Репликон это в генетике кратко

Обновлено: 02.07.2024

Одним из основных свойств материала наследственности является его способность к самокопированию —репликация.Это свойство обеспечивается особенностями химической организации молекулы ДНК, состоящей из двух комплементарных цепей. В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарная ей цепь. В итоге из одной двойной спирали ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Такой способ удвоения молекул, при котором каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь, называют полуконсервативным (см. рис. 2.12).

Для осуществления репликации цепи материнской ДНК должны быть …

отделены друг от друга, чтобы стать матрицами, на которых будут синтезироваться комплементарные цепи дочерних молекул.

Инициация репликации осуществляется в особых участках ДНК, обозначаемых ori (от англ. origin —начало). Они включают последовательность, состоящую из 300 нуклеотидных пар, узнаваемую специфическими белками. Двойная спираль ДНК в этих локусах разделяется на две цепи, при этом, как правило, по обе стороны от точки начала репликации образуются области расхождения полинуклеотидных цепей — репликационные вилки, которые движутся в противоположных от локуса ori направлениях. Между репликационными вилками образуется структура, называемая репликационным глазком, где на двух цепях материнской ДНК образуются новые полинуклеотидные цепи (рис 3.8, А).

С помощью фермента геликазы, разрывающего водородные связи, двойная спираль ДНК расплетается в точках начала репликации. Образующиеся при этом одинарные цепи ДНК связываются специальными дестабилизирующими белками, которые растягивают остовы цепей, делая их азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами, находящимися в нуклеоплазме. На каждой из цепей, образующихся в области репликационной вилки, при участии фермента ДНК-полимеразы осуществляется синтез комплементарных цепей (рис 3.8, Б).

Разделение спирально закрученных цепей родительской ДНК ферментом геликазой вызывает появление супервитков перед репликационной вилкой. Это объясняется тем, что при расхождении каждых 10 пар нуклеотидов, образующих один виток спирали, родительская ДНК должна совершить один полный оборот

вокруг своей оси. Следовательно, для продвижения репликационной вилки вся молекула ДНК перед ней должна была бы быстро вращаться, что потребовало бы большой затраты энергии. В действительности это не наблюдается благодаря особому классу белков, называемых ДНК-топоизомеразами. Топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК, что дает ей возможность вращаться вокруг второй цепи. Это ослабляет накопившееся напряжение в двойной спирали ДНК (рис. 3.9).

К высвобождающимся водородным связям нуклеотидных последовательностей разделенных родительских цепей присоединяются свободные нуклеотиды из нуклеоплазмы, где они присутствуют в виде дезоксирибонуклеозидгрифосфатов: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ. Комплементарный нуклеозидтрифосфат образует водородные связи с определенным основанием материнской цепи ДНК. Затем при участии фермента ДНК-полимеразы он связывается фосфодиэфирной связью с предшествующим нуклеотидом вновь синтезируемой цепи, отдавая при этом неорганический пирофосфат (рис. 3.10).

Поскольку ДНК-полимераза присоединяет очередной нуклеотид к ОН-группе в 3′-положении предшествующего нуклеотида, цепь постепенно удлиняется на ее 3′-конце.

Особенностью ДНК-полимеразы является ее неспособность начать синтез новой полинуклеотидной цепи путем простого связывания двух нуклеозидтрифосфатов: необходим 3′-ОН-конец какой-либо полинуклеотидной цепи, спаренной с матричной цепью ДНК, к которой ДНК-полимераза может лишь добавлять новые нуклеотиды. Такую полинук-леотиднуй цепь называют затравкой илипраймером.

Роль затравки для синтеза полинуклеотидных цепей ДНК в ходе репликации выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участии фермента РНК-праймазы (рис. 3.11). Указанная особенность ДНК-полимеразы означает, что матрицей при репликации может служить лишь цепь ДНК, несущая спаренную с ней затравку, которая имеет свободный 3′-ОН-конец.

Способность ДНК-полимеразы осуществлять сборку полинуклеотида в направлении от 5′- к 3′ -концу при антипараллельном соединении двух цепей ДНК означает, что процесс репликации должен протекать на них по-разному. Действительно, если на одной из матриц (3′ → 5′) сборка новой цепи происходит непрерывно от 5′- к 3′-концу и она постепенно удлиняется на 3′-конце, то другая цепь, синтезируемая на матрице (5′ → 3′), должна была бы расти от 3′- к 5′-концу. Это противоречит направлению действия фермента ДНК-полимеразы.

В связи с указанными особенностями репликационная вилка является асимметричной. Из двух синтезируемых дочерних цепей одна строится непрерывно, ее синтез идет быстрее и эту цепь называют лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, так как она собирается из отдельных фрагментов, требующих образования, а затем удаления РНК-затравки. Поэтому такую цепь называют запаздывающей(отстающей). Хотя отдельные фрагменты образуются в направлении 5′ → 3′, в целом эта цепь растет в направлении 3′ → 5′ (рис. 3.12, А).

Конечным результатом процесса репликации является образование двух молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых идентична таковой в материнской двойной спирали ДНК.

Репликация ДНК у про- и эукариот в основных чертах протекает сходно, однако, скорость синтеза у эукариот (около 100 нуклеотидов/с) на порядок ниже, чем у прокариот (1000 нуклеотидов/с). Причиной этого может быть образование ДНК эукариот достаточно прочных соединений с белками (см. гл 3.5.2. ), что затрудняет ее деспирали-зацию, необходимую для осуществления

Фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки ее окончания образует единицу репликации — репликон. Однажды начавшись в точке начала (локус on), репликация продолжается до тех пор, пока весь репликон не будет дуплицирован. Кольцевые молекулы ДНК прокариотических клеток имеют один локус on и представляют собой целиком отдельные репликоны. Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов. В связи с этим удвоение молекулы ДНК, расположенной вдоль эукариотической хромосомы, начинается в нескольких точках. В разных репликонах удвоение может идти в разное время или одновременно.

9. Уровни организации генетического материала. Генный уровень организации. Ген. Оп­ределение. Классификация генов. Строение генов про- и эукариот. Свойства гена. По­нятие о генном балансе и дозе гена. Инактивация Х-хромосомы у человека. Диагно­стическое значение исследования Х-полового хроматина.

Различают генный, хромосомный и геномный уровни структурно-функциональной организации наследственного материала.

1. Элементарная структура генного уровня - ген. Этот уровень объясняет дискретное и независимое наследование (III закон Менделя) и существование генных мутаций.

2. Гены эукариот находятся в хромосомах, образуя хромосомный уровень. Гены одной хромосомы образуют группу сцепления и передаются вместе. Этот уровень организации - необходимое условие сцепления генов и перераспределения генов родителей у потомков при половом размножении (кроссинговер и случайное расхождение хромосом и хроматид к полюсам клетки при мейозе). Кроме этого, наличие этого уровня объясняет существование хромосомных мутаций.

3. Вся совокупность генов в функциональном отношении представляет единое целое и образует генотип (геном). Ген в разных генотипах может проявлять себя по-разному.

Геномный уровень объясняет внутри- и межаллельное взаимодействие генов, а также существование геномных мутаций.

Элементарной функциональной единицей генетического аппарата, определяющей возможность развития отдельного признака клетки или организма данного вида, является ген . Передачей генов в ряду поколений клеток или организмов достигается материальная преемственность — наследование потомками признаков родителей.

Под признаком понимают единицу морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности организмов (клеток), т.е. отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга.

Большинство перечисленных выше особенностей организмов или клеток относится к категории сложных признаков, формирование которых требует синтеза многих веществ, в первую очередь белков со специфическими свойствами — ферментов, иммунопротеинов, структурных, сократительных, транспортных и других белков. Свойства белковой молекулы определяются аминокислотной последовательностью ее полипептидной цепи, которая прямо задается последовательностью нуклеотидов в ДНК соответствующего гена и является элементарным, или простым, признаком.

Основные свойства гена как функциональной единицы генетического аппарата определяются его химической организацией.

Структурные гены — гены, кодирующие синтез белков. Расположение нуклеотидных триплетов в структурных генах последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным

Функциональные гены — гены, которые контролируют и направляют деятельность структурных генов

1 Ген дискретен в своем действии, т. е. обособлен в своей активности от других генов. 2 Ген специфичен в своем проявлении, т. е. отвечает за строго определенный признак или свойство организма. 3 Ген может действовать градуально, т. е. усиливать степень проявления признака при увеличении числа доминантных аллелей (дозы гена ). 4 Один ген может влиять на развитие разных признаков — это множественное, или плейотропное, действие гена . 5 Разные гены могут оказывать одинаковое действие на развитие одного и того же признака (часто количественных признаков ) — это множественные гены, или полигены. 6 Ген может взаимодействовать с другими генами, что приводит к появлению новых признаков . Такое взаимодействие осуществляется опосредованно — через синтезированные под их контролем продукты своих реакций. 7 Действие гена может быть модифицировано изменением его местоположения в хромосоме (эффект положения) или воздействием различных факторов внешней среды.

Генный баланс – это механизм определения пола, первоначально обнаруженный у дрозофил, согласно которому пол особи зависит от отношения числа Х-хромосом к числу наборов аутосом (А), в соответствии с этим у самцов отношение Х/А меньше или равно 0.5, у самок - больше или равно 1.0.

Доза гена – это количество копий данного гена в расчете на ядро одной клетки; в норме доза гена равна равна числу гомологичных хромосом, на которых данный ген локализован, - при этом доза гена может быть выше уровня плоидности (трисомия) или ниже (половые хромосомы у гетерогаметного пола, моносомия).

Инактивация Х-хромосомы — процесс, в ходе которого инактивируется одна из двух копий Х-хромосом, представленных в клетках самок млекопитающих. Инактивация Х-хромосомы происходит в клетках самок млекопитающих для того, чтобы с двух копий Х-хромосом не образовывалось вдвое больше продуктов соответствующих генов, чем у самцов млекопитающих. Инактивированная Х-хромосома будет оставаться неактивной во всех последующих дочерних клетках, образующихся в результате деления.

Диагностическое значение исследования Х – полового хроматина

a) в пренатальном периоде: для установления генетического пола плода в случае, когда женщина является носителем Х-сцепленного патологического гена(например, гена гемофилии или мышечной дистрофии Дюшенна); проводится с использованием клеток амниотической жидкости;

b) у новорожденных: в случае интерсексуальности - для уточнения генетического пола и приведения его в соответствие с гражданским полом, последний имеет особое значение для формирования в дальнейшем соответствующего полового самосознания и поведения;

c) в постнатальный период: при различных нарушениях половой дифференцировки и уточнения генетического пола, для диагностики дисгенезии гонад, как следствия аномалий по числу и структуре половых хромосом;

Репликон * рэплікон * replicon — фрагмент ДНК, находящийся под контролем рядом расположенного и инициирующего репликацию локуса (Репликатор), ведущего себя как автономная единица в течение репликации ДНК. Число Р. на один организм различно: напр., у прокариот Р. представлен всем геномом, а у эукариот геном включает множество Р., и их число в ряде случаев коррелирует с уровнем организации организмов (напр., у дрожжей 500, у дрозофилы — 3500, у ксенопус — 15 000, у Vicia faba — 35 000). В генетической инженерии для получения вектора нужные фрагменты ДНК (гены) пришиваются к подходящему Р. Только структуры со свойствами Р. могут сохраняться в ряду поколений, т. е. наследоваться. ДНК способна к репликации благодаря наличию специфического участка, который может служить стартовым для репликации.


Репликация по типу катящегося колеса

Наименьшие встречающиеся в природе репликоны — это мелкие плазмиды. Из них экспериментально были получены Р. возможно наименьшей величины. Из плазмиды ColEI была сконструирована плазмида pAO2, содержащая лишь четвертую часть ДНК плазмиды ColEI. Для инициации процесса репликации необходимы 436 нуклеотидов. Была выяснена их последовательность. Кроме этой начальной последовательности, еще нужен участок, кодирующий структуру белка, который распознает эту последовательность (обе последовательности могут перекрываться). Термин предложен Ф. Жакобом и С. Бреннером в 1963 г.

Генетика. Энциклопедический словарь. - Минск: Белорусская наука . Картель Н. А., Макеева Е. Н., Мезенко А. М. . 2011 .

Смотреть что такое "Репликон" в других словарях:

РЕПЛИКОН — единица процесса репликации участка генома, к рый находится под контролем одной точки инициации (начала) репликации. Термин предложен Ф. Жакобом и С. Бреннером. Геном прокариот представляет собой, как правило, один Р. От точки инициации… … Биологический энциклопедический словарь

репликон — replicon репликон. Автономная единица репликации , находящаяся под контролем одной точки инициации репликации (репликатора); у прокариот Р. представлен всем геномом, а у эукариот геном может включать множество Р.; термин “Р.”… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

репликон — (англ. replicon, от replicate копировать, воспроизводить) элементарная генетическая структура, способная к репликации как единое целое … Большой медицинский словарь

базовый репликон — base replicon базовый репликон. Mинимальный участок плазмиды

, достаточный для ее стабильного существования в бактериальной клетке, т.е. включающий набор генов несовместимости плазмид, контроля числа копий, репликации и сегрегации … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

базовый репликон — Минимальный участок плазмиды, достаточный для ее стабильного существования в бактериальной клетке, т.е. включающий набор генов несовместимости плазмид, контроля числа копий, репликации и сегрегации. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский… … Справочник технического переводчика

Базовый репликон — * базавы рэплікон * base replicon минимальный участок плазмиды, достаточный для ее стабильного существования в бактериальной клетке, т. е. включающий набор генов несовместимости плазмид, контроля числа копий, репликации и сегрегации … Генетика. Энциклопедический словарь

Репликация ДНК — У этого термина существуют и другие значения, см. Репликация. Схематическое изображение процесса репликации, цифрами отмечены: (1) запаздыв … Википедия

РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение) (редупликация), самовоспроизведение нуклеиновых к т (обычно ДНК, у нек рых вирусов РНК), обеспечивающее точное копирование генетич. информации и передачу ее от поколения к поколению. При Р. ДНК нуклеотидная… … Химическая энциклопедия

РЕПЛИКАЦИЯ — (от позднелат. replicatio повторение), редупликация, ауторепликация, процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых к т, обеспечивающий точное копирование генетич. информации и передачу её от поколения к поколению. В основе механизма Р.… … Биологический энциклопедический словарь

Репликация — это механизм самокопирования и основное свойство наследственного материала, которым выступают молекулы ДНК.

Особенностью ДНК является то, что обычно ее молекулы состоит из двух комплементарных друг другу цепей, образующих двойную спираль. В процессе репликации цепи материнской молекулы ДНК расходятся, и на каждой строится новая комплементарная цепь. В результате из одной двойной спирали образуется две, идентичные исходной. Т. е. из одной молекулы ДНК образуются две, идентичные матричной и между собой.

Таким образом, репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, когда каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую цепь и одну вновь синтезированную.

У эукариот репликация происходит в S-фазе интерфазы клеточного цикла.

Описанный ниже механизм и основные ферменты характерны для подавляющего большинства организмов. Однако бывают исключения, в основном среди бактерий и вирусов.

Расхождение цепей исходной молекулы ДНК обеспечивает фермент геликаза, или хеликаза, который в определенных местах хромосом разрывает водородные связи между азотистыми основаниями ДНК. Хеликазы перемещаются по ДНК с затратой энергии АТФ.

Чтобы цепочки снова не соединились, они удерживаются на расстоянии друг от друга дестабилизирующими белками. Белки выстраиваются в ряд со стороны пентозо-фосфатного остова цепи. В результате образуются зоны репликации, называемые репликационными вилками.

Репликационные вилки образуются не в любых местах ДНК, а только в точках начала репликации, состоящих из определенной последовательности нуклеотидов (около 300 штук). Такие места распознаются специальными белками, после чего образуется так называемый репликационный глаз, в котором расходятся две цепи ДНК.

Из точки начала репликация может идти как в одном, так и в двух направлениях по длине хромосомы. В последнем случае цепи ДНК расходятся вперед и назад, и из одного репликационного глазка образуются две репликационные вилки.

Репликон — единица репликации ДНК, от точки ее начала и до точки ее окончания.

Поскольку в ДНК цепи спирально закручены относительно друг друга, то разделение их хеликазой вызывает появление дополнительных витков перед репликационной вилкой. Чтобы снять напряжение, молекула ДНК должна была бы проворачиваться вокруг своей оси один раз на каждые 10 пар разошедшихся нуклеодидов, именно столько образуют один виток спирали. В таком случае ДНК бы быстро вращалась с затратой энергии. Но этого не происходит, т. к. природа нашла более эффективный способ справится с возникающим при репликации напряжением спирали.

Фермент топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК. Отсоединенный участок проворачивается на 360° вокруг второй целой цепи и снова соединяется со своей цепью. Этим снимается напряжение, т. е. устраняются супервитки.

Каждая отдельная цепь ДНК старой молекулы используется в качестве матрицы для синтеза новой комплементарной себе цепи. Добавление нуклеотидов к растущей дочерней цепи обеспечивает фермент ДНК-полимераза. Существует несколько разновидностей полимераз.

В репликационной вилке к освободившимся водородным связям цепей согласно принципу комплиментарности присоединяются свободные нуклеотиды, находящиеся в нуклеоплазме. Присоединяющиеся нуклеотиды представляют собой дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ), а конкретно дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

После образования водородных связей фермент ДНК-полимераза связывает нуклеотид фосфоэфирной связью с последним нуклеотидом синтезируемой дочерней цепи. При этом отделяется пирофосфат, включающий два остатка фосфорной кислоты, который потом расщепляется на отдельные фосфаты. Реакция отщепления пирофосфата в результате гидролиза энергетически выгодна, так как связь между первым, который уходит в цепь, и вторым фосфатными остатками богата энергией. Эта энергия используется полимеразой.

Полимераза не только удлиняет растущую цепь, но и способна отсоединять ошибочные нуклеотиды, т. е. обладает корректирующей способностью. Если последний нуклеотид, который должен быть присоединен к новой цепи, не комплементарен матричному, то полимераза его удалит.

ДНК-полимераза может присоединять нуклеотид только к -OH группе, находящейся при 3-м атоме углерода дезоксирибозы. Таким образом цепь синтезируется только со стороны своего 3´-конца. То есть синтез новой цепи ДНК идет в направлении от 5´- к 3´-концу. Поскольку в двуцепочечной молекуле ДНК цепи антипараллельны, то процесс синтеза по материнской, или матричной, цепи идет в обратном направлении – от 3´- к 5´-концу.

Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез новой цепи возможен только в направлении 5´→3´, то в репликационной вилке дочерние цепи будут синтезироваться в разных направлениях.

На матрице 3´→5´ сборка новой полинуклеотидной последовательности происходит по большей части непрерывно, так как эта цепь синтезируется в направлении 5´→3´. Антипараллельная матрица характеризуется 5´→3´ направлением, поэтому синтез дочерней цепи по ходу движения вилки здесь не возможен. Здесь он был бы 3´→5´, но ДНК-полимера не может присоединять к 5´-концу.

Поэтому синтез на матрице 5´→3´ выполняется небольшими участками — фрагментами Оказаки (названы в честь открывшего их ученого). Каждый фрагмент синтезируется в обратном ходу образования вилки направлении, что обеспечивает соблюдение правила сборки от 5´- к 3´-концу.

После удаления праймеров и застраивания брешей ДНК-полимеразой отдельные участки дочерней цепи ДНК сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой.

Непрерывная сборка идет быстрее, чем фрагментарная. Поэтому одна из дочерних цепей ДНК называется лидирующей, или ведущей, вторая — запаздывающей, или отстающей.

У прокариот репликация протекает быстрее: примерно 1000 нуклеотидов в секунду. В то время как у эукариот только около 100 нуклеотидов. Количество нуклеотидов в каждом фрагменте Оказаки у эукариот составляет примерно до 200, у прокариот — до 2000.

У прокариот кольцевые молекулы ДНК представляют собой один репликон. У эукариот каждая хромосома может содержать множество репликонов. Поэтому синтез начинается в нескольких точках, одновременно или нет.

Ферменты и другие белки репликации действуют совместно, образуя комплекс и двигаясь по ДНК. Всего в процессе участвует около 20 разных белков, здесь были перечислены лишь основные.

Автономная единица репликации , находящаяся под контролем одной точки инициации репликации (репликатора); у прокариот Р. представлен всем геномом, а у эукариот геном может включать множество Р.; термин “Р.” предложен Ф.Жакобом и С.Бреннером в 1963.

Смотреть что такое РЕПЛИКОН в других словарях:

РЕПЛИКОН

РЕПЛИКОН единица процесса репликации участка генома, к-рый находится под контролем одной точки инициации (начала) репликации. Термин предложен Ф. Жако. смотреть

РЕПЛИКОН

корень - РЕПЛИК; суффикс - ОН; нулевое окончание;Основа слова: РЕПЛИКОНВычисленный способ образования слова: Суффиксальный∩ - РЕПЛИК; ∧ - ОН; ⏰Слово Ре. смотреть

РЕПЛИКОН

(англ. replicon, от replicate копировать, воспроизводить)элементарная генетическая структура, способная к репликации как единое целое.

РЕПЛИКОН

репликон (англ. replicon, от replicate копировать, воспроизводить) — элементарная генетическая структура, способная к репликации как единое целое.

РЕПЛИКОН

(англ. replicon, от replicate копировать, воспроизводить) элементарная генетическая структура, способная к репликации как единое целое.

Читайте также: