7. Каково значение митохондриальной днк человека?

Митохондриальная ДНК (мтДНК) — ДНК, находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях, органоидах эукариотических клеток.

Гены, закодированные в митохондриальной ДНК, относятся к группе плазмагенов, расположенных вне ядра (вне хромосомы). Совокупность этих факторов наследственности, сосредоточенных в цитоплазме клетки, составляет плазмон данного вида организмов (в отличие от генома).

8. Что представляют собой плазмиды?

Плазми́ды — небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. Как правило, плазмиды встречаются у бактерий и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы, но изредка плазмиды встречаются также у архей и эукариот.

В природе плазмиды обычно содержат гены, повышающие устойчивость бактерии к неблагоприятным внешним факторам (в т. ч. устойчивость к антибиотикам), нередко они могут передаваться от одной бактерии к другой (иногда даже к бактерии другого вида) и, таким образом, служат средством горизонтального переноса генов.

Попадание плазмиды в клетку может осуществляться двумя путями: либо при непосредственном контакте клетки-хозяина с другой клеткой в процессе конъюгации, либо путём трансформации, то есть искусственное введение в клетку плазмиды, которому предшествует изменение экспрессии определённого гена клетки-хозяина (приобретение клеткой компетентности).

Искусственные плазмиды используются как векторы в клонировании ДНК, причём благодаря их способности к репликации обеспечивается возможность репликации рекомбинантной ДНК в клетке-хозяине.

Размер плазмид варьирует от 1 до свыше 1000 тысяч пар оснований[1]. Количество идентичных плазмид в пределах одной клетки изменяется от одной до тысяч в зависимости от дополнительных обстоятельств. Плазмиды можно считать частью мобилома, поскольку они часто передаются при конъюгации — механизме горизонтального переноса генов.

9. Какова роль ферментов в репликации днк?

Как уже отмечалось, принцип комплементарности, заложенный в структуре двойной спирали ДНК, определяет возможность самокопирования генетического мате­риала. Как и большинство других биологических процес­сов, репликация ДНК обеспечивается координированной работой ряда ферментов. Важнейшие из них:

ДНК-топоизомеразы, обеспечивающие локальное рас­плетание ДНК, необходимое для инициации ее репликации и образования одиночных цепей, служащих матрицами для вновь синтезируемых дочерних молекул. Расплетенная замкнутая кольцевая молекула под действием фермента ДНК-гиразы образует сверхскрученную форму с большим запасом свободной энергии, расходуемой затем в ходе репликации;

ДНК-полимеразы, катализирующие добавление нуклеотидов к 3'ОН концу цепи ДНК;

ДНК-лигазы, сшивающие сахарофосфатный каркас молекулы.

Для того чтобы объяснить, каким образом может само­копироваться, или редуплицироваться, такая стабильная и замкнутая на себя структура, как двойная спираль ДНК, Уотсон и Крик предположили, что ее цепи способны к ра­скручиванию и последующему частичному разделению вследствие разрыва водородных связей в каждой компле­ментарной паре оснований. Образовавшиеся одноцепочечные участки родительской молекулы могут служить матрицей, к которой на основе комплементарности основа­ний присоединяются соответствующие нуклеотиды. Эти нуклеотиды скрепляются между собой фосфодиэфирными связями с образованием новой цепи, комплементарной родительской. Так как этот процесс происходит на каж­дой разделившейся цепи исходной молекулы, то в резуль­тате образуются две двухцепочечные структуры, идентичные родительской ДНК. Такой способ репликации получил название полуконсервативного, поскольку в каждой из вновь образовавшихся молекул одна цепь является ста­рой (родительской), а другая — вновь синтезированной (дочерней). Этот механизм обеспечивает возможность такого распределения ДНК между делящимися клетками, при котором каждая дочерняя клетка получает гибридную двухцепочечную молекулу ДНК, состоящую из родительской и вновь синтезированной цепей. Первые данные в пользу гипотезы полуконсерватив­ного механизма синтеза ДНК были получены Дж.Тэйлором с соавторами (1957) цитологическим методом при изучении репликации хромосом конских бобов (Vicia faba). Экспериментально эта гипотеза была доказана с помощью физико-химических методов М.Мезельсоном и Ф.Сталем (1958). Сущность их опыта состояла в следующем. Бактерии (Е. coli) на протяжении многих генераций вы­ращивали в среде, содержащей в качестве источника азота только его тяжелый изотоп 15N. Эта метка включалась в азотсодержащие пуриновые и пиримидиновые основания в ДНК, вследствие чего ДНК в клетках, выращенных в сре­де с |5N, имела большую молекулярную массу на единицу объема (т.е. большую плотность), чем ДНК в клетках, выращенных в обычных условиях, в присутствии легкого изотопа 14N. Поэтому если клетки после длительного выращивания на среде с 15N отмывали и переносили на время, равное одной, двум и т.д. генерациям, в среду с 14N вме­сто 15N, то это должно было привести к появлению моле­кул ДНК с меньшей плотностью.

По прошествии одной генерации после переноса из среды с 15N в среду с 14N в клетках появилась гибридная по плотности ДНК, у которой одна цепь была «тяжелой», а другая — «легкой». Если ДНК выделяли из клетки че­рез две генерации после такого переноса, то «гибридная» ДНК составляла лишь половину всей ДНК. В следующем поколении эта «легкая» фракция увеличивалась и составляла 75 % тотальной ДНК. Такое изменение можно объяснить только с позиций представления о полуконсервативном способе репликации ДНК.

Сделанный Мезельсоном и Сталем вывод был пол­ностью подтвержден и для других объектов, включая животных и высшие растения. Вместе с тем оставалось не­ясным, в каком направлении происходит репликация ДНК и какие ферменты обеспечивают этот процесс. Ответ на первый вопрос удалось получить Дж.Кэрнсу (1963) в опытах на Е. сoli. Результаты опытов показали, что раскручивание двух комплементарных цепей родительской ДНК и их полуконсервативная репликация происходят практически одновременно и начинаются в общей точке начала репликации, обозначаемой как локус ori (от англ. origin — начало). Последующий анализ результатов опы­та Кэрнса и данные других экспериментов, нацеленных на изучение механизма репликации ДНК у различных бактерий, фагов, плазмид, показали, что в большинстве случаев она происходит двунаправленно и начинается, как правило, от одного уникального локуса ori. В этом месте в одной из цепей ДНК разрывается фосфодиэфирная связь, обеспечивающая последующее раскручивание дуплекса и образование особых структур — репликативных вилок, движущихся в противоположных направлениях по кольцевой ДНК. Следует, однако, отметить, что в ДНК эукариот, как правило, обнаруживается не один, а множество локусов ori, что, по-видимому, слу­жит необходимым условием для того, чтобы громадные молекулы ДНК в хромосомах эукариот успели полностью отреплицироваться за время одного клеточного цикла.