Общий механизм репликации.

Точное самовоспроизведение ДНА возможно благодаря её особой структуре. Модель структуры ДНК была об­народована Ф.Криком и Д.Уотсоном в 1953 году. Согласно ей ДНК представляет собой длинную двухцепочечную полимерную молекулу. Мономерами являются нуклеотиды, соединённые в каждой цепи фос­фодиэфирными связями. Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксири­бозных остатков соединён­ных 5'-3'-фосфодиэфирными связями , образует как бы боковины винтовой лестницы, а пары оснований -её ступеньки. Две полинуклеотидные цепи навиты одна на одну, образуя двой­ную спираль. Вместе они удерживаются водородными связями , образующимися между комплиментарными основаниями про­тивоположных цепей (между А и Т; G и C). Цепи молекул ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 5¢®3¢, другая 3¢®5¢. Последовательность мономер­ных единиц (дезоксирибонуклеоти­дов) в одной её цепи соответствует (ком­пли­ментарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Уот­сон и Крик предположили, что для удвое­ния ДНК должны произойти раз­рыв водородных связей и расхожде­ние це­пей(рис.1) и что удвоение ДНК происходит путём последовательного соедине­ния нуклеотидов на мат­рице материнской цепи в соответствии с правилом комплиментарности. В даль­нейшем эта матричная природа механизма репликации была подтверждена многочисленными опытами. Подтверждение также получил пред­ложенный полуконсервативный способ репликации двухцепочечной ДНК {Мезельсон, Сталь, 1958 (объект-E.coli); Тэйлор,1958( объект-Vicia faba)}.Согласно ему, в результате дупликации образуются две пары цепей, в каждой из которых только одна является родительской (консервативной), а вто­рая- заново син­тезированной. Другие механизмы (консервативный, дисперс­ный) не под­твердились.

Ауторадиографический анализ, проведённый в начале 60-х гг. (Керренс,1963) на реплицирующихся хро­мосомах меченых 3Н-тимидином, показал наличие опре­делённой зоны, где происходила репликация. Эта зона двига­лась вдоль роди­тельской двойной спирали. Из-за Y-образной структуры её назвали реплика­тивной вилкой. Именно в ней и происходят основные процессы, обеспечивающие синтез ДНК. Вилки образуются в структуре, называемой репликативный пузырёк. Это области хромосомы, где две нити родительской спи­рали ДНК разъединяются и служат как матрицы для синтеза ДНК. Это место, где происходит инициация реп­ликации, называется точкой начала реп­ликации (точкой ori). Образование репликативных вилок происходит в двух направлениях (двунаправленная репликация) и их они затем движутся до встречи с другой вилкой или с кон­цом матрицы. В некоторых слу­чаях наблюдается движение только одной вилки, тогда как вторая является ста­ционарной (однонаправленная репликация). У прокариот на нуклеоиде находится обычно только одна точка ori, тогда как у эукариот их много (например, у дрожжей порядка 500), рас­положенных на хромосоме на расстоянии 20-35 т.п.н. Участок между двумя точками ori получил название репли­кон. Скорость репликации у прокариот со­ставляет порядка 1000-2000 нуклеотидов в секунду, у эука­риот ниже из-за нуклеосомной органи­зации хроматина (10-200 нук­леотидов в секунду). Скорость репликации всей молекулы ДНК (или хромо­сомы) зависит от числа и распо­ложения точек ori.