§ 27. УДВОЕНИЕ ДНК. РЕПАРАЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК

Основные понятия и ключевые термины: РЕПЛИКАЦИЯ ДНК. РЕПАРАЦИЯ ДНК.

Подумайте!

25 апреля в разных странах мира отмечают необычный праздник - Международный день ДНК. Эта дата выбрана в память о том, что в этот день в 1953 г. в журнале Nature Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик совместно с Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин опубликовали результаты исследования структуры молекулы ДНК. Какие свойства ДНК является основой такого почёта?

СОДЕРЖАНИЕ

Как происходит самоудвоение ДНК?

Одним из уникальных и неповторимых свойств молекул ДНК является их способность к самоудвоению (репликации). Из одной материнской ДНК образуются две дочерние молекулы ДНК. Этот процесс происходит в ядре (или нуклеоиде) клеток перед их делением и обеспечивает передачу генетической информации из поколения в поколение.

Механизм репликации у организмов разных классов несколько отличается, однако его основа одинакова для всех. Главными принципами репликации являются:

• комплементарность - к нуклеотидам каждой материнской цепи присоединяются свободные нуклеотиды на основании А = Т, а Г = Ц;

• полуконсервативность - каждая из двух дочерних молекул ДНК получает одну цепь от материнской молекулы, а вторую - синтезирует из нуклеотидов;

• антипараллельность - на одной цепи синтез осуществляется в одном направлении, а на другой - в противоположном.

Репликация - сложный многоэтапный процесс, в котором участвуют многие ферменты (ил. 68). Он начинается с того, что определённые ферменты раскручивают спиральную молекулу ДНК, после чего к ней присоединяются белки, которые не дают молекуле снова свернуться.

Ил. 68. Схема репликации молекулы ДНК

Другие ферменты расщепляют ДНК на две отдельные цепи с образованием репликационный вилки. Далее к каждой из материнских цепей присоединяются ДНК-полимеразы, катализирующие образование новых дочерних цепей. Эти ферменты способны также исправлять возможные ошибки репликации и проверять комплементарность. Синтез новых цепей происходит асимметрично, то есть одна из них синтезируется непрерывно, другая цепь образуется в противоположном направлении в виде коротких фрагментов. После завершения репликации из одной молекулы ДНК образуются две идентичные, которые скручиваются в двойную спираль.

Итак, РЕПЛИКАЦИЯ ДНК (от лат. replicatio - повторение) - процесс самоудвоения ДНК, обеспечивающий копирование наследственной информации и передачу её из поколения в поколение.

Какое значение репарации ДНК?

РЕПАРАЦИЯ ДНК - совокупность процессов, с помощью которых клетка находит и исправляет повреждения молекул ДНК. Процесс репарации ДНК возможен потому, что генетическая информация ДНК существует в двух копиях - по одной в каждой из двух цепей ДНК. Поэтому случайное повреждение в одной из цепей может быть удалено, и повреждённый участок цепи будет восстановлен за счёт информации другой цепи.

Повреждения ДНК в клетках могут возникать под действием различных факторов. Некоторые из них являются внешними: ультрафиолетовые и радиоактивные лучи, температура, химические соединения и др. Но более существенно действие внутренних факторов. Это, во-первых, метаболизм клетки, в ходе которого появляются свободные радикалы, пероксид водорода, свободный кислород и т. п. Во-вторых, вода постоянно гидролизует ДНК. И наконец, ошибки ферментов ДНК-полимеразы.

Ил. 69. Лауреаты Нобелевской премии по химии (2015) за открытие репарации: 1 - Т. Линдаль; 2 - П. Модрич; 3 - А. Санджар

Существует несколько видов репарации. Простейшая - это световая репарация, осуществляемая ферментом (ДНК-фотолиазою) и восстанавливающая повреждённые связи между нуклеотидами.

Основным видом репарации является разрезание ДНК — удаление повреждённых одноцепочечных участков ДНК из 10-30 нуклеотидов и восстановление нормальной структуры молекулы. В случае сильного повреждения ДНК (образования двухцепочечных разрывов, больших одноцепочечных провалов, межцепочного сшивания) происходит рекомбинационная репарация: фрагмент ДНК удаляется, и в этом месте синтезируется новый фрагмент.

Механизмы репарации контролируются генами. Так, у кишечной палочки за исправление повреждений отвечают около 50 генов. Чем сложнее клетка, тем больше структурных и регуляторных генов участвует в репарации. Повреждения этих генов могут вызывать мутации, провоцировать гибель клеток или способствовать их злокачественному перерождению. Учёные считают, что нарушение репарации на уровне организма приводит к дефектам развития, старению и канцерогенезу (80-90 % всех раковых заболеваний связаны с нарушением репарации). Эффективность репарации ДНК зависит от многих факторов, в том числе от типа клетки, её возраста и окружения.

Итак, репарация ДНК направлена на поддержание генетической стабильности клеток.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

С помощью таблицы и иллюстраций сравните транскрипцию и репликацию в клетках эукариотов. Сделайте вывод о сходстве и различиях между ними.

Решение упражнений

1. Выберите последовательность азотосодержащих оснований, которая образуется в процессе репликации молекулы ДНК на основе цепи - АЦТ ТТГ ГАТ ГАТ ТТТ АЦТ ГТГ:

а) ТГА ААЦ ЦТА ААА ТГА ЦАЦ;

б) ТАА ТАА ТАА ТАА ААА ААА ТАГ;

в) ТАЦ АЦГ ЦТЦ АТГ ГТА ЦЦТ ТГЦ;

г) ТТТ ТТТ ТАТ АЦА ЦАЦ ЦГЦ ТАА;

д) ТГА ТЦГ ГГГ ЦЦГ ЦТА ААА.

2. Выберите последовательность азотосодержащих оснований иРНК, которая образуется в результате процесса транскрипции с молекулы ДНК такого строения - АТГ ТГЦ ГАГ ТАЦ ЦАТ ГГА АЦГ:

а) УАЦ АЦГ ЦУЦ АУГ ГУА ЦЦУ УГЦ;

б) УУУ УУУ УАУ АЦА ЦАЦ ЦГЦ УАА;

в) УГА УЦГ ГГГ ЦЦГ ЦУА ААА УГА;

г) УГА ААЦ ЦУА ЦУА ААА УГА ЦАЦ;

д) УАА УАА УАА УАА УАА ААА ААА УАГ.

3. С помощью таблицы генетического кода (с. 112) определите аминокислотный состав пептида, который образуется в результате трансляции на основе фрагмента иРНК такого нуклеотидного состава - УУУ ЦЦА ГГУ АГЦ:

а) Фен-Про-Гли-Сер;

б) Сер-Ала-Цис-Вал;

в) Фен-Трп-Тре;

г) Тир-Про;

д) Вал-Вал-Глу-Гли.

Биология + Информация

Информационный сигнал SOS (англ. Save our Souls) извещает о беде в системе радиосвязи, в медицине разрабатывается SOS-система здравоохранения. В клетках организмов существует SOS-система, которую открыл в 1975 г. М. Радман. Эта система включается, если количество повреждений ДНК угрожает жизни клетки. SOS-система активирует группы генов, обусловливающих защитный клеточный ответ на эти повреждения. Какие клеточные процессы формируют защитный клеточный ответ?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Здоровье

При метаболизме в клетках постоянно образуются и обезвреживаются свободные радикалы и пероксид водорода. Накопление этих соединений приводит к окислительному стрессу и окислению липидов, белков, ДНК, что является причиной многих заболеваний и старения. Вредному воздействию свободных радикалов и пероксида водорода противодействуют антиоксиданты. Какие соединения относятся к антиоксидантам и в каких пищевых продуктах их содержание наибольшее? Оцените свой пищевой рацион относительно содержания этих соединений.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)