Читаем учебник “Молекулярная биология” Коничев А.С. Севастьянова Г.А. Глава 7. Репликация ДНК. (Стр. 207).
В предыдущих статьях мы познакомились с самой молекулой ДНК и с органеллами, которые осуществляют сам процесс репликации. В следующих статьях будет более подробно рассказано об этом процессе.
“Молекула ДНК, способная к автономной репликации, получила название репликона. Репликон содержит все необходимые гены и регуляторные последовательности, которые обеспечивают регулируемое удвоение его ДНК”. (Стр. 215).
Как видите, все управление процессом репликации заложено в самой ДНК (репликоне). Молекула не только содержит информацию о белках организма, но и управляет самовоспроизведением, регулирует процесс удвоения. Она указывает какой органелле когда, что, как и где делать. В какой последовательности выполнять те или иные операции. Управляет синтезом органелл, подчиненных ей. Вот первые ответы на вопросы что и как:
Кольцевые ДНК присущи более примитивным организмам. В частности, репликации ДНК Е. соli в учебнике описывается со страницы 216 по страницу 225 включительно. Я пропущу этот материал и перейду к чтению пункта “Репликация хромосом у эукариот”.
В статьях “ДНК-полимераза” и “ДНК-праймаза” вкратце рассказано об этих органеллах, а в указанном пункте изложено более полное устройство и функционирование этих органелл.
Оказывается, ДНК-полимераза – это собирательное название целого ряда ДНК-полимераз, выполняющих различные функции во время репликации. Все эти полимеразы приведены в таблице 19 “Белки, входящие в состав репликативного комплекса эукариотических организмов” на страницах 226-227. В таблице 15 белков, о которых мы и поговорим.
1. ДНК-полимераза: (альфа), состоящая из 4-х субъединиц в кДа (160-185, 67-70, 54-58 – это ДНК-полимераза и 46-50 – это праймаза). Эта полимераза выполняет такие функции: а) синтез праймеров на обеих цепях ДНК; б) осуществляет транспорт ДНК-полимеразы в клеточное ядро; в) связывание пуринового нуклеотида, присоединение праймазы к ДНК-полимеразе.
Вот эти выделенные курсивом фразы взяты из указанной таблицы. О функции а) говорилось в вышеуказанных статьях. А как можно понимать транспорт?
Получается, что ДНК-полимераза сама себя транспортирует в ядро. Значит, где-то находится ДНК-полимераза, не понятно в собранном виде с праймазой или пока они существуют порознь, затем она начинает свой путь к ядру. Возможно, она движется в клеточном растворе, как рыба в воде. Или ее движет гидролиз АТФ, как считают ученые. Потом она должна найти какое-то отверстие в ядре и проникнуть внутрь ядра. Не знаю, есть ли соответствующие отверстия в ядре.
Как следует из приведенного выше рисунка репликационных точек может быть много. Если считать, что в человеческой ДНК около 3 миллиардов нуклеотидов, то при миллионе нуклеотидов в одном репликаторе, для репликации требуется около 3000 ДНК-полимераз на одной ветви и столько же на другой. Но если каждая ДНК-полимераза будет использоваться несколько раз, то естественно их нужно меньше.
Все равно их должно быть не меньше числа репликативных вилок. Интересно, как они проходят в ядро по очереди, или существует несколько проходов в ядре?
Хорошо проникла или проникли в ядро эти ДНК-полимеразы. Что дальше? Cвязывание пуринового нуклеотида, присоединение праймазы к ДНК-полимеразе? Стало быть, в ядро ДНК-полимераза и ДНК-праймаза проникали по отдельности. А с чем связывается пуриновый нуклеотид? Авторы пишут:
“На богатых пиримидином участках матрицы праймаза комплекса синтезирует РНК-затравки длиной примерно 10 нуклеотидов, которые затем элонгируются ДНК-полимеразой без диссоциации комплекса от матрицы”. (Стр. 228).
Вот дело дошло до урожая. Что же это за богатые пиримидиновые участки? То есть участки богатые тимином и цитозином. Как праймаза их определяет? У них должна быть какая-то определенная последовательность или последовательность не играет никакой роли? Может не обязательно иметь на богатом участке 5 нуклеотидов с тимином и 5 нуклеотидов с цитозином? Может быть пусть будет 10 нуклеотидов с тимином или цитозином и это будет богатый участок. Как же работает этот комплекс?
Предположим праймаза определила участок богатый пиримидинами. Вот как на рисунке. Я нарисовал не 10 нуклеотидов, а 7. На них строятся комплементарные нуклеотиды, но не с дезоксирибозой, а с рибозой. Получается праймер или РНК-затравка. Это все сделала ДНК-праймаза. Дальше в работу вступает ДНК-полимераза и достраивает нуклеотиды на матрице.
По-видимому, если бы богатый пиримидинами участок содержал не 10 нуклеотидов, а 20 или более нуклеотидов, то праймеров строилось бы два и получились бы две репликационные вилки, движущиеся в противоположных направлениях. После встречи противоположных репликационных вилок ДНК-полимераза прекращает синтез ДНК.
А теперь включите воображение и представьте – возможно ли все это в природе. Еще раз напомню: длина ДНК достигает 2 метров, она разбита на 46 частей, называемых хромосомами, длина которых примерно 4 сантиметра; размер ядра, в которых хранятся эти хромосомы, равен 1-5 мкм. Как вместить эти 4 см в 1-5 мкм? Только обвивая эти 4 см вокруг белков гистонов. Получается катушка или несколько катушек.
Ну и как ДНК-праймаза будет искать этот богатый пиримидинами участок? Его не сможет найти ни человек, никакой механизм. А уж как может эта праймаза притащить в ядро из бульона нуклеотиды для РНК-затравки и вовсе не понятно.
Но эта ДНК-полимераза: (альфа) оказывается не всесильной. Ей в помощь придаются еще другие белки.
2. Белок RFC (репликативный фактор С), называемый ДНК-зависимой АТРазой, которая отвечает за обеспечение связывания затравки с матрицей; стимулирование ДНК- полимеразы.
Был ли этот белок в ядре изначально или он прибыл, как ДНК-праймаза и ДНК-полимераза, отдельно – не известно. Главное, что он связал не понятно, что и не понятно с чем. Если праймер над строился, как показано на рисунке, то не понятно с чем его связывать. Ведь ДНК-полимераза еще не вступала в дело и цепочки достраиваемых нуклеотидов пока не существует. Если же праймер строился на месте богатого пиримидинами участка, и затем был присоединен к матрице, то такое может быть, но после того, как праймер будет удален, будет потеряна часть ДНК, равная длине праймера. Репликативных вилок может быть много и ДНК может сильно сократится, особенно после нескольких циклов деления. В этом случае можно кричать: “Ура-а-а – да ведь это и есть процесс старения”. Но не тут, то было. Через несколько поколений вымрет все человечество. ДНК, передаваясь из поколения в поколение сократится так, что от нее ничего не останется.
В общем со связыванием не все понятно. Можно, конечно, допустить, что именно связывание и является стимулом для начала работы ДНК-полимеразы, а не что-то другое. А что может быть другое? Премия, кусочек сахара, отгул, горящая путевка или что?
3. К белкам относится и Т-антиген, который называется хеликаза, и отвечает он за раскручивание двойной спирали ДНК в репликативной вилке.
Тоже не понятно, была она в ядре или просочилась в него раньше других операторов.
Как обычно и хеликаза сама работать не может, поэтому ей в придачу даются топоизомеразы.
4. Топоизомераза I. Ее функция: релаксация как положительных, так и отрицательных сверхвитков ДНК.
5. Топоизомераза II. Ее функция более узкая: релаксация положительных сверхвитков.
Откуда появились эти топоизомеразы, как и все другое, неизвестно и были ли они изначально в ядре, то же покрыто мраком.
Ну и еще о нескольких белках.
6. Белок FEN1 или MF1 (фактор созревания), называемый эндонуклеаза, который удаляет РНК-затравку.
7. Белок РНКаза Н1 тоже называется эндонуклеаза и тоже удаляет РНК-затравку.
Естественно, что никакой лауреат нобелевской премии по биологии вам никогда ничего большего об этих белках не расскажет. О остальных белках, приведенных в таблице, желающие могут познакомиться сами.
Я в эти ученые изыски не могу поверить, пусть даже будут они сказан трижды лауреатами. Скажите зачем этим всем –азам лезть в ядро? Что они там построят две ДНК? Как мы видели выше, даже одной ДНК в ядре развернуться сложно – просто нет места. А что будет там происходить с двумя молекулами? Не верно все это.
На самом деле все происходит примерно так. Естественно, что это моя модель и мне думается, что она ближе к событиям происходящими в клетке.
Как писал я в предыдущих статьях процесс репликации начинается с подачи на молекулу определенной тепловой энергии в виде фотонов. Это условие необходимое. Без этого не произрастают семена растений, не появляются зародыши в икринках, да и во всех остальных половых клетках. Репликация не может происходить сама по себе, отдельно от клетки. Она как раз и служит для того, чтобы из одной клетки получить две клетки, одинаковые и тождественные начальной клетке. По этой причине две полученные реплики следует развести местами и затем достроить вокруг этих молекул новый клетки. В все это происходит в фазе митоза.
Разборку ДНК производят, так называемые клеточные центры. В клетке их два и расположены они в противоположных местах клетки. Эти клеточные центры растаскивают синтезированные молекулы в разные стороны. Ясно что этому не должно мешать ядро, в котором хранилась исходная ДНК.
Логичнее всего предположить, что при репликации оболочка ядра распадается прежде всего и это открывает доступ всех элементов к реплицируемой молекуле. Можно считать, что в растворении или таянии оболочки ядра так же участвуют определенные тепловые фотоны. Несомненно, эти фотоны перемешиваются с различными другими фотонами, которые генерируются различными митохондриями, катализаторами, ферментами и тому подобное.
Под воздействием этого энергетического потока ДНК разрывается не только по линии комплементарных соединений, но и сахар-фосфатным связям. Очевидно, что эти связи не разрываются внутри работающих генов. Если бы такие разрывы были возможны, то возможна была бы потеря генной информации. По каким признакам разрываются эти связи между генами, а не по генам, сказать пока невозможно.
Эти фрагменты ДНК и пытаются растащить клеточные центры при помощи микротрубочек. Современная наука данное растаскивание представляет в виде механических взаимодействий. Ученый Фазоил Атуаллаханов читает по этому поводу лекции в МГУ. Как это происходит рассказано в статье “Полчаса митоза”.
В самом деле никакого близкого взаимодействия между микротрубочками и молекулой нет. С квантовой точки зрения распадающиеся микротрубочки (они построены из тубулина двух видов) создают гравитационный потенциал (тягу в виде веретена деления) вокруг фрагментов молекулы.
Похоже, что резонансными для этого поля являются некоторые электроны гистонов, которые были синтезированы и/или синтезируются во время репликации. Это те белки, которые современная наука называет связанными белками. Действительно такие белки есть и это гистоны. Они и создают признаки для сортировки новых ДНК по клеточным центрам.