Лекция 4. Воспроизведение на молекулярном и клеточном уровнях

ДНК — периодический кристалл (много атомов N2 с неспаренной электронной парой > донор электронов) Актуальность определяется тем, что современные данные по структуре ДНК в ПГЧ является основой передачи наследственной информации. Центральным явлением в процессе воспроизведения живого является ауторепродукция ДНК, хромосом, эписом и плазмид. Эти явления направлены на то, чтобы все дочерние клетки получили всю полноту генетической информации. Для осуществления ауторепродукции необходимы синтетические процессы в цитоплазме, ведущие к образованию 4х типов нуклеотидов, необходимых ферментов для полимеризации полинуклеотидной цепи, источник энергии, наличие других внутриклеточных условий. Синтез молекул ДНК связан с затратой энергии > он не происходит при использовании простых нуклеотидов (не обеспечивает энергией). Эти нуклеотиды должны быть обогащены энергией, полученной путем фосфорилирования (присоединение к ним АТФ).

«о методе получения дочерней клетки из материнской ДНК» Уотсон и Крик. (на основании рентгенограммы) предложили полуконсервативный способ редупликации ДНК, учитывая строение молекулы ДНК.

При репликации происходит разрыв водородных связей и освобождение одноцепочных нуклеотидов ДНК. Каждая цепочка становится матрицей для синтеза новой комплементарной цепи ДНК. Необходимость разрыва водородных связей не осложняет схему репликации.

Редупликация ДНК осуществляется в 2 этапа:

Сначала цепи раскручиваются, затем каждая цепь действует как матрица, образуется 2 новые двуспиральные молекулы ДНК (теоретическое предположение Уотсона и Крика) Экспериментальное подтверждение: Миссельсон и Сталь проводили опыты на ряде поколений клеток эшерени и колли.

Для синтеза ДНК ин витро необходимо 4 нуклеотида (с энергией), фермент ДНК — полимераза и наличие высокополимерной ДНК-затравки.

ДНК-полимеразу обнаружил Артур Корнберг (Нобелевская премия, 1959?), но сама по себе ДНК-полимераза не может определять последовательность нуклеотидов, она способна обеспечить построение регуляторной углеводно-фосфатной части молекулы.

Фермент может функционировать только в присутствии ДНК-затравки, которая определяет расположение нуклеотидов в продукте синтеза.

Фрагмент ДНК от одной точки репликации до другой — репликон.

Спираль раскручивается и цепи отделяются друг от друга, происходит разрыв слабоводородных связей. Область расхождения цепей в зонах репликации называется репликационными вилками. В каждой такой области при участии фермента ДНК-полимеразы к освободившимся водородным связям присоединяются свободные нуклеозидтрифосфаты из нуклеоплазмы (содержат ядра). В опытах ин витро установлено, что комплементарные нити ДНК синтезируются в противоположном направлении и каждый тип природной ДНК имеет уникальную динуклеотидную последовательность, предопределяемую.

Одна из 2х репликационных дочерних цепей реплицируется непрерывно, синтерз идет быстрей — лидирующая цепь.

Синтез другой цепи идет медленней, т.к. она собирается из отдельных фрагментов — запаздывающая.

• 1970 — выделена первая рестриктаза
• 1978 — Нобелевская премия Наттансу, Смитту и Апперу (?)

Вейс и Рихардсон открыли фермент ДНК-лигазу Рестриктаза — фермент, который может разрезать полинуклеотидную цепочку на отдельные фрагменты (фрагменты оказаки) Репликация яДНК происходит в синтетический период интерфазы. Ауторепродукция хромосом и последующее деление клеток направлено на то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации, имеющуюся в исходной родительской клетке.

Клеточный цикл — многократное повторение последовательных событий, занимающее определенный отрезок времени (состоит из 3х стадий: интерфазы митоза и цитокинеза G1, S, G2 периоды) И митоз и мейоз являются механизмами поддержания гомеостаза (способность организма сохранять равновесие своей внутренней среды в условии постоянно изменяющейся окружающей среды) Здоровье поддерживается за счет всех компонентов внутренней среды организма. Дисгомеостаз проявляется в виде болезней. Причиной дисгомеостаза являются:

Усиление воздействия факторов среды Ограниченные возможности врожденной нормы реакции (размах признака в зависимости от генотипа и факторов окружающей среды). Здоровье-гомеостаз.

• А) здоровье поддерживается на основе генетически детерминированной нормы реакции, обеспечивающем гомеостаз при умеренном воздействии факторов среды.
• Б) Болезнь обусловлена усиленным действием факторов среды, которые выходят за пределы возможной нормы реакции (дисгомеостаз)
• В) болезнь обусловлена генетически низкой нормой реакции, при которой дисгомеостаз возникает при умеренных воздействиях факторов среды

Одним из механизмов нарушения гомеостаза является амитоз (почти всегда в старых, дегенерирующих клетках, не способных дать полноценные клетки). Амитоз в стареющих клетках и клетках злокачественных опухолей соответствует нарушению биосинтетических процессов — репликация, репарация ДНК, транскрипция, трансляция. Изменяется физико-химического свойства, хроматин ядер, состав цитоплазмы, структуры и функции органелл >угасание восстановления, наступает смерть.

Амитоз иногда встречается в норме (зародышевая оболочка Ж, молекул. Клетка яичника). «+» при регенерации тканей С точки зрения цитогенетики, амитоз — деление клеток, у которых в ядре в интерфазном состоянии нет конденсации хромосом и образования веретена деления, что приводит к появлению 2х новых клеток. Или ядро делится, или нет (образуются многоядерные клетки) Многоядерные клетки В норме: остеобласты, мегакариоциты и др.

Патологии клеток _________, туберкулез, онкология. Цитоплазма таких клеток содержит гранулы/вакуоли. Считают, что образование многоядерных клеток является следствием аномалий митоза после облучения или введения цитостатика.

Медицина представляет собой приложение биологии и биохимии к проблемам патологий человека, ее можно назвать биоинженерией Созрела срочная необходимость коренного устранения генетического дефекта, вызывающго развитие наследственных болезней, онкологии. Должен быть тонкий генетический контроль.

Углубленное изучение структуры и функций ДНК играют большую роль по развитию методов тонкого генетического контроля в биологии и медицине.