЕЛКИ, НАХОДЯЩИЕ ТОЧКИ ИНИЦИАЦИИ (НАЧАЛА), и ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ БЕЛКИ, которые “РАСТЯГИВАЮТ” ЦЕПИ-МАТРИЦЫ БИСПИРАЛИ, ДЕЛАЯ их ДОСТУПНЫМИ для ПРИСОЕДИНЕНИЯ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ НУКЛЕОТИДОВ. УЧАСТОК БИСПИРАЛИ ДНК с ОТКРЫВШИМИСЯ для РЕПЛИКАЦИИ ЦЕПЯМИ-МАТРИЦАМИ – “РЕПЛИКАТИВНЫЙ ГЛАЗ”; 2. Для того, чтобы РЕПЛИКАЦИЯ НАЧАЛАСЬ (ПЕРЕХОД в ПЕРИОД S КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА) ПРЕРЕПЛИКАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС ПРЕОБРАЗУЕТСЯ в РЕПЛИКАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС (ЗАМЕНА НЕКОТОРЫХ БЕЛКОВ) и в ТОЧКАХ ORI ОБРАЗУЮТСЯ “РЕПЛИКАТИВНЫЕ ВИЛКИ”, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ РЕПЛИКАЦИЮ в двух ВЗАИМОПРОТИВОПОЛОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ. РК ОБЕСПЕЧИВАЕТ СВЯЗЬ НЕОБХОДИМЫХ для РЕПЛИКАЦИИ БЕЛКОВ (в т.ч. ФЕРМЕНТОВ) с ТОЧКАМИ ORI, РАСКРУЧИВАНИЕ или МЕСТНУЮ ДЕНАТУРАЦИЮ БИСПИРАЛИ ДНК (ФЕРМЕНТ ГЕЛИКАЗА+ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ БЕЛОК), СОБСТВЕННО РЕПЛИКАЦИЮ (ФЕРМЕНТ ДНК-ПОЛИМЕРАЗА); 3. Чтобы ИЗБЕЖАТЬ при МЕСТНОМ РАСКРУЧИВАНИИ БИСПИРАЛИ ОБРАЗОВАНИЯ перед “РЕПЛИКАТИВНОЙ ВИЛКОЙ” СУПЕРВИТКОВ, что ПРЕПЯТСТВОВАЛО бы ПОСТУПАТЕЛЬНОМУ ДВИЖЕНИЮ “ВИЛКИ”, ФЕРМЕНТЫ ТОПОИЗОМЕРАЗЫ I и II РАЗРЫВАЮТ одну или обе ЦЕПИ, чем СОЗДАЮТСЯ УСЛОВИЯ для ЛОКАЛЬНЫХ ВРАЩЕНИЙ ФРАГМЕНТОВ МОЛЕКУЛ ДНК - СУПЕРВИТКИ не ОБРАЗУЮТСЯ; РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ФАЗА ИНИЦИАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ 1) - 4. ГЛАВНЫЕ ФЕРМЕНТЫ РЕПЛИКАЦИИ ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ не МОГУТ САМОСТОЯТЕЛЬНО НАЧАТЬ СИНТЕЗ ПОЛИНУКЛЕОТИДА путем СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДТРИФОСФАТОВ; ОНИ КАТАЛИЗИРУЮТ только ПРИСОЕДИНЕНИЕ с ОБРАЗОВАНИЕМ ФОСФОДИЭФИРНОЙ СВЯЗИ ТРИФОСФОНУКЛЕОТИДОВ-ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ к уже ИМЕЮЩЕМУСЯ ФРАГМЕНТУ ПОЛИ(ОЛИГО)НУКЛЕОТИДА, причем исключительно при НАЛИЧИИ СВОБОДНОГО 3΄-ОН КОНЦА (НАПРАВЛЕНИЕ РОСТА ПОЛИНУКЛЕОТИДА 5΄→3΄); 5. В связи с отмеченным (см. п.4) РЕПЛИКАЦИЯ ДНК НЕ МОЖЕТ НАЧАТЬСЯ, если НЕ БУДЕТ ОБРАЗОВАН КОРОТКИЙ (10-30 нуклеотидов) ФРАГМЕНТ РНК-ЗАТРАВКИ (ПРАЙМЕР) со СВОБОДНЫМ 3΄-ОН КОНЦОМ; 6. Таким образом (см. п.5) НАЧИНАЕТ ПРОЦЕСС РЕПЛИКАЦИИ ДНК ФЕРМЕНТНЫЙ КОМПЛЕКС α(альфа)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА – ПРАЙМАЗА; в этом комплексе ПРАЙМАЗА ФУНКЦИОНИРУЕТ как РНК-ПОЛИМЕРАЗА, т.е. ОБЕСПЕЧИВАЕТ ОБРАЗОВАНИЕ РНК-ПРАЙМЕРА, СПАРЕННОГО с ДНК; 7. В ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТКАХ, кроме α(альфа) ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ, ФУНКЦИОНИРУЮТ также δ(дельта)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА – ОБЕСПЕЧИВАЕТ НЕПОСРЕДСТВЕННО РЕПЛИКАЦИЮ ДНК, ß(бета) и ε(эпсилон)ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ – УЧАСТВУЮТ в РЕПАРАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ МОЛЕКУЛ ДНК, γ(гамма)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА – ОБЕСПЕЧИВАЕТ РЕПЛИКАЦИЮ ДНК МИТОХОНДРИЙ. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ФАЗА ЭЛОНГАЦИИ - 1. С 3΄-ОН КОНЦА НАЧАВШЕЙ РОСТ ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ ЦЕПИ ВЫТЕСНЯЕТСЯ ФЕРМЕНТНЫЙ КОМПЛЕКС α(альфа)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА – ПРАЙМАЗА; 2. МЕСТО УКАЗАННОГО КОМПЛЕКСА (см. п.1) ЗАНИМАЕТ КОМПЛЕКС БЕЛКОВ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ГЛАВНЫЙ ФЕРМЕНТ ЭЛОНГАЦИИ δ(дельта)ДНК-ПОЛИМЕРАЗУ, а также БЕЛОК, БЛОКИРУЮЩИЙ РОСТ РНК-ПРАЙМЕРА на 3΄ КОНЦЕ СВЕРХ ОПРЕДЕЛЕННОЙ ДЛИНЫ, и БЕЛОК - “ПРИЩЕПКУ” или “ЗАЖИМ”, КРЕПЯЩИЙ δ(дельта)ДНК-ПОЛИМЕРАЗУ к РЕПЛИЦИРУЕМОЙ ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ ЦЕПИ; 3. δ(дельта)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА КАТАЛИЗИРУЕТ РЕПЛИКАЦИЮ ДНК как в БОЛЕЕ ПРОТЯЖЕННЫХ РЕПЛИКОНАХ (ЛИДИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ), так и в КОРОТКИХ ФАГМЕНТАХ ОКАЗАКИ (ОТСТАЮЩАЯ или ЗАПАЗДЫВАЮЩАЯ ЦЕПЬ). РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: ФАЗА ТЕРМИНАЦИИ - 1. В ЭУКАРИОТИТЧЕСКИХ КЛЕТКАХ ПРОЦЕСС РЕПЛИКАЦИИ ОСТАНОВЛИВАЕТСЯ, когда ВСТРЕЧАЮТСЯ “РЕПЛИКАТИВНЫЕ ВИЛКИ” ДВУХ СОСЕДНИХ РЕПЛИКОНОВ; 2. Т.к. РЕПЛИКАЦИЯ ИДЕТ ПОРЕПЛИКОННО (ЛИДИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ) или ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ (ОТСТАЮЩАЯ ЦЕПЬ), то РЕПЛИЦИРУЕМЫЙ ПОЛИНУКЛЕОТИД поначалу ПРЕДСТАВЛЕН РАЗОБЩЕННЫМИ ФРАГМЕНТАМИ, соответственно, БОЛЕЕ ДЛИННЫМИ и КОРОТКИМИ, которые “СШИВАЮТСЯ” КОНЕЦ в КОНЕЦ в ЦЕЛОСТНУЮ МАКРОМОЛЕКУЛУ ФЕРМЕНТОМ ДНК-ЛИГАЗОЙ; этот ФЕРМЕНТ КАТАЛИЗИРУЕТ ОБРАЗОВАНИЕ МЕЖНУКЛЕОТИДНОЙ ФОСФОДИЭФИРНОЙ СВЯЗИ, но только если ОДНОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ФРАГМЕНТЫ ДНК НАХОДЯТСЯ в СОСТАВЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНОЙ ДНК; 3. В ФАЗЕ ТЕРМИНАЦИИ УДАЛЯЮТСЯ ПРАЙМЕРЫ (ФЕРМЕНТ РНКаза Н или НУКЛЕАЗА Н, РАЗРУШАЮЩИЙ ФРАГМЕНТЫ РНК в ГИБРИДНЫХ КОМПЛЕКСАХ РНК/ДНК); ВОЗНИКАЮЩИЕ БРЕШИ ЗАПОЛНЯЮТСЯ СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ФРАГМЕНТАМИ ДНК – ФЕРМЕНТ ß(бета)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА; ФРАГМЕНТЫ ДНК, ЗАМЕНИВШИЕ ПРАЙМЕРЫ, “ПРИШИВАЮТСЯ” ФЕРМЕНТОМ ДНК-ЛИГАЗОЙ к РЕПЛИЦИРУЕМОЙ ЦЕПИ ДНК. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК: ОСОБЕННОСТИ - 1. РЕПЛИКАЦИЯ ПРОИСХОДИТ с ОДНОЙ ТОЧКИ ИНИЦИАЦИИ ОДНИМ БЛОКОМ или РЕПЛИКОНОМ, не ПРЕРЫВАЯСЬ, с ОБРАЗОВАНИЕМ ДВУХ “РЕПЛИКАЦИОННЫХ ВИЛОК”; 2. КЛЮЧЕВОЙ ФЕРМЕНТ РЕПЛИКАЦИИ ДНК у ПРОКАРИОТ – ДНК-ПОЛИМЕРАЗА III, ФУНКЦИОНИРУЮЩАЯ в КОМПЛЕКСЕ с примерно 20 БЕЛКАМИ; 3. ДНК-ПОЛИМЕРАЗА III КАТАЛИЗИРУЕТ СИНТЕЗ как ЛИДИРУЮЩЕЙ, так и ОТСТАЮЩЕЙ ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫХ ЦЕПЕЙ ДНК; 4. НА ЗАВЕРШАЮЩЕЙ СТАДИИ ЗАПОЛНЕНИЕ БРЕШЕЙ на МЕСТЕ РАЗРУШЕННЫХ ПРАЙМЕРОВ (ЗАПАЗДЫВАЮЩАЯ ЦЕПЬ) ПРОИСХОДИТ с участием ФЕРМЕНТА ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ I; 5.ТЕРМИНАЦИЯ РЕПЛИКАЦИИ у ПРОКАРИОТ ПРОИСХОДИТ, когда “РЕПЛИКАЦИОННАЯ ВИЛКА” ДОСТИГАЕТ УЧАСТКА ДНК с ОСОБЫМИ САЙТАМИ ter и, если с ДНК этих САЙТОВ СОЕДИНИТСЯ ПРОДУКТ ГЕНА tus. 6. ДНК-ПОЛИМЕРАЗА II УЧАСТВУЕТ в ПРОЦЕССАХ МОЛЕКУЛЯРНОЙ РЕПАРАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРОКАРИОТИЧЕСКОЙ ДНК; РЕПЛИКАЦИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК: ОСОБЕННОСТИ - 1. РЕПЛИКАЦИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ОТЛИЧИЯМИ в сравнении с РЕПЛИКАЦИЕЙ ЯДЕРНОЙ ДНК ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК и ДНК ПРОКАРИОТ; 2. РЕПЛИКАЦИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК не СВЯЗАНА с ПЕРИОДОМ S ИНТЕРФАЗЫ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА и ПРОИСХОДИТ в ЛЮБОЙ его ВРЕМЕННОЙ ТОЧКЕ, за исключением непосредственно МИТОЗА; 3. мДНК ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНЕЛЛ РЕПЛИЦИРУЕТСЯ НЕЗАВИСИМО от РЕПЛИКАЦИИ ДНК других МИТОХОНДРИЙ КЛЕТКИ; за КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ ДНК одних ОРГАНЕЛЛ РЕПЛИЦИРУЕТСЯ БОЛЕЕ ОДНОГО РАЗА, а ДРУГИХ – не РЕПЛИЦИРУЕТСЯ вовсе; 4. РЕПЛИКАЦИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК КАТАЛИЗИРУЕТСЯ ФЕРМЕНТОМ γ(гамма)ДНК-ПОЛИМЕРАЗОЙ; 5. Для каждой из МАКРОМОЛЕКУЛ (ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫХ ЦЕПЕЙ) БИСПИРАЛИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК есть своя ТОЧКА ИНИЦИАЦИИ; 6. ОБРАЗОВАНИЕ РНК-ПРАЙМЕРОВ при РЕПЛИКАЦИИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК КАТАЛИЗИРУЕТСЯ ФЕРМЕНТОМ ДНК-зависимой РНК-ПОЛИМЕРАЗОЙ. РЕПЛИКАЦИЯ ТЕЛОМЕРНЫХ (КОНЦЕВЫХ) УЧАСТКОВ МОЛЕКУЛ ДНК ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК: ОСОБЕННОСТИ - 1. Когда “РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА” ДОСТИГАЕТ КОНЦА ЛИНЕЙНОЙ МОЛЕКУЛЫ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ ДНК, на которой как на МАТРИЦЕ ПРОИСХОДИТ РЕПЛИКАЦИЯ ОТСТАЮЩЕЙ ДОЧЕРНЕЙ ЦЕПИ ДНК, не ОСТАЕТСЯ МЕСТА для ОБРАЗОВАНИЯ РНК-ПРАЙМЕРА, с которого мог бы НАЧАТЬСЯ СИНТЕЗ ДНК ТЕРМИНАЛЬНОГО ФРАГМЕНТА ОКАЗАКИ, вследствие чего с каждым ЦИКЛОМ РЕПЛИКАЦИИ МОЛЕКУЛЫ ДНК УКОРАЧИВАЮТСЯ (МАРГИНОТОМИЯ ДНК) – у ЧЕЛОВЕКА на 50-100 НУКЛЕОТИДОВ; 2. УКОРОЧЕНИЯ УДАЕТСЯ ИЗБЕЖАТЬ благодаря ДВУМ МОМЕНТАМ: - ТЕЛОМЕРНАЯ ДНК (у PROTOZOA, РАСТЕНИЙ, МЛЕКОПИТАЮЩИХ, включая H.s.) ОБРАЗОВАНА НУКЛЕОТИДНЫМИ ПОВТОРАМИ, БОГАТЫМИ ГУАНИЛОВЫМ НУКЛЕОТИДОМ (ЧЕЛОВЕК - GGGTTA); - СПЕЦИАЛЬНЫЕ НУКЛЕОТИДНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ “УЗНАЮТСЯ” ФЕРМЕНТНЫМ ТЕЛОМЕРАЗНЫМ КОМПЛЕКСОМ со СВОЙСТВАМИ ОБРАТНОЙ ТРАНСКРИПТАЗЫ, который “ДОСТРАИВАЕТ” СООТВЕТСТВУЮЩИЕ КОНЦЕВЫЕ ФРАГМЕНТЫ ДНК на своей РНК - МАТРИЦЕ; 3. ТЕЛОМЕРАЗНЫЙ КОМПЛЕКС АКТИВЕН в ИНТЕНСИВНО РАЗМНОЖАЮЩИХСЯ КЛЕТКАХ – ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД ОНТОГЕНЕЗА, ОБНОВЛЯЮЩИЕСЯ КЛЕТОЧНЫЕ ПОПУЛЯЦИИ, СК, КЛЕТКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ. УРОВЕНЬ НАДЕЖНОСТИ РЕПЛИКАЦИИ ДНК в ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТКАХ – 1 ОШИБКА на 109-1010 СПАРИВАНИЙ – СУЩЕСТВЕННО ВЫШЕ, чем ОЖИДАЕМЫЙ, если ИСХОДИТЬ из РАСЧЕТОВ ВЕРОЯТНОСТИ ОШИБОК при КОМПЛЕМЕНТАРНОМ СПАРИВАНИИ НУКЛЕОТИДОВ. ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ НАДЕЖНОСТИ ДОСТИГАЕТСЯ благодаря тому, что в ЭВОЛЮЦИИ были НАРАБОТАНЫ МЕХАНИЗМЫ, МИНИМИЗИРУЮЩИЕ ИСКАЖЕНИЕ БИОИНФОРМАЦИИ, НЕИЗБЕЖНОЕ в связи с ОСУЩЕСТВЛЕНИЕМ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ и действием ФИЗИЧЕСКИХ, ХИМИЧЕСКИХ и БИОЛОГИЧЕСКИХ МУТАГАНОВ. МЕХАНИЗМЫ МИНИМИЗАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ БИОИНФОРМАЦИИ в связи с ПРОЦЕССОМ РЕПЛИКАЦИИ - I. ВЫБОР “ПРАВИЛЬНОГО” НУКЛЕОТИДА и САМОКОРРЕКЦИЯ ОШИБОК при ВКЛЮЧЕНИИ НУКЛЕОТИДОВ в РАСТУЩУЮ ПОЛИНУКЛЕОТИДНУЮЦЕПЬ РЕДАКТИРОВАНИЕМ (англ., PROOFREADING) ДНК-ТЕКСТА: 1. ФУНКЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО “НАБОРЩИКА” и “РЕДАКТОРА” ВЫПОЛНЯЕТ δ(дельта)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА. 2. ШАГ за ШАГОМ ПРОЦЕССА РЕПЛИКАЦИИ ФЕРМЕНТ “ВЫБИРАЕТ” из ПУЛА ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДТРИФОСФАТОВ-ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ ДНК КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ (“ПРАВИЛЬНЫЙ”) НУКЛЕОТИД; 3. ДВИЖУЩИЙСЯ вдоль МАТРИЦЫ ФЕРМЕНТ ИМЕЕТ БОЛЬШЕЕ СРОДСТВО к “ПРАВИЛЬНОМУ” НУКЛЕОТИДУ, чем к ИЗМЕНЕННОМУ (к примеру, СОДЕРЖАЩЕМУ ТАУТОМЕРНУЮ – ИЗОМЕРНУЮ - ФОРМУ ОСНОВАНИЯ: образуются с частотой 1 на 104-105 “правильных”); ИЗМЕНИВ КОНФОРМАЦИЮ, ДНК-ПОЛИМЕРАЗА не ДОПУСКАЕТ СПАРИВАНИЯ ТАУТОМЕРНОЙ ФОРМЫ; 4. Если СПАРИВАНИЕ ПРОИЗОШЛО, то в отличие от “ПРАВИЛЬНОГО” НУКЛЕОТИДА ТАУТОМЕР может СПАРИТЬСЯ с другим НУКЛЕОТИДОМ. ТАУТОМЕРЫ НЕДОЛГОВЕЧНЫ, в связи с чем в РАСТУЩЕЙ ЦЕПИ ПОЯВЛЯЕТСЯ НЕСПАРЕННЫЙ “НЕПРАВИЛЬНЫЙ” (“ЛИШНИЙ”) НУКЛЕОТИД. ПРОЯВЛЯЯ КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКЛЕАЗЫ, δ(дельта) ДНК-ПОЛИМЕРАЗА ВЫЩЕПЛЯЕТ этот НУКЛЕОТИД. МЕХАНИЗМЫ МИНИМИЗАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ БИОИНФОРМАЦИИ в связи с ПРОЦЕССОМ РЕПЛИКАЦИИ и ДЕЙСТВИЕМ МУТАГЕНОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ 1) - II. ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК (МАКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯ РЕПАРАЦИЯ) в СТРУКТУРЕ ДНК – МЕНЕЕ ОДНОГО из 1000 МУТАГЕННЫХ СОБЫТИЙ ДАЕТ ГЕННУЮ МУТАЦИЮ: НЕСМОТРЯ на ХИМИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ, МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ДНК ИЗМЕНЕНЯЕТСЯ под ДЕЙСТВИЕМ ЭНДОГЕННЫХ (ТЕПЛОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ, АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА) и ЭКЗОГЕННЫХ (УФ и другие ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ, ХИМИЧЕСКИЕ АГЕНТЫ) ФАКТОРОВ: ДНК ТЕРЯЕТ ПУРИНОВЫЕ (А и Г) ОСНОВАНИЯ (5000-10000/геном/сутки), ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ ПЕРЕВОДИТ Ц в У (100/геном/сутки), под действием УФ в ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫХ ЦЕПЯХ ОБРАЗУЮТСЯ ДИМЕРЫ ПИРИМИДИНОВ (-Ц-Ц-, –Т-Т-). ВСЕ ЭТО ПРИВЕЛО к ПОЯВЛЕНИЮ в ЭВОЛЮЦИИ СИСТЕМ РЕПАРАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ДНК. Т.к. эти ИЗМЕНЕНИЯ РАЗНООБРАЗНЫ, таких СИСТЕМ НЕСКОЛЬКО. В НИХ обычно РАБОТАЕТ ПРИНЦИП ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ НУКЛЕОТИДНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ в ОДНОЙ ЦЕПИ БИСПИРАЛИ благодаря СОХРАННОСТИ СТРУКТУРЫ ВТОРОЙ ЦЕПИ (ФАКТИЧЕСКИ БИСПИРАЛЬ СОДЕРЖИТ 2 КОМПЛЕКТА ИДЕНТИЧНОЙ БИОИНФОРМАЦИИ). ЗАДАЧЕЙ МИНИМИЗАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ БИОИНФОРМАЦИИ ОБЪЯСНЯЮТ ПЕРЕХОД ГЕНЕТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ от РНК к ДНК: если бы в ГЕНЕТИЧЕСКОМ МАТЕРИАЛЕ СОХРАНИЛИСЬ Ц и У (в ДНК - Т), то НЕЛЬЗЯ БЫЛО бы ОТЛИЧИТЬ “свой” (БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ) У и У, ОБРАЗОВАВШИЙСЯ вследствие ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ Ц, ИЗ БИОПОЛИМЕРОВ только ДНК СПОСОБНА к РЕПАРАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ. МЕХАНИЗМЫ МИНИМИЗАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ БИОИНФОРМАЦИИ в связи с ПРОЦЕССОМ РЕПЛИКАЦИИ и ДЕЙСТВИЕМ МУТАГЕНОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ 2) – II. ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК (МАКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯ РЕПАРАЦИЯ) в СТРУКТУРЕ ДНК – ЭКСЦИЗИОННЫЙ (с ВЫРЕЗАНИЕМ) МЕХАНИЗМ: 1. РАЗЛИЧАЮТ ДОРЕПЛИКАТИВНУЮ и ПОСТРЕПЛИКАТИВНУЮ РЕПАРАЦИЮ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ СТРУКТУРЫ ДНК; 2. ПРОЦЕСС МОЛЕКУЛЯРНОЙ РЕПАРАЦИИ ПРЕДУСМАТРИВАЕТ ИДЕНТИФИКАЦИЮ ЦЕПИ БИСПИРАЛИ, которая СОДЕРЖИТ ПОВРЕЖДЕНИЕ. 3. В случае ДОРЕПЛИКАТИВНОЙ РЕПАРАЦИИ ПОВРЕЖДЕННАЯ ЦЕПЬ, ЯВЛЯЯСЬ ДОЧЕРНЕЙ, ИДЕНТИФИЦИРУЕТСЯ по МЕНЬШЕМУ УРОВНЮ МЕТИЛИРОВАНИЯ и/или по НАЛИЧИЮ РАЗРЫВОВ по ходу ЦЕПИ; ОБОЗНАЧАЯ эту ТОЧКУ, ФЕРМЕНТ ЭНДОНУКЛЕАЗА РАЗРЫВАЕТ в ней ФОСФОДИЭФИРНУЮ СВЯЗЬ; ФЕРМЕНТ ЭКЗОНУКЛЕАЗА “ВЫРЕЗАЕТ” ПОВРЕЖДЕННЫЙ УЧАСТОК ЦЕПИ с НЕКОТОРЫМ ЧИСЛОМ ПРИЛЕГАЮЩИХ НУКЛЕОТИДОВ; ФЕРМЕНТЫ ß(бета) или ε(эпсилон)ДНК-ПОЛИМЕРАЗА ДОСТРАИВАЮТ УДАЛЕННЫЙ ФРАГМЕНТ ДНК с СОБЛЮДЕНИЕМ ПРИНЦИПА КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ на МАТЕРИНСКОЙ ЦЕПИ как на МАТРИЦЕ; ФЕРМЕНТ ДНК-ЛИГАЗА ВОССТАНАВЛИВАЕТ ЦЕЛОСТНОСТЬ ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ ЦЕПИ. 4. В случае, если ПОВРЕЖДЕНИЕ СОСТОИТ в ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ОСНОВАНИЙ, то ФУНКЦИЮ ДЕТЕКЦИИ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ ФЕРМЕНТЫ ДНК-ГЛИКОЗИЛАЗЫ; далее, а также в случае ПОВРЕЖДЕНИЙ в виде ПИРИМИДИНОВЫХ ДИМЕРОВ – см. п.3; 5. В основе ПОСТРЕПЛИКАТИВНОЙ РЕПАРАЦИИ ЛЕЖИТ ПРОЦЕСС РЕКОМБИНАЦИИ. МЕХАНИЗМЫ МИНИМИЗАЦИИ ВРЕДНЫХ для ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕДСТВИЙ МАССИВНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ СТРУКТУРЫ ДНК (ПРОДОЛЖЕНИЕ 3) – III. КЛЕТКА в КРАЙНЕ НЕБЛАГОПРИЯТНОЙ СИТУАЦИИ: ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК НАСТОЛЬКО МНОГО, что МЕХАНИЗМЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ РЕПАРАЦИИ не СПРАВЛЯЮТСЯ – “АВАРИЙНАЯ” СИСТЕМА SOS: 1. АКТИВИРУЕТСЯ ГРУППА ИНДУЦИБИЛЬНЫХ (ПОБУЖДАЕМЫХ к АКТИВНОСТИ ОСОБЫМИ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАМИ) ДНК-РЕПАРИРУЮЩИХ ФЕРМЕНТОВ; 2. ОСОБЕННОСТЬ – ЗАПОЛНЕНИЕ ЭКСЦИЗИОННЫХ “БРЕШЕЙ” и ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦЕЛОСТНОСТИ МАКРОМОЛЕКУЛ ПРОИСХОДИТ в СРОЧНОМ ПОРЯДКЕ без СОБЛЮДЕНИЯ ПРИНЦИПА КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ, вследствие чего ВОЗНИКАЕТ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО МУТАЦИЙ; 3. ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДНК ВЫЗЫВАЕТ БЛОК РЕПЛИКАЦИИ (КЛЕТКИ не ВСТУПАЮТ в ПЕРИОД S) и МИТОЗОВ; т.к. КЛЕТКИ не ДЕЛЯТСЯ, ПЕРЕДАЧИ ИСКАЖЕННОЙ БИОИНФОРМАЦИИ в РЯДУ КЛЕТОЧНЫХ ПОКОЛЕНИЙ (ТИРАЖИРОВАНИЯ ДЕФЕКТНОЙ БИОИНФОРМАЦИИ) не ПРОИСХОДИТ; 4. БЛОК КЛЕТОЧНОГО (МИТОТИЧЕСКОГО) ЦИКЛА – СИГНАЛ к ЗАПУСКУ АПОПТОЗА и, следовательно, к САМОЛИКВИДАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИ (БИОИНФОРМАЦИОННО) ДЕФЕКТНЫХ КЛЕТОК. |