Корректировка ДНК репликации

Стандартный подход к эволюционному изменению (то есть такой модификации, которая закрепляется на видовом уровне, в череде поколений) — случайное изменение ДНК: неизбежные ошибки при удвоении ДНК или физические и химические повреждения молекулы (например, вызванные облучением или химическими препаратами). Именно такие случайные и в то же время незначительные изменения, накапливаясь с течением времени (∝ миллионы лет), приводят к последовательному усложнению биологической организации материи — важное предположение Ч. Дарвина, опровергни кто которое, как мы видели во Введении, и он сам бы посчитал свою теорию несостоятельной. Помимо случайности (нео-дарвинистское дополнение) и незначительности (оригинальное предположение), условиями эволюционного изменения по Дарвину также были многочисленность и последовательность.

---

Активные процессы в клетке, обеспечивающие точность воспроизведения молекулы ДНК (те процессы, которые корректируют ошибки воспроизведения и повреждения молекулы), также ответственны за техническую поддержку главной информационной компоненты клетки во время нормального ее функционирования и роста. Именно это часто упускается из виду. Сама корректировочная машинерия воспринимается как данность, без должного осознания важности ее предназначения — как показывают последние пятьдесят лет активного исследования, редактирование и восстановление ДНК имеют две важные функции: сохранение в периоды благоприятного роста и активное реформирование во времена стресса.

Более конкретно в числах: клетки кишечной палочки E. coli удваивают свою ДНК чрезвычайно точно и быстро (менее одной ошибки на каждый миллиард, 1 000 000 000, нововстроенных нуклеотидов). Полное удвоение генома, а это 40 МБ, происходит за 40 минут, то есть около 2 000 нуклеотидов в секунду. Высокая точность достигается мониторингом встроенных нуклеотидов и, если понадобится, их корректировкой постфактум. Сама ДНК-полимераза, которая осуществляет встраивание нуклеотидов новой растущей цепи ДНК имеют внутреннюю точность около одной ошибки на 100 000 нуклеотидов. Хотя это и внушительно само по себе и превосходит многие человеком созданные производства, все-таки ДНК-полимераза по крайней мере на четыре порядка менее точна, нежели результирующий репликационный процесс.

---

Словарь

ДНК репликация — процесс удвоения двуцепочечной молекулы ДНК, в результате которого появляются две молекулы ДНК.

Нуклеотид — базовый элемент нуклеиновых кислот (полимер), состоящий из азотистого основания, присоединенного к рибозе или дезоксирибозе (сахар), которая, в свою очередь, присоединена к фосфатной группе.

ДНК-полимераза — фермент, обеспечивающий полимеризацию (собирание цепи из однородных составных блоков) молекулы ДНК из разрозненных нуклеотидов.

Литература

Cooper, S. and Helmstetter, C.E. Chromosome replication and the division cycle of Escherichia coli B/r. J Mol Biol 31, 519–40 (1968).

Kunkel, T.A. and Bebenek, K. DNA replication fidelity. Annu Rev Biochem 69, 497–529 (2000).