2) процесс удвоения молекулы ДНК (+)
3) перенос генетической информации с ДНК на РНК
4) фрагментация ДНК
Репликация ДНК — это матричный процесс синтеза дочерних молекул ДНК на основе исходной молекулы, в результате которого генетический материал удваивается перед делением клетки. Она происходит преимущественно в S-фазе клеточного цикла и имеет полуконсервативный характер: каждая дочерняя двойная спираль содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь.
В начале репликации ферментативный комплекс расплетает двойную спираль в области точки начала репликации. ДНК-полимераза достраивает новую цепь в направлении 5′→3′, используя комплементарность оснований; для запуска синтеза необходим короткий РНК-праймер, образуемый праймазой. На ведущей цепи синтез идет непрерывно, а на отстающей — фрагментами Оказаки, которые затем соединяются ДНК-лигазой. Точность процесса обеспечивается механизмами коррекции ошибок и репарации, поскольку нарушения репликации могут приводить к мутациям, хромосомной нестабильности и наследственным заболеваниям.
Удвоение ДНК принципиально отличается от репарации, при которой восстанавливается поврежденный участок уже существующей молекулы, и от транскрипции, обеспечивающей перенос информации с ДНК на РНК. Фрагментация ДНК, напротив, означает ее расщепление и может наблюдаться при апоптозе, действии нуклеаз или повреждающих факторов. Поэтому правильным является определение репликации как процесса образования двух копий исходной молекулы ДНК.
| Процесс | Основной результат | Ключевые ферменты или механизмы | Биологическое значение |
|---|---|---|---|
| Репликация | Удвоение молекулы ДНК с образованием двух дочерних молекул | Хеликаза, праймаза, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза; полуконсервативный синтез | Подготовка генома к митозу или мейозу и передача наследственной информации дочерним клеткам |
| Инициация репликации | Формирование репликационной вилки в области начала репликации | Расплетание двойной спирали, синтез праймера, сборка репликационного комплекса | Определяет начало и контролируемое копирование геномной ДНК |
| Элонгация | Удлинение новых цепей ДНК в направлении 5′→3′ | Непрерывный синтез ведущей цепи и прерывистый синтез отстающей цепи с образованием фрагментов Оказаки | Обеспечивает полное копирование обеих цепей матрицы |
| Репарация ДНК | Удаление поврежденного участка и восстановление структуры молекулы | Эксцизионные, рекомбинационные и другие системы репарации; контроль ошибок спаривания оснований | Поддержание геномной стабильности и предотвращение накопления мутаций |
| Транскрипция | Синтез РНК на матрице ДНК | РНК-полимераза; образование информационной, транспортной или рибосомной РНК | Реализация генетической информации и регуляция экспрессии генов |
| Фрагментация ДНК | Расщепление ДНК на фрагменты без обязательного образования ее копий | Нуклеазы, эндонуклеазы; при апоптозе характерна межнуклеосомная фрагментация | Признак деградации или программируемой гибели клеток, а не нормального удвоения генома |
Репликация у эукариот начинается во множестве участков генома, что позволяет завершить копирование хромосом в течение S-фазы. Концевые участки линейных хромосом поддерживаются теломеразой, предотвращающей постепенную утрату теломер при последовательных циклах деления. Нарушение контроля репликации активирует контрольные точки клеточного цикла и может привести к остановке пролиферации или апоптозу. При дефектах белков репликационного комплекса повышается риск синдромов хромосомной нестабильности и опухолевого роста.