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.