2) рибосомах
3) ядре (+)
4) аппарате Гольджи
Репликация — это синтез новой молекулы ДНК на матрице уже существующей ДНК. У эукариот основная часть генетического материала находится в хромосомах, поэтому удвоение ядерной ДНК происходит в ядре, преимущественно в синтетический период клеточного цикла (S-фаза). Процесс имеет полуконсервативный характер: каждая дочерняя молекула ДНК содержит одну исходную и одну вновь синтезированную цепь.
Репликация начинается в участках начала репликации. Геликаза разделяет комплементарные цепи, праймаза формирует короткие РНК-затравки, а ДНК-полимераза присоединяет дезоксирибонуклеотиды в направлении 5′→3′. На ведущей цепи синтез идет непрерывно, на отстающей — фрагментами Оказаки; затем РНК-затравки удаляются, промежутки заполняются ДНК, а лигаза соединяет фрагменты в единую цепь. Точность копирования поддерживается принципом комплементарности и корректорной активностью ДНК-полимераз.
Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи обеспечивают синтез, модификацию и транспорт белков и липидов, но не репликацию ДНК. Рибосомы участвуют в трансляции — синтезе белка по матрице информационной РНК. В клетках человека отдельно существует репликация митохондриальной ДНК, происходящая в митохондриях, однако это не изменяет правильность ответа применительно к ядерному геному.
| Процесс | Основная локализация | Матрица | Основной продукт | Ключевые особенности |
|---|---|---|---|---|
| Репликация ядерной ДНК | Ядро, S-фаза клеточного цикла | Обе цепи исходной ДНК | Две генетически идентичные молекулы ДНК | Полуконсервативный механизм, ведущая и отстающая цепи, фрагменты Оказаки |
| Репликация митохондриальной ДНК | Митохондрии | Митохондриальная ДНК | Копии митохондриального генома | Не зависит строго от S-фазы; обеспечивает наследование митохондриальной генетической информации |
| Транскрипция | Ядро; у эукариот также митохондрии | Одна цепь ДНК | РНК | Осуществляется РНК-полимеразой; образуются информационные, транспортные и рибосомные РНК |
| Трансляция | Рибосомы цитоплазмы или шероховатого ЭПР | Информационная РНК | Полипептидная цепь | Аминокислоты соединяются в соответствии с кодонами мРНК |
| Репарация ДНК | Преимущественно ядро | Поврежденный участок ДНК и неповрежденная комплементарная цепь | Восстановленная последовательность ДНК | Удаление повреждения, достраивание участка и лигирование; поддерживает стабильность генома |
| Посттрансляционная модификация белков | Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи | Синтезированный полипептид | Функционально зрелый белок | Сворачивание, гликозилирование, протеолитическое созревание и сортировка |
Для клеток человека локализация репликации в ядре связана с необходимостью удвоения хромосом перед митозом или мейозом. Нарушения репликационного аппарата приводят к мутациям, хромосомной нестабильности и могут способствовать развитию опухолевого процесса. В судебно-медицинской практике понимание этого механизма важно при интерпретации генетических исследований, поскольку анализ ДНК основан на идентичности и стабильности последовательностей генома. Исключение составляют митохондриальные генетические маркеры, копирование которых происходит вне ядра.