mozok.click

Основні поняття й ключові терміни: РЕПЛІКАЦІЯ ДНК. РЕПАРАЦІЯ ДНК.

Поміркуйте!

25 квітня в різних країнах світу відзначають незвичайне свято - Міжнародний день ДНК. Ця дата обрана в пам’ять про те, що цього дня 1953 р. в журналі Nature Джеймс Уотсон і Френсіс Крік спільно з Морісом Вілкінсом і Розалінд Франклін опублікували результати дослідження структури молекули ДНК. Які властивості ДНК є основою такої шани?

Як відбувається самоподвоєння ДНК?

Однією з унікальних й неповторних властивостей молекул ДНК є їхня здатність до самоподвоєння (реплікації). З однієї материнської ДНК утворюється дві дочірні молекули ДНК. Цей процес відбувається в ядрі (або нуклеоїді) клітин перед їхнім поділом і забезпечує передачу генетичної інформації з покоління в покоління.

Механізм реплікації в організмів різних класів дещо різниться, проте його основа однакова для всіх. Головними принципами реплікації є:

• комплементарність - до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А = Т, а Г = Ц;

• напівконсервативність - кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий - синтезується з нуклеотидів;

• антипаралельність - на одному ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на іншому - в протилежному.

Реплікація - складний ба-гатоетапний процес, в якому беруть участь багато ферментів (іл. 68).

Іл. 68. Схема реплікації молекули ДНК

Процес починається з того, що певні ферменти розкручують спіральну молекулу ДНК, після чого до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знову згорнутись. Інші ферменти розщеплюють ДНК на два окремі ланцюги з утворенням реплі-каційної вилки. Далі до кожного з материнських ланцюгів приєднуються ДНК-полімерази, що

каталізують утворення нових дочірніх ланцюгів. Ці ферменти здатні також виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти компле-ментарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, інший ланцюг будується в протилежному напрямку і короткими фрагментами. Після завершення реплікації з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які скручуються у подвійну спіраль.

Отже, РЕПЛІКАЦІЯ ДНК (від лат. replicatio - повторення) -процес самоподвоєння ДНК, що забезпечує копіювання спадкової інформації і передачу її з покоління в покоління.

Яке значення репарації ДНК?

РЕПАРАЦІЯ ДНК - сукупність процесів, за допомогою яких клітина знаходить і виправляє пошкодження молекул ДНК. Процес репарації ДНК можливий тому, що генетична інформація ДНК існує у двох копіях - по одній в кожному з двох ланцюгів ДНК. Через це випадкове пошкодження в одному з ланцюгів може бути видалене, і ушкоджена ділянка ланцюга буде відновлена за рахунок інформації іншого ланцюга.

Пошкодження ДНК у клітинах можуть виникати під дією різних чинників. Деякі з них є зовнішніми: ультрафіолетові та радіоактивні промені, температура, хімічні сполуки та ін.

Але більш суттєвою є дія внутрішніх чинників.

Це, по-перше, метаболізм клітини, в ході якого виникають вільні радикали, гідроген пероксид, вільний кисень тощо. По-друге, вода, що постійно гідролізує ДНК. І нарешті, помилки ферментів ДНК-полімераз (іл. 70).

Існує декілька видів репарації. Найпростіший із них - це світлова репарація, що здійснюється ферментом (ДНК-фотоліазою) і відновлює пошкоджені зв’язки між нуклеотидами.

Основним видом репарації є вирізальна репарація, яка запускає процес видалення пошкоджених одноланцюгових ділянок ДНК з 10 - 30 нуклеотидів і відновлення нормальної структури молекули. У випадку сильного пошкодження ДНК (утворення дволанцюжкових розривів, великих одноланцюжкових провалів, міжлан-цюжкового зшивання) відбувається рекомбінаційна репарація, за якої фрагмент ДНК видаляється, і в цьому місці синтезується новий фрагмент.

Механізми репарації контролюються генами.

Так, у кишкової палички за виправлення пошкоджень відповідають близько 50 генів. Чим складнішою є клітина, тим більша кількість структурних й регуляторних генів беруть участь у репарації. Пошкодження цих генів можуть спричиняти мутації, провокувати загибель клітин або призводити до їхнього злоякісного переродження. 

Науковці вважають, що порушення репарації на рівні організму призводить до дефектів розвитку, старіння й канцерогенезу (80 - 90 % усіх ракових захворювань пов’язані з порушенням репарації). Ефективність репарації ДНК залежить від багатьох чинників, зокрема типу клітини, її віку та оточення.

Отже, репарація ДНК спрямована на підтримання генетичної стабільності клітин.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

За допомогою таблиці й ілюстрацій порівняйте транскрипцію й реплікацію в клітинах еукаріотів. Зробіть висновок про подібність та відмінності між ними.

Розв'язування вправ

1. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ, яка має утворитися в процесі реплікації молекули ДНК на основі ланцюга - АЦТ ТТГ ГАТ ГАТ ТТТ АЦТ ГТГ:

2. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ іРНК, яка утвориться внаслідок процесу транскрипції з молекули ДНК такої будови - АТГ ТГЦ ГАГ ТАЦ ЦАТ ГГА АЦГ:

3. За допомогою таблиці генетичного коду (с. 112) визначте амінокислотний склад пептиду, що утворюється внаслідок трансляції на основі фрагмента іРНК такого нуклеотидного складу -УУУ ЦЦА ГГУ АГЦ:

Інформаційний сигнал SOS (англ. Save our Souls) сповіщає про біду в системі радіозв’язку, в медицині розробляється SOS-систе-ма охорони здоров’я.

У клітинах організмів існує SOS-система, яку відкрив у 1975 р. М. Радман. Ця система вмикається, якщо пошкоджень ДНК стає забагато, що загрожує життю клітини. SOS-система активує групи генів, що зумовлюють захисну клітинну відповідь на ці пошкодження. Які клітинні процеси формують захисну клітинну відповідь?

Під час метаболізму в клітинах постійно утворюються й знешкоджуються вільні радикали і гідроген пероксид. Накопичення цих сполук призводить до окиснювального стресу й окиснення ліпідів, білків, ДНК, що є причиною багатьох захворювань та старіння.

Шкідливій дії вільних радикалів й гідроген пероксиду протидіють антиоксиданти. Які сполуки належать до антиоксидантів і в яких харчових продуктах їхній вміст є найбільшим? Оцініть свій харчовий раціон на вміст цих сполук.

Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Соболь