Нуклеїнові кислоти відіграють велику роль у забезпеченні життєдіяльності клітин живих організмів. Важливим представником цієї групи органічних сполук є ДНК, яка несе всю генетичну інформацію і відповідає за прояв необхідних ознак.

Що таке реплікація?

У процесі поділу клітин необхідно збільшити кількість нуклеїнових кислот в ядрі, щоб не сталася втрата генетичної інформації в процесі. В біології реплікація – це подвоєння ДНК шляхом синтезу нових ланцюгів.


Основна мета цього процесу полягає у передачі генетичної інформації дочірнім клітинам у незмінному вигляді без будь-яких мутацій.

Ферменти і білки реплікації

Подвоєння молекули ДНК можна порівняти з будь-яким метаболічним процесом в клітці, для якого необхідні відповідні білки. Так як в біології реплікація – це важлива складова клітинного поділу, відповідно, чимало допоміжних пептидів тут беруть участь.

ДНК-полімераза - найважливіший фермент редуплікації, який відповідає за синтез дочірньої ланцюга дезоксирибонуклеїнової кислоти. У цитоплазмі клітини в процесі реплікації обов'язково присутність нуклеїнових трифосфатов, які приносять все нуклеїнові підстави.

Ці підстави є мономерами нуклеїнової кислоти, тому з них будується вся ланцюжок молекули. ДНК-полімераза відповідає за процес складання в правильному порядку, інакше неминуче поява різноманітних мутацій.

Праймаза - білок, який відповідає за формування затравки на матричної ланцюга ДНК. Ця затравка називається також праймер, вона має будову РНК. Для ферменту ДНК-полімераза важливо наявність початкових мономерів, з яких можливий подальший синтез всієї полінуклеотидного ланцюга. Цю функцію виконує праймер і відповідний йому фермент.

Хеликаза (геликаза) формує репликационную вилку, яка являє собою розбіжність матричних ланцюгів шляхом розриву водневих зв'язків. Так полімеразам простіше підійти до молекулі і почати синтез.

Топоізомераза. Якщо уявити молекулу ДНК у вигляді закрученої мотузки, при просуванні полімерази по ланцюгу буде формуватися позитивне напруга з-за сильного скручування. Цю проблему вирішує топоізомераза – фермент, який на короткий час розриває ланцюжок і розгортає при цьому всю молекулу. Після чого пошкоджене місце зшивається знову, а ДНК не відчуває напруги.

Ssb-білки, як грона, приєднуються до ланцюгів ДНК в репликационной вилці, щоб попередити повторне формування водневих зв'язків раніше закінчення процесу редуплікації.

Лигаза. Функція ферменту полягає в зшиванні фрагментів Оказакі на відстаючої ланцюга молекули ДНК. Відбувається це шляхом вирізання праймерів і вбудовування на їх місці нативних мономерів дезоксирибонуклеїнової кислоти.

В біології реплікація – це складний багатоступеневий процес, який гранично важливий при діленні клітин. Тому використання різних білків і ферментів необхідно для ефективного і правильного синтезу.

Механізм редуплікації

Існує 3 теорії, які пояснюють процес подвоєння ДНК:

Консервативна стверджує, що одна дочірня молекула нуклеїнової кислоти має матричну природу, а друга повністю синтезована з нуля.

Полуконсервативная запропонована Уотсоном і Кріком і підтверджена в 1957 році в дослідах на E. Coli. Ця теорія свідчить, що обидві дочірні молекули ДНК мають одну стару ланцюжок і одну новосинтезированную.

Дисперсивний механізм заснований на теорії про те, що дочірні молекули мають по всій довжині чергуються ділянки, які складаються як із старих, так і нових мономерів.

Зараз науково доведено полуконсервативная модель. Що таке реплікація на молекулярному рівні? На початку хеликаза розриває водневі зв'язки молекули ДНК, відкриваючи тим самим обидві ланцюга для ферменту полімерази. Останні після формування затравок починають синтез нових ланцюгів в напрямку 5'-3'.
Властивість антипараллельности ДНК є основною причиною формування, лідируючої і відстаючої ланцюгів. На лідируючій ланцюга ДНК-полімераза рухається безперервно, а на відстаючої вона формує фрагменти Оказакі, які в майбутньому будуть з'єднані з допомогою лігази.

Особливості реплікації

Скільки молекул ДНК в ядрі після реплікації? Сам процес передбачає подвоєння генетичного набору клітини, тому в синтетичний період мітозу диплоїдний набір має в два рази більше молекул ДНК. Така запис зазвичай позначається як 2n 4c. Крім біологічного сенсу реплікації вчені знайшли застосування процесу в різних сферах медицини і науки. Якщо в біології реплікація – це подвоєння ДНК, то в лабораторних умовах розмноження молекул нуклеїнової кислоти використовується для створення декількох тисяч копій. Такий метод отримав назву полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР). Механізм цього процесу схожий з реплікацією in vivo, тому для його протікання застосовуються аналогічні ферменти і буферні системи.

Висновки

Реплікація має важливе біологічне значення для живих організмів. Передача генетичної інформації при діленні клітин не обходиться без подвоєння молекул ДНК, тому на всіх етапах важлива злагоджена робота ферментів.