Главная страница

молекулярка. молеулярка 20,09,19. Молекулярногенетический уровень организации жизни элементарная структура ген


Скачать 2.04 Mb.
НазваниеМолекулярногенетический уровень организации жизни элементарная структура ген
Анкормолекулярка
Дата11.11.2019
Размер2.04 Mb.
Формат файлаppt
Имя файламолеулярка 20,09,19.ppt
ТипДокументы
#94665

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.



написать администратору сайта