Механизм репликации
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.
- Репликация.
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 молекулы:Последовательность нуклеотидов вновь синтезирующихся цепей определяется правилом комплементарности оснований и последовательностью нуклеотидов имеющейся цепи. Иначе говоря, имеющиеся нуклеотидные цепи служат матрицей для синтеза новых цепей; в результате получаются две двухцепочечные молекулы ДНК, идентичные исходной молекуле.
Такой способ репликации получил название полуконсервативного (в принципе возможен и другой механизм — консервативный, при котором вновь синтезируемая нуклеотидная цепь образуется прямо на двойной спирали ДНК, без ее раскручивания). Полуконсервативный механизм репликации ДНК нашел подтверждение в экспериментах с клетками кишечной палочки. Культуру Е. coli на протяжении нескольких поколений выращивали на среде, содержащей в качестве единственного источника азота 15NH4C1. После этого все вещества клеток Е. coli, в которые входит азот, содержали не обычный изотоп азота 14N, а тяжелый 15N. ДНК с 15N имеет большую плотность, чем ДНК с 14N, и это можно обнаружить методом центрифугирования (рис. 4.3). Если культуру, содержащую 151Ч-ДНК, пересеять на среду с немеченым азотом (14NH4C1), то ДНК клеток первого поколения имеет плотность, промежуточную между плотностями 15№ДНК и 14№ДНК; в клетках второго поколения обнаруживается два типа ДНК: с промежуточной плотностью и легкая (141Ч-ДНК). Эти результаты легко объясняются, если исходить из полуконсервативного механизма репликации ДНК (см. рис. 4.3). Позднее было установлено, что в клетках эукариот репликация ДНК происходит также полуконсервативным способом.