Генетические процессы с участием нуклеиновых кислот

Генетическая информация, носителем которой являются молекулы ДНК, организована в функциональные участки, называемые генами. В виде генов ДНК хранит запас генетической информации, необходимой для кодирования аминокислотной последовательности всех белков и первичной структуры всех разновидностей РНК (рибосомальных, р-РНК; матричных, м-РНК; транспортных, т-РНК), регулирует во времени и пространстве биосинтез компонентов клеток и тканей, определяет деятельность организма в течение его жизненного цикла и обеспечивает индивидуальность данного организма.

Молекулы ДНК, эукариот (ядерных организмов) связанны с ядерными белками – гистонами и ядерной РНК в виде нуклеопротеидного комплекса, называемого хроматином (хроматиновая нить). В конденсированном виде (суперспиральном и уплотненном) хроматин находится в составе хромосом. В состав одной хромосомы входит одна двухцепочечная молекула ДНК. Общее количество ядерной ДНК и число хромосом, приходящееся на гаплоидный (n) геном половой клетки, очень сильно различается у разных видов организмов.

· Сохранение ДНК в ряду поколений (репликация ДНК)

Независимо от того, сожержит клетка только одну хромосому (как у прокариот) или много хромосом (как у эукариот) за период времени, соответствующий одному клеточному делению, весь геном должен быть реплицирован только один раз (геном – совокупность всех генов организма).

Во время деления клеток генетическая информация должна перейти в дочерние клетки. Для достижения этого молекула ДНК клетки у прокариот (или молекулы ДНК у эукариот) копируется в процессе репликации, при этом каждая ее цепь служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. В процессе репликации происходит удвоение молекулы ДНК, т.е. образуются две дочерние двухцепочечные молекулы ДНК, идентичные родительской молекулы.

Каким образом процесс репликации ДНК связан с клеточным (митотическим) циклом?

Репликация (удвоение ДНК) осуществляется на стадии интерфазы клеточного цикла. Завершение репликации служит сигналом для клеточного деления (в клеточном цикле интерфаза сменяется далее фазой митоза – клеточного деления). Упрощенную схему клеточного цикла эукаиот можно представить следующим образом (дана в расчете на удвоение ДНК одной хромосомы):

В процессе митоза у эукариот дочерние молекулы ДНК включаются по одной в каждую дочернюю клетку. У прокариот используется, как полагают, какой-то другой механизм. В обоих случаях единицей включения является хромосома.

Синтез ДНК (репликация) начинается с расхождения цепей. Продуктами одно цикла репликации являются две дочерние двухцепочечные молекулы ДНК, каждая из которых состоит из одной родительской (исходной) и одной (вновь синтезированной) дочерней цепи (на схеме показана штриховой линией), т.е. от одного поколения к другому передается одна из двух цепей, составляющих родительскую молекулу ДНК. Такой способ репликации носит название полуконсервативного. Гипотеза полуконсервативного способа репликации ДНК была экспериментально подтверждена в 1957 г. М. Мессельсоном и Ф. Сталем при изучении репликации ДНК кишечной палочки (E. coli)(см. учебник).