Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Semiconservative )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Полуконсервативная репликация описывает механизм репликации ДНК во всех известных клетках. Репликация ДНК происходит в нескольких точках репликации вдоль цепи матрицы ДНК. Поскольку двойная спираль ДНК разматывается геликазой , репликация происходит отдельно на каждой цепи матрицы в антипараллельных направлениях. Этот процесс известен как полуконсервативная репликация, потому что создаются две копии исходной молекулы ДНК. [1] Каждая копия содержит одну исходную цепочку и одну вновь синтезированную цепочку. Структура ДНК (расшифрованная Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Крикомв 1953 г.) предположил, что каждая цепь двойной спирали может служить шаблоном для синтеза новой цепи. Неизвестно, как вновь синтезированные цепи объединяются с цепями-матрицами с образованием двух двойных спиральных молекул ДНК. [2] [3]

Открытие [ править ]

Эксперимент Мезельсона-Шталя с использованием изотопов для обнаружения полуконсервативной репликации.

Было проведено множество экспериментов, чтобы определить, как реплицируется ДНК. Полуконсервативная модель была разгадана Н. Кольцова , а затем при поддержке эксперимента Мезельсон-Stahl ,. [3] [4] , которые подтвердили , что ДНК реплицируется пол-консервативна путем проведения эксперимента с использованием двух изотопов : азот-15 (15
N
) и азот-14 (14
N
). Когда14
N
 был добавлен к тяжелому 15
N
-15
N
 ДНК, гибрид 15
N
-14
N
был замечен в первом поколении. После второго поколения гибрид остался, но легкая ДНК (14
N
-14
N
) тоже было замечено. Это указывало на полуконсервативную репликацию ДНК. Этот режим репликации ДНК позволял каждой дочерней цепи оставаться связанной со своей цепочкой-матрицей. [5]

Модели репликации [ править ]

Три постулируемых метода синтеза ДНК

Полуконсервативная репликация получила свое название от того факта, что этот механизм транскрипции был одной из трех моделей, первоначально предложенных [2] [3] для репликации ДНК :

  • Полуконсервативная репликация даст две копии, каждая из которых содержит одну из исходных цепей ДНК и одну новую цепочку. [2] Полуконсервативная репликация полезна для восстановления ДНК. Во время репликации новая цепь ДНК приспосабливается к модификациям, внесенным в цепочку-матрицу. [6]
  • Консервативная репликация оставит две исходные цепи ДНК-матрицы вместе в двойной спирали и создаст копию, состоящую из двух новых цепей, содержащих все новые пары оснований ДНК. [2]
  • Дисперсионная репликация создаст две копии ДНК, каждая из которых содержит отдельные участки ДНК, состоящие либо из обеих исходных цепей, либо из обеих новых цепей. [2] Изначально считалось, что цепи ДНК разрываются на каждой десятой паре оснований, чтобы добавить новую матрицу ДНК. В конце концов, вся новая ДНК будет образовывать двойную спираль после многих поколений репликации. [7]

Разделение и рекомбинация двухцепочечной ДНК [ править ]

Для полуконсервативной репликации двойную спираль ДНК необходимо разделить, чтобы новая цепь матрицы могла быть связана с комплементарными парами оснований. Топоизомераза - это фермент, который способствует распаковке и рекомбинации двойной спирали. В частности, топоизомераза предотвращает сверхспирализацию двойной спирали или ее слишком тугое наматывание. Три топоизомеразы ферменты участвуют в этом процессе: Тип IA топоизомеразы , тип IB топоизомеразы и Type II топоизомеразы . [8] Топоизомераза типа I раскручивает двухцепочечную ДНК, в то время как топоизомераза типа II разрывает водородные связи, связывающие комплементарные пары оснований ДНК. [7]

Скорость и точность [ править ]

Скорость полуконсервативной репликации ДНК в живой клетке сначала измеряли как скорость удлинения цепи ДНК фага Т4 в инфицированной фагом E. coli . [9] В период экспоненциального увеличения ДНК при 37 ° C скорость удлинения цепи составляла 749 нуклеотидов в секунду. Частота мутаций на пару оснований за цикл репликации во время синтеза ДНК фага Т4 составляет2,4 × 10 −8 . [10] Таким образом, полуконсервативная репликация ДНК происходит быстро и точно.

Приложения [ править ]

Полуконсервативная репликация дает ДНК множество преимуществ. Это быстро, точно и позволяет легко восстанавливать ДНК. Он также отвечает за фенотипическое разнообразие у нескольких видов прокариот. [11] Процесс создания вновь синтезированной цепи из цепи-шаблона позволяет метилировать старую цепь в отдельное время от новой цепи. Это позволяет репаративным ферментам проверять новую цепь и исправлять любые мутации или ошибки. [6]

ДНК может иметь способность активировать или деактивировать определенные области на вновь синтезированной цепи, что позволяет изменять фенотип клетки. Это может быть выгодно для клетки, потому что ДНК может активировать более благоприятный фенотип, чтобы помочь в выживании. Благодаря естественному отбору более благоприятный фенотип будет сохраняться у всего вида. Это порождает идею наследования или того, почему одни фенотипы наследуются над другими. [6]

См. Также [ править ]

  • Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы
  • Репликация ДНК

Ссылки [ править ]

  1. ^ Экундайо B, Bleichert F (сентябрь 2019). «Истоки репликации ДНК» . PLOS Genetics . 15 (9): e1008320. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1008320 . PMC  6742236 . PMID  31513569 .
  2. ^ a b c d e Гриффитс AJ, Миллер JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (1999). «Глава 8: Структура и репликация ДНК» . Введение в генетический анализ . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5.
  3. ^ a b c Meselson M, Stahl FW (июль 1958 г.). «Репликация ДНК в кишечной палочке» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 44 (7): 671–82. Полномочный код : 1958PNAS ... 44..671M . DOI : 10.1073 / pnas.44.7.671 . PMC 528642 . PMID 16590258 .  
  4. ^ Мезельсон M, Stahl FW (2007). «Демонстрация полуконсервативного режима дупликации ДНК». В Кэрнсе Дж., Стент Г.С., Уотсон Дж. Д. (ред.). Фаг и происхождение молекулярной биологии . Колд-Спринг-Харбор: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-800-3.
  5. ^ Hanawalt PC (декабрь 2004). «Плотность имеет значение: полуконсервативная репликация ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (52): 17889–94. DOI : 10.1073 / pnas.0407539101 . PMC 539797 . PMID 15608066 .  
  6. ^ a b c Норрис V (июнь 2019 г.). «Способствует ли полуконсервативный характер репликации ДНК когерентному фенотипическому разнообразию?» . Журнал бактериологии . 201 (12). DOI : 10.1128 / jb.00119-19 . PMC 6531617 . PMID 30936370 .  
  7. ^ a b Уотсон Дж. Д., Ганн А., Бейкер Т. А., Левин М., Белл С. П., Лосик Р. (2014). Молекулярная биология гена (седьмое изд.). Бостон. ISBN 978-0-321-76243-6. OCLC  824087979 .
  8. Перейти ↑ Brown TA (2002). «Репликация генома» . Геномы (2-е изд.). Wiley-Liss.
  9. ^ Маккарти Д, Миннер С, Бернштейн Н, С Бернштейн (октябрь 1976 г.). «Скорость удлинения ДНК и распределение точек роста фага Т4 дикого типа и янтарного мутанта с задержкой ДНК». Журнал молекулярной биологии . 106 (4): 963–81. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (76) 90346-6 . PMID 789903 . 
  10. ^ Drake JW, Чарльзуорт B, D Чарльзуорт, Crow JF (апрель 1998). «Темпы спонтанных мутаций» . Генетика . 148 (4): 1667–86. PMC 1460098 . PMID 9560386 .  
  11. ^ Маккарти Д, Миннер С, Бернштейн Н, С Бернштейн (октябрь 1976 г.). «Скорость удлинения ДНК и распределение точек роста фага Т4 дикого типа и янтарного мутанта с задержкой ДНК». Журнал молекулярной биологии . 106 (4): 963–81. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (76) 90346-6 . PMID 789903 .