Краткое содержание: Параграф § 26 / Биология 10 класс

Процесс репликации ДНК: Самоудвоение генетического материала

Процесс самоудвоения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) называется репликацией (или редупликацией) и является ключевым событием синтетического периода интерфазы клеточного цикла. Точное копирование генетической информации необходимо для её передачи от материнской клетки к дочерним клеткам при последующем делении.

Основные принципы репликации

• Комплементарность: Каждая из двух цепей исходной ДНК содержит последовательность нуклеотидов, которая служит матрицей. Новая цепь строится строго по принципу комплементарности, где аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), а гуанин (Г) — с цитозином (Ц). Если исходная цепь имеет последовательность А, то матрицей для синтеза новой цепи А' будет комплементарная ей цепь.
• Полуконсервативный синтез: Дочерняя молекула ДНК всегда состоит из одной старой (материнской) цепи и одной вновь синтезированной цепи. Таким образом, в дочерних молекулах ДНК сохраняется половина генетического материала исходной молекулы. Это делает дочерние молекулы ДНК полностью идентичными исходной материнской молекуле.
• Антипараллельность: Две цепи в молекуле ДНК ориентированы в противоположных направлениях. Нуклеотид в начале одной цепи имеет остаток фосфорной кислоты, связанный с 5'-атомом дезоксирибозы, а в конце — свободную гидроксильную группу при 3'-атоме углерода. Соответственно, синтез новой цепи всегда происходит только в направлении от 5'-конца к 3'-концу.

Механизм репликации ДНК: Стадии

Процесс репликации делится на три основные стадии:

1. Инициация (Начало): Репликация начинается с раздвоения двойной спирали. Специальные белки, включая ДНК-расплетающий белок (хеликазу), разрывают водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями, расплетая двойную спираль. Образуется репликационная вилка. Другие белки предотвращают повторное соединение разделенных цепей и обеспечивают эффективную работу ДНК-полимеразы.
2. Элонгация (Удлинение): На этой стадии фермент ДНК-полимераза, используя принципы комплементарности и антипараллельности, строит новые цепи, двигаясь по матрице в направлении \( 5' \to 3' \).
   • Ведущая цепь (лидирующая): Синтезируется непрерывно, так как направление её синтеза \( 5' \to 3' \) совпадает с направлением движения репликационной вилки.
   • Отстающая цепь (лагающая): Синтезируется прерывисто, в виде коротких отрезков (фрагментов Оказаки), так как её синтез должен идти в направлении, обратном движению репликационной вилки. После синтеза фрагменты Оказаки объединяются с помощью фермента ДНК-лигазы. В результате репликационная вилка является асимметричной.
3. Терминация (Завершение): Репликация заканчивается, когда дочерние молекулы ДНК отделяются от ферментного комплекса. В процессе синтеза фермент ДНК-полимераза осуществляет корректирующую функцию (репарацию), исправляя ошибки, возникающие при неверном включении нуклеотидов, что обеспечивает высокую точность передачи наследственной информации.