Механизм редубликации ДНК

Главным событием интерфазы является подготовка к митозу – удвоение (редубликация) молекул ДНК и матричный синтез иРНК, которые происходят в S фазе интерфазы.

Редубликация ДНК может происходить тремя путями: консервативным, полуконсервативным и дисперсным.

В процессе редубликации консервативным и полуконсервативным способом различают матрицу и вновь образованные молекулы, или их части. Поэтому редубликация ДНК носит матричный характер. Редубликация основана на комплементарном спаривании нуклеиновых оснований. Вначале в одной точке ДНК обе ее цепи расходятся, образуя ассиметричную репликативную вилку. На одну из разошедшихся цепей садится фермент ДНК – полимераза, который движется по одинарной цепи в направлении от 5^I конца к 3^I концу расплетенной части молекулы. Следует помнить, что из-за того что цепи ДНК антипараллельны, синтез одной из дочерних цепей происходит непрерывно (лидирующая цепь), а другой (отстающая) – в виде отдельных фрагментов размерами 10 – 200 нуклеотидов (фрагменты Оказаки). Впоследствии эти фрагменты соединяются при помощи специальных ферментов – лигаз.

Репликация начинается от середины каждого плеча, от участка, называемого сайтом инициации репликации. Далее репликативные вилки распространяются к теломерам, репликация доходит до них и останавливается, однако центромерная часть хромосомы так и остается неудвоенной (ее удвоение происходит непосредственно в метафазе митоза перед расхождением сестринских хроматид.

После окончания репликации (редубликации ДНК, каждая хромосома состоит из двух цепей ДНК, которые и называются сестринскими хроматидами. S фаза длится в среднем около 8-12 часов.

Особенностью репликации хромосом у эукариот является образование не одной репликативной вилки (как у прокариот), а 20-80 вилок, при этом они возникают одновременно у всех хромосом. Такие вилки расположены парами, которые движутся в противоположных направлениях до тех пор, пока не встретят соседнюю вилку репликации, так что образуются две дочерние спирали. Поэтому в результате репликации образовавшиеся молекулы ДНК содержат половинку – матрицу и вторую половинку цепи, вновь собранную по принципу комплиментарности.

Опыты Кернса, 1963.

С использованием метода авторадиографии доказал, что у прокариот имеет место полуконсервативный тип редубликации ДНК. При эксперименте первый цикл редубликации происходил в присутствии радиоактивного тимина, второй цикл – в его отсутствии. В результате были получены два поколения клеток, при этом у второго поколения половина клеток имела радиоактивнуюю ДНК, а другая половина – нет.

Опыты Тейлора, 1957.

С использованием метода авторадиографии и блокады митоза колхицином на проростках корешков конских бобов доказал полуконсервативность редубликации ДНК у эукариот.

Если исходить из того, что каждая хромосома до начала редубликации ДНК состоит из одной молекулы ДНК, то в случае, если редубликация происходит полуконсервативно, в первом клеточном цикле (когда редубликация происходит в присутствии радиоактивного тимина) после митоза все хромосомы будут радиоактивными.

После прохождения второго клеточного цикла, в отсутствии радиоактивного тимина, после прохождения митоза в каждой из клеток половина хромосом будет радиоактивна, а половина нет. Радиоактивные хромосомы содержат радиоактивную матрицу.

Схема репликации хроматина у эукариот