Механизм репликации по Уотсону и Крику

Модель ДНК Уотсона и Крика сразу же позволила понять принцип удвоения ДНК. Поскольку каждая из цепей ДНК содержит последовательность нуклеотидов, комплементарную другой цепи, т. е. их информационное содержание идентично, представлялось вполне логичным, что при удвоении ДНК цепи расходятся, а затем каждая цепь служит матрицей, на которой выстраивается комплементарная ей новая цепь ДНК. В результате образуются два дуплекса ДНК, каждый из которых состоит из одной цепи исходной родительской молекулы ДНК и одной новосинтезированной цепи. Экспериментально показано, что именно так, по полуконсервативно-му механизму, происходит репликация ДНК (рис. 26). Несмотря на простоту основного принципа, процесс репликации сложно организован и требует участия множества белков. Эти белки, как и все другие, закодированы в последовательности нуклеотидов ДНК- Таким образом, возникает важнейшая для жизни петля обратной связи ДНК направляет синтез белков, которые реплицируют ДНК. [c.44]

Модель Уотсона—Крика дает общее молекулярное описание структуры и функции генов, предполагает принцип репликации генетического материала. Доказательство полуконсервативного механизма репликации ДНК заставило по-новому взглянуть на основные характеристики двойной спирали Уотсона—Крика. Для того чтобы понять, как работает полуконсервативный механизм репликации, необходимо ответить на ряд вопросов как разделяются комплементарные нити ДНК, закрученные одна вокруг другой Какая ферментативная система воспроизводит ДНК с учетом антипараллельности ее цепей и др. [c.126]

Модель Уотсона—Крика стимулировала новые исследования влияния отцовского и материнского возраста. В 1953 г. Уотсон и Крик [1347] предложили свою модель структуры ДНК. Эта модель не только объясняет процессы репликации и хранения наследственной информации, но и позволяет выдвинуть убедительную гипотезу о механизме спонтанных мутаций, связывающую их возникновение с включением некомплементарных оснований при репликации. Такой механизм предполагает зависимость мутационного процесса от репликации. И действительно в ряде работ на микроорганизмах подтвердилось, что почти все мутации происходят в делящихся клетках [1668]. Эта концепция дала новый импульс статистическим исследованиям, посвященным изучению влияния отцовского возраста на [c.171]

Доказательство полуконсервативного механизма репликации ДНК послужило и первым прямым доказательством справедливости модели Дж. Уотсона и Ф. Крика. [c.125]

В 1957 г. М. Мезельсон и Ф. Сталь подтвердили представления Дж. Уотсона и Ф. Крика о полуконсервативном механизме воспроизведения (репликации) ДНК в клетках бактерий (рис. 6.6). [c.122]

Модель двухспиральной молекулы ДНК позволила сразу же предложить механизм репликации ДНК. Уотсон и Крик опубликовали свою гипотезу через месяц после того, как представили модель структуры ДНК в виде прекрасной статьи, отличавшейся простотой и ясностью. [c.14]

При консервативном типе репликации исходная ДНК остается неизменной во время всего процесса репликации и дочерние ДНК полностью состоят из вновь синтезированной ДНК. При полуконсервативном типе репликации в каждом акте репликации половина родительской ДНК переходит в дочернюю. Полу-консервативная схема репликации была предложена Уотсоном и Криком как логическое дополнение к созданной ими модели строения ДНК. Они предположили, что при репликации комплементарные цепи двойной спирали ДНК раскручиваются и каждая из них служит матрицей для синтеза новой цепи ДНК. Рассматривались также и другие механизмы, с помощью которых может осуществляться полуконсервативный тип репликации. [c.327]

За десять лет, прошедших после обнародования теории двойной спирали ДНК и принципа комплементарности, раскрыты молекулярные механизмы репликации ДНК установлены процессы, отвечающие за расшифровку генетической информации и регуляцию синтеза генных продуктов выяснены многие причины, по которым эти продукты синтезируются в измененном виде. Со времени выхода в свет этой публикации и до наших дней открытие Уотсона и Крика нисколько не утратило своего значения. В частности, если бы не была установлена структура ДНК, сейчас не существовало бы технологии рекомбинантных ДНК. [c.45]

Поскольку в этих опытах наблюдается появление отдельных полос, а не их уширение, что соответствовало бы набору молекул с различными плотностями, результаты опытов не согласуются с представлением о дисперсивной схеме репликации. Репликация по консервативной схеме привела бы к тому, что полоса —Ы сохранялась бы после любого числа делений на среде с МЧ Наилучшим образом согласуется с полученными экспериментальными данными полуконсервативная схема. Очевидно, ДНК при репликации разделяется на две части, однако нельзя считать доказанным, что этими частями являются две антипараллельные цепи, о которых идет речь в механизме, предложенном Уотсоном и Криком. К сожалению, в описанных экспериментах нельзя исключить возможности образования агрегатов. Если агрегаты действительно образуются, то с результатами опытов может быть согласована и консервативная схема репликации. Действительно, если предположить, что молекулы ДНК образуют димеры, то все результаты легко объяснить и с точки зрения консервативной схемы репликации. Однако другие эксперименты указывают на то, что механизм, при котором происходит разделение цепей, все же наиболее вероятен. [c.329]

Попытки определить экспериментально судьбу и способ распределения атомов реплицирующихся молекул ДНК были начаты за три года до того, как Уотсон и Крик постулировали свой механизм. Фактически статья на эту тему была опубликована Уотсоном еще в 1951 г. Для изучения механизма репликации ДНК использовали опыты по переносу. В этих опытах родительские молекулы ДНК метили или С, затем переносили препарат в нерадиоактивную среду, где и происходила репликация. После этого определяли содержание и относительное распределение родительских радиоактивных изотопов в дочерних молекулах ДНК. Сразу же, как была высказана гипотеза о полуконсервативном способе распределения цепей ДНК, попытки экспериментального решения этого вопроса были интенсифицированы, поскольку только результаты экспериментального исследования могли либо подтвердить, либо опровергнуть гипотезу Уотсона — Крика. Однако технически оказалось довольно трудно осуществить такого рода эксперименты, так как они требовали разработки методов, позволяющих производить измерение очень незначительной радиоактивности в отдельных молекулах ДНК. [c.192]

Возникла новая наука — молекулярная биология. Но революция в биологии отнюдь не началась статьей Уотсона и Крика. Это было лишь закономерное продолжение открытий Дарвина, Менделя, Моргана, лишь закономерное развитие действительно фундаментальной и революционной идеи XX в. — идеи матричного механизма репликации молекул биополимеров, принадлежащей Н. К. Кольцову. Устремление физиков и физики в биологию действительно оказало большое влияние на темп революционных событий в биологии. Дело не только в проникновении в биологию методов физического и химического исследований. Физика влияет на биологию своим примером, стилем работы, методологией мышления. Именно в физике особо плодотворной оказалась теория. Теоретическая физика замечательна своим ярко выраженным дедуктивным характером, тем, что она является не столько обобщением фактов, сколько развитием исходных общих положений. Триумфы современной физики — это экспериментальное подтверждение предсказаний теории. Получение основных положений какой-либо науки из общих соображений — необходимая завершающая стадия развития мысли в данном направлении. И здесь теоретическая биология сильно отстает от теоретической физики. [c.6]

Репликация ДНК — система ферментативных процессов, ведущих к образованию и воспроизведению ДНК в клетке. Исходным пунктом множества гипотез, объясняющих репликацию ДНК, служит предположение о том, что ДНК как химический материал гена должна синтезироваться в виде копий (реплик) уже существующих молекул. Это подтверждается тем, что по нуклеотидному составу вновь синтезированная ДНК такая же, как ДНК-матрица. Макромолекулярная модель ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, помогает объяснить механизм репликации. Легко представить произвольный участок молекулы ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов (рис. 22, верхняя часть рисунка). В соответствующих у повиях две полинуклеотидаые цепи ДНК раскручиваются и, отделяясь друг от друга, образуют одиночные цепи (рис. 22, средняя часть). Затем к каждому из оснований любой из одиночных цепей о участием ДНК-зависимой ДНК-полимеразы по принципу компле- [c.73]

Мутации как ошибки репликации ДНК. Данные, полученные на человеке, свидетельствуют о существовании тесной связи между мутациями и клеточными делениями. Импульсом к изучению этой проблемы послужила гипотеза о механизме возникновения точковых мутаций Уотсона и Крика (рис. 5.26) [1347]. Важную роль в этом сыграли и ранние исследования на микроорганизмах, из которых следовало, что многие спонтанные мутации действительно возникают во время репликации ДНК в результате ошибочной вставки неправильного нуклеотида, приводящей к появлению в будущих клеточных поколениях новой, отличающейся пары оснований. В последние десятилетия получено до удивления мало новых данных о механизмах возникновения спонтанных мутаций, что очень сильно контрастирует с громадным объемом имеющихся в настоящее [c.191]

Уотсон и Крик предположили, что для удвоения ДНК должны произойти разрыв водородных связей, удерживающих вместе спиральный дуплекс, и расхождение цепей. Они также высказали мысль, что каждая цепь дуплекса служит матрицей при синтезе комплементарной цепи и в результате образуются две пары цепей, в каждой из которых только одна является родительской (рис. 2.1). Таков механизм точного воспроизведения последовательности нуклеотидных пар В двойной спирали. Уотсон и Крик полагали, что репликация ДНК осуществляется спонтанно, без участия ферментов, но это оказалось неверно. Тем не менее идея о том, что удвоение ДНК происходит путем последовательного соеди- [c.67]

Механизм репликации ДНК,, предложенный Уотсоном и Криком, был подтвержден открытием, сделанным Мезельсоном и Сталом. Бактерии, меченные помещали в среду, содержащую Через одно поколение из полностью меченных молекул образовались молекулы ДНК, меченные наполовину. Через два поколения [c.257]

По модели Уотсона — Крика двум цепям двойной спирали присуща противоположная полярность (стр. 68). При этом считается, что каждая цепь может выполнять роль матрицы при формировании новой цепи, осуществляя точную репликацию, приводящую к образованию двух дочерних спиралей, идентичных друг другу и родительской ДНК. Результаты, полученные с помощью анализа ближайшего соседствования, подтверждают этот механизм. Например, последовательность АфА встречается так же часто, как и последовательность ТфТ такая же закономерность наблюдается для пар ГфГ и ЦфЦ. Соответствие остальных последовательностей зависит от того, обладают. ли цепи двойной спирали одинаковой или противоположной полярностью (фиг. 69). [c.206]

Не вызывало никаких сомнений, что существование постулированного Уотсоном и Криком механизма репликации должно быть отражено в особом распределении вещества родительской молекулы ДНК в дочерних молекулах. Откровенно говоря, такой способ распределения никто не мог бы представить себе до открытия комплементарной двойной спирали. Поскольку две родительские полинуклеотидные цепи разделяются, выполняя роль матриц для роста новых цепей, атомы родительской двойной спирали равномерно распределяются в двух дочерних молекулах первого цикла репликации. Однако в последующих циклах репликации не должно происходить дальнейшего перераспределения атомов исходной родительской ДНК, так как целостность индивидуальных полинуклеотидных цепей родительских молекул ДНК не нарушается в процессе репликации. Например, среди четырех дочерних двойных спиралей, образовавшихся во втором цикле репликации, две должны содержать по одной родительской полинуклеотидной цепи и по одной синтезированной de novo, две же другие будут состоять целиком из неродительского вещества. Говоря более точно, в каждой из 2s дочерних двойных спиралей, образованных в g синхронных циклах репликации родительской молекулы ДНК, одна цепь будет синтезирована в самом последнем цикле, а комплементарная ей цепь будет синтезирована с вероятностью 2 в -м цикле перед последним. Такой способ распределения родительских атомов получил название полуконсервативного в отличие от консервативного распределения, при котором в процессе репликации сохраняется целостность всей родительской двойной спирали. При консервативном способе репликации среди дочерних молекул ДНК, образованных в результате g циклов репликации, всегда должна быть одна и только одна двойная спираль, по- [c.190]

Вывод, сделанный на основании экспериментальных данных Месел-сона и Сталя, подтвердивших предложенный Уотсоном и Криком механизм репликации, встретил следующее возражение хотя данный эксперимент убедительно доказывает существование какой-то элементарной единицы ДНК, которая реплицируется полуконсервативно, приведенные данные никак не доказывают, что эта единица действительно представляет собой двойную спираль ДНК. Например, возможно, что дочерние молекулы ДНК первой генерации обязаны своей ( Ы — Ы)-гибридной плотностью не полуконсервативному способу репликации, показанному на фиг. 89, а одному из двух альтернативных способов распределения, изображенных на фиг. 92. Один из этих способов можно назвать диспер- [c.195]

Таким образом, способ, с помощью которого осуществляется синтез полинуклеотидов in vitro при участии очищенной ДНК-полимеразы Е. соИ, показал, что ДНК используется непосредственно в качестве матрицы для правильной сополимеризации ее реплик без синтеза каких-либо других посредников, не имеющих дезоксирибонуклеиновой природы. Этот вывод полностью согласовывался с предполагаемым Уотсоном и Криком механизмом репликации, основывающимся на аутокаталитической функции ДНК. Однако еще осталось невыясненным, действительно ли репликация ДНК Е. соН катализируется ДНК-полимеразой, выделенной Корнбергом и сотрудниками. Как будет показано дальще, упорядоченная репликация бактериального ядра не единственный вид синтеза [c.210]

С получением таких данных стало очевидно, что можно понять природу процесса репликации, ответственного за синтез ДНК — предшественника фага, проследив за судьбой молекулы родительской ДНК, инъецированной в клетку-хозяина инфицирующим фагом. В частности, интересно было установить, действительно ли при репликации атомы родительской молекулы распределяются полуконсервативным способом, в соответствии с механизмом, постулированным Уотсоном и Криком. Первые опыты такого рода, подобно опытам при изучении бактериальной ДНК, включали метод по переносу с использованием радиоактивных изотопов или С), и они не дали определенных результатов. Однако вскоре после того, как Меселсон и Сталь исследовали распределение ДНК по плотности методом градиентного центрифугирования, этот метод стали использовать для изучения репликации ДНК Т-четных фагов. [c.268]

Результаты такого эксперимента показали, что у фагового потомства большинство родительских атомов Р содержится в молекулах- гибри-дах с плотностью, промежуточной между плотностью предельно легких молекул родительской ДНК и предельно тяжелых молекул ДНК потомства. Следовательно, атомы родительской ДНК Т-четного фага распределяются в вегетативных репликах этой молекулы действительно полуконсервативно следовательно, аутокаталитическая функция фаговой ДНК и синтез генетического вещества для потомства протекают в соответствии с механизмом репликации, предсказанным Уотсоном и Криком. [c.269]

Изложенные данные о структуре, составе и внутриклеточном размножении Т-четных фагов распространяются на многие другие типы фагов, которые заражают не только Е. oll, но и другие виды бактерий. Несмотря на то что эти типы фагов могут довольно значительно отличаться некоторыми деталями структуры (одни фаги имеют отросток меньших размеров и более просто устроенный, чем у Т-четных фагов, другие имеют цилиндрические или сферические головки в отличие от многогранных головок Т-четных фагов, третьи содержат в ДНК цитозин вместо гликозилировапного ОМЦ Т-четных фагов), все они имеют двухцепочечную молекулу ДНК, содержащую от 10 до 3-10 пар нуклеотидов. Молекула ДНК всегда инъецируется в бактериальную клетку, где происходит ее репликация по механизму, постулированному Уотсоном и Криком, для обеспечения генетическим материалом сотен частиц потомства фага. [c.273]

Доказан предсказанный Уотсоном и Криком механизм репликации двойной спирали ДНК и обнаружен фермент ДНК-полимераза (ДНК ДНК копирование М. Мезель-сон, Ф. Сталь, А. Корнберг) [c.39]

После установления химической природы наследственного материала проблема самовоспроизведения (репликации) хромосом, а точнее — генотипа превратилась в проблему репликации ДНК. Первостепенное значение для решения этой проблемы имела разработка модели строения ДНК Ф. Криком и Дж. Уотсоном в 1953 г. Структура двойной спирали позволяла представить простой механизм репликации ДНК двойная спираль сначала раскручивается, цепи расходятся, а затем каждая одноцепочечная половина молекулы ДНК достраивается до целой, двухцепочечной молеьсулы [c.119]

Исторически М, б. сформировалась в ходе развития направлений биохи.ши, изучающих биополимеры. В то время как биохимия исследует гл. обр. обмен веществ и биоэнергетику, М. б, уделяет главное внимание изучению способа хранения наследств, информации, механизма ее передачи дочерним клеткам и реализации этой информащш. М.6.-пограничная наука, возникшая на границе биохимии, био-органической химии, биофизики, орг. химии, щггологии и генетики. Формальной датой возникновения М, б. считают 1953, когда Дж, Уотсон и Ф. Крик установили структуру ДНК и высказали подтвердившееся позже предположение о механизме ее репликации (удвоении), лежащем в основе наследственности. Таким образом были увязаны ф-ции этого биополимера (тот факт, что ДНК-фактор наследствен- [c.109]

Репликация ДНК. У бактерий, так же как и у высших организмов, носителем генетической информации служит ДНК. Рассматривая структуру клетки, мы уже говорили о том, что бактериальная ДНК представляет собой двойную спираль, замкнутую в кольцо. Сразу же возникает вопрос как сохраняется наследственная информация при росте и размножении клеток Перед их делением происходит идентичная редупликация, или репликация, генов. Этот процесс можно удовлетворительно объяснить, исходя из модели структуры ДНК, предложенной Уотсоном и Криком, и из механизма удвоения ДНК, теперь уже известного (см. с. 36). Две цепи двойной спирали ДНК комплементарны друг другу. На каждой цепи из структурных элементов ДНК-дезоксирибонукле-озидтрифосфатов-синтезируется новая цепь при этом с каждым из оснований спаривается комплементарное ему основание, так что каждая из двух новых цепей опять-таки будет комплементарна родительской цепи. Обе новые двойные спирали состоят из одной родительской и одной вновь синтезированной цепи. Эта точная репликация ДНК гарантирует сохранение генетической информации. [c.435]

За последнее десятилетие генетика претерпела быструю эволюцию. Составной частью методов генетики микроорганизмов стали значительно усовершенствованные методы биохимии и биофизики. Генетические исследования физической природы генов были ускорены появлением работы Уотсона и Крика о репликации первичной генетической информации. В свете этих достижений термин ген в настоящее время редко используется без расшифровки. В микробиологической генетике ему, по сути дела, нет адекватного значения. Для обозначения соответствующего понятия у микроорганизмов появились новые термины с более точным значением, например рекон (Бензер [1]). Представление о половом размножении как единственном методе генетической рекомбинации претерпело изменение и включило альтернативные механизмы, например трансформацию, конъюгацию у бактерий, парасексуализм в грибах и др. (Понтекорво [2]). Разрабатываются методы изучения последовательности пар оснований в нуклеиновых кислотах и механизма кодирования, управляющего последовательностью аминокислот в белках приближается решение и многих других фундаментальных проблем генетики. [c.140]

Теперь мы уже вполне подготовлены к тому, чтобы приступить к вопросу, поставленному в гл. VU, а именно к вопросу о молекулярном механизме возникновения тех изменений в последовательности нуклеотидов ДНК, которые приводят к мутациям. Действительно, исследование характера возникновения мутаций Т-четных фагов с использованием методов генетического анализа с высоким разрешением дает большие возможности для проникновения в природу мутационного процесса. Использование фагов имеет еще одно важное преимущество по сравнению с ис-лользованием бактерий. Мутации фаговой ДНК можно изучать как в том случае, когда она находится в состоянии покоя вне клетки в составе инфекционной фаговой частицы, так и когда она находится в реплицирующемся, внутриклеточном, вегетативном состоянии. Уже самые первые исследования Херши и Лурия показали, что частота спонтанных мутаций в покоящейся ДНК очень мала — столь мала, что в течение многих лет считалось (как потом оказалось, ошибочно), что внеклеточные фаговые частицы вообще не мутируют месяцами и даже годами. Таким образом, новые мутации появляются в основном во время вегетативного размножения фага в клетке-хозяине. Рассмотрим следующий пример. Культуру Е. oli заражают препаратом фага Т2/- с титром 10 частица/мл. Фагу дают размножиться в течение нескольких циклов, пока все бактерии в культуре не подвергнутся лизису, а титр фага не достигнет величины 10 частица/мл. Оказывается при этом, что с каждым циклом размножения доля г-мутантов во всей популяции фагов увеличивается (примерно с 10" в начале до 10 в конце). Следовательно, мутанты фага возникают в результате ошибок копирования при внутриклеточной репликации его генетического материала. Репликация ДНК родительского фага является очень точным процессом. И все же при репликации иногда происходит ошибка, порождающая в одной из вегетативных реплик изменение последовательности нуклеотидов, или мутацию. Мутантная реплика генетического материала включается затем при созревании в инфекционную фаговую частицу, которая в свою очередь заражает новую бактериальную клетку. В этой клетке очень точно копируется уже измененная информация, содержащаяся в мутантной частице поэтому все потомство такой частицы оказывается тоже мутантным. Поскольку репликация ДНК вегетативного фага происходит в соответствии с постулированным Уотсоном и Криком полуконсервативным механизмом, размножение фагового генома можно рассматривать как процесс бинарного деления и с точки зрения статистического анализа совершенно аналогичным процессу размножения генома бактерий. Следовательно, уравнение, связывающее долю мутантных особей п среди общего числа N потомков одного исходного родителя, возникших после g генераций, с частотой мутаций а [c.315]

Если элементарное мутационное событие представляет собой [включение неправильного нуклеотида в определенный участок синтезируе-мой полинуклеотидной реплики и если ДНК вегетативного фага реплицируется в соответствии с полуконсервативным механизмом Уотсона и Крика, то мы можем предсказать такую особенность вновь рождаюш егося мутантного генома, которую без знания молекулярной основы процесса мутирования вообще невозможно было бы предвидеть. Предположим, что во время синтеза цепи-реплики происходит одна из редких ошибок копирования, например остаток тимина в родительской цепи незаконно спаривается с гуанином, а не с аденином. В результате этого мутагенного акта репликации возникает двойная спираль с исходной ин-формацией в старой (родительской) цепи и мутантной информацией в цепи, синтезированной заново (фиг. 160). При следующем цикле репликации комплементарные нити этой мутантной молекулы вновь разъединяются и каждая из них, функционируя как матрица, синтезирует новую комплементарную цепь. В результате появляется одна двойная спираль ДНК, несущая мутантную информацию в обеих цепях, и одна немутантная двойная спираль. Исходная мутантная молекула ДНК представляет собой, следовательно, гетеродуплексную гетерозиготу, которая несет в одном участке два аллеля — мутантный и немутантный, по которым при следующем цикле репликации происходит расщепление. Можно ожидать, что во время внутриклеточного размножения фага некоторые молекулы ДНК фага с мутацией, возникшей в результате ошибки копирования при последней репликации, будут извлечены из вегетативного фонда фага и войдут в состав зрелых инфекционных частиц. Эти частицы и будут мутационными гетерозиготами. [c.325]

В 1959 г. Д. Пратт сумел показать, что большинство, если не все бромурациловые ревертанты г+, образуемые мутантами гП (которые были индуцированы аналогами оснований), возникают в виде гетерозигот гП/г" , которые позднее расщепляются на гомозиготные ревертанты г" ". Чтобы продемонстрировать это, к бактериям, зараженным мутантным фагом Т4гП, непосредственно перед окончанием скрытого периода внутриклеточного развития фага добавляли бромурацил и первые инфекционные частицы, появившиеся в клетках непосредственно после окончания скрытого периода, высвобождали путем искусственного лизиса клеток. Такая методика постановки опыта гарантировала, что все ревертанты / +, возникшие и извлеченные из фонда предшественников фаговой ДНК во время короткого воздействия мутагена, образовались исключительно в самом последнем цикле репликации. Ошибка копирования, восстановившая у них в соответствующем участке ДНК генетическую информацию дикого типа г+, произошла настолько поздно, что больше и и одного цикла репликации произойти уже не могло (а это значит, что не могло произойти и расщепления на гомозиготные мутантные структуры). Такого рода опыты показали, что свыше 80% всех ревертантов г, возникших в результате кратковременного контакта с бромурацилом, действительно представляет собой мутационные гетерозиготы, несущие как исходный аллель г, так и ревертировавщий к дикому типу аллель г" . Следовательно, в полном соответствии с механизмом Уотсона и Крика и вопреки механизмам, предусматривающим консервативное распределе- [c.325]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология