Тема. Молекулярные основы воспроизводства клетки.

Конспект лекции №4

Одно из крупнейших открытий не только XX века, но и всей истории науки связывают с именами Джеймса Уотсона и Френсиса Крика. В 1953 году они предложили гипотезу о макромолекулярной структуре ДНК. В основе их гипотезы лежит предположение о том, что двойная спираль ДНК удерживается с помощью комплементарного спаривания азотистых оснований нуклеотидов водородными связями. Этот принцип является универсальным механизмом обеспечения фундаментальных свойств всех живых организмов. По принципу комплементарности на молекулярном уровне происходит деление (размножение) клеток и биосинтез белка - основа функционирования клетки.

Репликация (удвоение, редупликация) ДНК требует 5 главных условий. Отсутствие любого из них делает воспроизводство живой клетки невозможным.

1. Наличие исходной матрицы – всей "старой" молекулы ДНК. Она определяет точную последовательность нуклеотидов. Без нее "новая" молекула будет бессмысленной. В цепочке ДНК тройка последовательных нуклеотидов (триплет) кодирует 1 аминокислоту или сигнал о прекращении синтеза (см. таблицу 1).

2. Наличие строительного материала. Строительным сырьем для ДНК являются отдельные дезоксирибонуклеотиды с азотистыми основаниями ДНК (аденин, гуанин, цитозин, тимин). В процессе их подготовки к синтезу нуклеотиды взаимодействуют с АТФ и превращаются в нуклеозидтрифосфаты (аденинтрифосфат, гуанинтрифосфат, цитозинтрифосфат и тиминтрифосфат), которые обладают собственной энергией для соединения в цепочки.

3. Наличие энергии. Энергия АТФ для синтеза новых цепочек ДНК опосредуется нуклеозидтрифосфатами (см. выше).

4. Наличие катализаторов реакций синтеза ферментов (ДНК-полимеразы, ДНК-лигазы и др.).

5. Наличие места для синтеза. Местом репликации ДНК является ядро эукариотической клетки или цитоплазма (прокариоты).

Отсутствие любого из данных условий делает процесс синтеза невозможным.

Последовательность событий при репликации ДНК.

Расхождение нитей двойной спирали. При этом, разрываются водородные связи между комплементарно спаренными азотистыми основаниями старых параллельных цепочек ДНК. Образуется сразу несколько репликационных точек.

Свободные дезоксирибонуклеотиды комплементарно спариваются с освободившимися на старых материнских цепочках нуклеотидами и соединяются в новые цепочки прочными ковалентными связями.

Этот процесс обеспечивают сложные ферментные комплексы в состав которых входит ДНК-полимераза, ДНК-лигаза и др.

Таблица 1. Универсальный генетический код. Последовательности азотистых оснований в триплетах и кодируемые ими аминокислоты для и-РНК. Свойства генетического кода.

в т о р о е о с н о в а н и е всего 64 трип-

┌────────┬────────┬────────┬────────┐ лета генети-

│ У │ Ц │ А │ Г │ ческого кода

┌─┼────────┼────────┼────────┼────────┼─┐

│У│УУУ Фен │УЦУ Сер │УАУ Тир │УГУ Цис│У│ 61 триплет ко-

п│ │УУЦ Фен │УЦЦ Сер │УАЦ Тир │УГЦ Цис │Ц│т дирует все 20

е│ │УУА Лей │УЦА Сер │УАА стоп│УГА стоп│А│р аминокислот,

р│ │УУГ Лей │УЦГ Сер │УАГ стоп│УГГ Трп│Г│е если 1 амино-

в├─┼────────┼────────┼────────┼────────┼─┤т кислоту коди-

о│Ц│ЦУУ Лей │ЦЦУ Про │ЦАУ Гис │ЦГУ Арг│У│ь рует не 1 три-

е│ │ЦУЦ Лей │ЦЦЦ Про │ЦАЦ Гис │ЦГЦ Арг │Ц│е плет, а более,

│ │ЦУА Лей │ЦЦА Про │ЦАА Глн │ЦГА Арг│А│ то такой код

о│ │ЦУГ Лей │ЦЦГ Про │ЦАГ Глн │ЦГГ Арг│Г│о называют вы-

с├─┼────────┼────────┼────────┼────────┤─┤с рожденным

н│А│АУУ Иле │АЦУ Тре │ААУ Асн │АГУ Сер│У│н

о│ │АУЦ Иле │АЦЦ Тре │ААЦ Асн │АГЦ Сер│Ц│о 1 триплет мо-

в│ │АУА Иле │АЦА Тре │ААА Лиз │АГА Арг│А│в жет кодировать

а│ │АУГ Мет │АЦГ Тре │ААГ Лиз │АГГ Арг │Г│а только 1 ами-

н├─┼────────┼────────┼────────┼────────┼─┤н нокислоту

и│Г│ГУУ Вал │ГЦУ Ала │ГАУ Асп │ГГУ Гли│У│и

е│ │ГУЦ Вал │ГЦЦ Ала │ГАЦ Асп │ГГЦ Гли│Ц│е 3 триплета ко-

│ │ГУА Вал │ГЦА Ала │ГАА Глу │ГГА Гли│А│ дируют оконча-

│ │ГУГ Вал │ГЦГ Ала │ГАГ Глу │ГГГ Гли│Г│ ние синтеза -

└─┴────────┴────────┴────────┴────────┴─┘ - это термини-