Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 27. ПОДВОЄННЯ ДНК. РЕПАРАЦІЯ ПОШКОДЖЕНЬ ДНК

ДНК - це найдивовижніша й найзагадковіша із усіх органічних сполук.

Дитяча енциклопедія

Основні поняття й ключові терміни: РЕПЛІКАЦІЯ ДНК. РЕПАРАЦІЯ ДНК.

Поміркуйте!

25 квітня в різних країнах світу відзначають незвичайне свято - Міжнародний день ДНК. Ця дата обрана в пам’ять про те, що цього дня 1953 р. в журналі Nature Джеймс Уотсон і Френсіс Крік спільно з Морісом Вілкінсом і Розалінд Франклін опублікували результати дослідження структури молекули ДНК. Які властивості ДНК є основою такої шани?

ЗМІСТ

Як відбувається самоподвоєння ДНК?

Однією з унікальних й неповторних властивостей молекул ДНК є їхня здатність до самоподвоєння (реплікації). З однієї материнської ДНК утворюється дві дочірні молекули ДНК. Цей процес відбувається в ядрі (або нуклеоїді) клітин перед їхнім поділом і забезпечує передачу генетичної інформації з покоління в покоління.

Механізм реплікації в організмів різних класів дещо різниться, проте його основа однакова для всіх. Головними принципами реплікації є:

■ комплементарність - до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А = Т, а Г = Ц;

■ напівконсервативність - кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий - синтезується знуклеотидів;

■ антипаралельність - на одному ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на іншому - в протилежному.

Реплікація - складний багатоетапний процес, в якому беруть участь багато ферментів (іл. 68). Процес починається з того, що певні ферменти розкручують спіральну молекулу ДНК, після чого до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знову згорнутись. Інші ферменти розщеплюють ДНК на два окремі ланцюги з утворенням реплікаційної вилки. Далі до кожного з материнських ланцюгів приєднуються ДНК-полімерази, що каталізують утворення нових дочірніх ланцюгів.

Іл. 68. Схема реплікації молекули ДНК

Ці ферменти здатні також виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти комплементарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, інший ланцюг будується в протилежному напрямку і короткими фрагментами. Після завершення реплікації з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які скручуються у подвійну спіраль.

Отже, РЕПЛІКАЦІЯ ДНК (від лат. rерlісаtio - повторення) - процес самоподвоєння ДНК, що забезпечує копіювання спадкової інформації і передачу її з покоління в покоління.

Яке значення репарації ДНК?

РЕПАРАЦІЯ ДНК - сукупність процесів, за допомогою яких клітина знаходить і виправляє пошкодження молекул ДНК. Процес репарації ДНК можливий тому, що генетична інформація ДНК існує у двох копіях - по одній в кожному з двох ланцюгів ДНК. Через це випадкове пошкодження в одному з ланцюгів може бути видалене, і ушкоджена ділянка ланцюга буде відновлена за рахунок інформації іншого ланцюга.

Пошкодження ДНК у клітинах можуть виникати під дією різних чинників. Деякі з них є зовнішніми: ультрафіолетові та радіоактивні промені, температура, хімічні сполуки та ін.

Але більш суттєвою є дія внутрішніх чинників.

Це, по-перше, метаболізм клітини, в ході якого виникають вільні радикали, гідроген пероксид, вільний кисень тощо. По-друге, вода, що постійно гідролізує ДНК. І нарешті, помилки ферментів ДНК-полімераз (іл. 70).

Існує декілька видів репарації. Найпростіший із них - це світлова репарація, що здійснюється ферментом (ДНК-фотоліазою) і відновлює пошкоджені зв’язки між нуклеотидами.

Основним видом репарації є вирізальна репарація, яка запускає процес видалення пошкоджених одноланцюгових ділянок ДНК з 10 - 30 нуклеотидів і відновлення нормальної структури молекули. У випадку сильного пошкодження ДНК (утворення дволанцюжкових розривів, великих одноланцюжкових провалів, міжланцюжкового зшивання) відбувається рекомбінаційна репарація, за якої фрагмент ДНК видаляється, і в цьому місці синтезується новий фрагмент.

Механізми репарації контролюються генами.

Так, у кишкової палички за виправлення пошкоджень відповідають близько 50 генів. Чим складнішою є клітина, тим більша кількість структурних й регуляторних генів беруть участь у репарації.

Іл. 69. Лауреати Нобелівської премії з хімії (2015) за відкриття репарації: 1 - Т. Ліндаль; 2 - П. Модріч; 3 - А. Санджар

Іл. 70. Пошкоджені хромосоми

Пошкодження цих генів можуть спричиняти мутації, провокувати загибель клітин або призводити до їхнього злоякісного переродження. Науковці вважають, що порушення репарації на рівні організму призводить до дефектів розвитку, старіння й канцерогенезу (80 - 90 % усіх ракових захворювань пов’язані з порушенням репарації). Ефективність репарації ДНК залежить від багатьох чинників, зокрема типу клітини, її віку та оточення.

Отже, репарація ДНК спрямована на підтримання генетичної стабільності клітин.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

За допомогою таблиці й ілюстрацій порівняйте транскрипцію й реплікацію в клітинах еукаріотів. Зробіть висновок про подібність та відмінності між ними.

Ознака

Транскрипція

Реплікація

Місце проходження

Що є матрицею для процесів?

Які молекули утворюються в результаті?

З яких молекул-мономерів утворюються?

Які ферменти каталізують?

Значення для клітин

Розв'язування вправ

1. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ, яка має утворитися в процесі реплікації молекули ДНК на основі ланцюга - АЦТ ТТГ ГАТ ГАТ ТТТ АЦТ ГТГ:

а) ТГА ААЦ ЦТА ААА ТГА ЦАЦ;

б) ТАА ТАА ТАА ТАА ААА ААА ТАГ;

в) ТАЦ АЦГ ЦТЦ АТГ ГТА ЦЦТ ТГЦ;

г) ТТТ ТТТ ТАТ АЦА ЦАЦ ЦГЦ ТАА;

д) ТГА ТЦГ ГГГ ЦЦГ ЦТА ААА.

2. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ іРНК, яка утвориться внаслідок процесу транскрипції з молекули ДНК такої будови - АТГ ТГЦ ГАГ ТАЦ ЦАТ ГГА АЦГ:

а) УАЦ АЦГ ЦУЦ АУГ ГУА ЦЦУ УГЦ;

б) УУУ УУУ УАУ АЦА ЦАЦ ЦГЦ УАА;

в) УГА УЦГ ГГГ ЦЦГ ЦУА ААА УГА;

г) УГА ААЦ ЦУА ЦУА ААА УГА ЦАЦ;

д) УАА УАА УАА УАА УАА ААА ААА УАГ.

3. За допомогою таблиці генетичного коду (с. 112) визначте амінокислотний склад пептиду, що утворюється внаслідок трансляції

на основі фрагмента іРНК такого нуклеотидного складу - УУУ ЦЦА ГГУ АГЦ:

а) Фен-Про-Глі-Сер;

б) Сер-Ала-Цис-Вал;

в) Фен-Трп-Тре;

г) Тир-Про;

д) Вал-Вал-Глу-Глі.

Біологія + Інформація

Інформаційний сигнал SOS (англ. Save our Souls) сповіщає про біду в системі радіозв’язку, в медицині розробляється SOS-система охорони здоров’я.

У клітинах організмів існує SOS-система, яку відкрив у 1975 р. М. Радман. Ця система вмикається, якщо пошкоджень ДНК стає забагато, що загрожує життю клітини. SOS-система активує групи генів, що зумовлюють захисну клітинну відповідь на ці пошкодження. Які клітинні процеси формують захисну клітинну відповідь?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Здоров'я

Під час метаболізму в клітинах постійно утворюються й знешкоджуються вільні радикали і гідроген пероксид. Накопичення цих сполук призводить до окиснювального стресу й окиснення ліпідів, білків, ДНК, що є причиною багатьох захворювань та старіння.

Шкідливій дії вільних радикалів й гідроген пероксиду протидіють антиоксиданти. Які сполуки належать до антиоксидантів і в яких харчових продуктах їхній вміст є найбільшим? Оцініть свій харчовий раціон на вміст цих сполук.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке реплікація? 2. Назвіть основні принципи реплікації. 3. Наведіть приклади ферментів реплікації. 4. Що таке репарація ДНК? 5. Назвіть чинники, що спричиняють пошкодження ДНК. 6. Які є види репарації?

7 - 9

7. Як відбувається процес самоподвоєння ДНК? 8. Яке значення має репарація ДНК? 9. Які наслідки порушення репарації в організмі?

10 - 12

10. Що спільного й відмінного між транскрипцією і реплікацією?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити