- если поднять руку, кисть продолжает висеть;
- первый и второй пальцы сомкнуты вместе;
- нельзя отвести первый палец;
- кисть и предплечье не разгибаются;
- нарушено сгибание в локтевом суставе;
- нет возможности произвести разгибательные движения в локтевом суставе;
- парестезия пальцев рук.
Если лучевой нерв руки поражен в средней части, то сохраняется функция разгибания предплечья и разгибания локтевого сустава . Даже при присутствии все вышеописанных симптомов нарушения чувствительности нет.
Если имеет место невропатия лучевого нерва в нижней части, то чувствительность сохраняется только частично, становится невозможным разгибание самой кисти и пальцев руки.
Во всех этих ситуациях развивается атрофия мышечной ткани , в основном это касается мышц-разгибателей, находящихся на предплечье, кисти и фалангах пальцев. У таких больных кисть руки просто висит. Страдает и общая чувствительность, в частности, передней части предплечья, тыла кисти. Каких-то серьезных нарушений вегетативной нервной системы не происходит.
Течение патологического процесса
Происходит прогрессивное нарастание симптомов и тяжести неврологических отклонений. Потеря чувствительности и двигательной активности на стороне пораженной конечности. Характерна симметричность поражения. Само по себе течение может протекать по двум видам: непрерывно прогрессирующие или волнообразные приступы обострения и покоя.
Диагностические критерии
Диагноз может быть выставлен врачом после полного осмотра, оценки двигательной активности, оценки сохраненной чувствительности, проверки рефлексов. В арсенале специалистов есть комплекс специальных тестов, на основании которых можно выставить такой диагноз, как нейропатия лучевого нерва.
Для определения глубины поражения используются специальные аппараты.
Принципы лечения заболевания
Лечение проводится, как правило, комплексное. Оно включает в себя следующие группы препаратов: антиоксиданты, улучшающие микроциркуляцию, антихолинэстеразные средства. Также проводят дегидратацию, вводят препараты, содержащие витамины группы В. Дополнительно назначается через 2-3 недели после начала заболевания физиотерапевтическое лечение, ЛФК, иглорефлексотерапия. Подключаются психотерапия, мануальная терапия , гомеопатические препараты.
При поражении такой структуры, как лучевой нерв, лечение требует длительного времени с последующим комплексом восстановительных и реабилитационных мероприятий.
Причины
Это заболевание может развиваться из-за различных причин . Например, одной из самых распространённых является сдавление нерва в тот момент, когда человек спит.
- Вся информация на сайте носит ознакомительный характер и НЕ ЯВЛЯЕТСЯ руководством к действию!
- Поставить ТОЧНЫЙ ДИАГНОЗ Вам может только ВРАЧ!
- Убедительно просим Вас НЕ ЗАНИМАТЬСЯ самолечением, а записаться к специалисту !
- Здоровья Вам и Вашим близким!
Неврит лучевого нерва возникает из-за чрезмерного затекания руки у больного в то время, как он принимает определённую позу и долгое время пребывает в ней. Обычно верхняя конечность располагается либо под головой, либо под телом.
Сон при этом должен быть очень глубоким. Так часто случается, когда спящий либо очень сильно устал, либо находится в состоянии алкогольного опьянения.
Неврит лучевого нерва может развиваться из-за его сдавливания костылем. Это так называемый костыльный паралич.
Заболевание может возникнуть, если костыли были неправильно подобраны по росту или у них отсутствует мягкая подкладка на подмышечной области. Чрезмерное сдавливание лучевого нерва приводит к развитию недуга.
Третей причиной возникновения заболевания являются травмы, например, серьезное повреждение плечевой кости. Также оно может развиваться из-за чрезмерного сдавливания жгутом. В отдельных случаях заболевание возникает при внезапном сокращении нерва.
Травматические случаи развития неврита также включают в себя:
Довольно редко недуг появляется после перенесенных инфекций : грипп, пневмония, сыпной тиф и пр. Стать причиной развития неврита лучевого нерва может интоксикация, например, при отравлении алкоголем.
Основные профилактические мероприятия предусматривают необходимость избегать травмы, переохлаждения и инфекции.
Симптомы неврита лучевого нерва
Проявление недуга будет напрямую зависеть от степени поражения и области локализации повреждения.
Но для любого неврита характерны следующие симптомы:
- нарушение чувствительности (онемение, ощущение покалывания и пр.);
- паралич или частичное снижение силы в мышцах, развитие их атрофии;
- отечность, посинение кожных покровов , сухость кожи и ее истончение, появление язв и т.д.
Прочие симптомы будут зависеть от локализации повреждения.
Так, если поражена подмышечная впадина или верхняя треть плеча, то для заболевания характерны следующие проявления:
- полная или частичная потеря чувствительности;
- больному не под силу разогнуть руку в луче-запястном суставе;
- отсутствие возможности совершать какие-либо движения указательным и средним пальцами.
- нарушение сгибательно-разгибательной функции суставов.
При поражении средней трети плеча у больного выявляются похожие симптомы. Однако пациент способен разгибать предплечье и сохраняется чувствительность задней поверхности плеча.
При этом характерным признаком является «падающая» кисть. К тому же больной не может разогнуть пальцы в пястно-фаланговых суставах.
Диагностика
Предварительный диагноз доктор может поставить на основании жалоб пациента и специфичной клинической картины . Обязательно применяются диагностические тесты, которые помогают оценить уровень повреждённого нерва и степень нарушения.Больной по просьбе доктора выполняет несколько легких упражнений.
Выводы о наличии недуга врач делает, опираясь на следующие характерные признаки:
- вытягивая руки, больной не способен держать ладони параллельно полу, его кисть просто свисает;
- специфичное положение пальцев по отношению друг к другу – большой палец почти прижат к указательному, что не характерно для здоровых людей;
- разгибание и сгибание суставов затруднено;
- нарушение чувствительности, онемение конечностей;
- больной не может одновременно прикоснуться пальцами к тыльной поверхности руки;
- при неврите пациенту не под силу развести пальцы в сторону.
Чтобы подтвердить диагноз больной направляется на электронейромиографию. С помощью этой процедуры ставится окончательный диагноз. Чтобы оценить степень восстановления нерва после прохождения курса терапии больного повторно направляют на электронейромиографию.
Лечение
Лечение неврита лучевого нерва определяется в соответствии с причиной, вызвавшей его развитие. Так, если заболевание появилось из-за инфекций, то больному прописывается антибактериальная терапия , противовирусные и сосудистые препараты.
При травматических невритах пациенту назначают противовоспалительные средства, анальгетики. Лечение начинается с проведения иммобилизации конечности, затем прописывается противоотёчная терапия.
И в том, и в другом случае больному назначают витамины В, С и Е. Это необходимо для того, чтобы восстановить кровообращение.
Медикаментозное лечение неврита лучевого нерва используется в комплексе с дополнительными методами , позволяющими быстрее и эффективнее справляться с недугом.
Так, больному назначаются физиопроцедуры:
- электрофорез;
- фонофорез;
- и т.д.
Их основная цель – возвращение чувствительности, а также увеличение мышечного тонуса. Обычно их назначают не сразу, а в конце первой недели лечения.
Кроме того, применяются следующие процедуры:
В отдельных случаях нейрохирургом проводится оперативное лечение неврита лучевого нерва. Оно необходимо, если у пациента сохраняется болевой синдром и существует угроза развития мышечной атрофии.
Операцию проводят в том случае, когда при длительном и адекватном комплексе лечения отсутствуют признаки восстановления. При появлении процессов, свидетельствующих о перерождении нерва, также показано оперативное лечение, которое предусматривает сшивание.
У молодых пациентов невриты хорошо поддаются терапии. Напротив, у лиц пожилого возраста, имеющих сопутствующие заболевания , при отсутствии адекватного лечения возможно появление паралича и образование контрактур. Именно поэтому нельзя заниматься самолечением, а при появлении первых признаков недуга обращаться за помощью к доктору.
Упражнения
Терапия неврита лучевого нерва предусматривает выполнение определённого комплекса упражнений, что способствует скорейшему восстановлению функций и утраченного объема мышц.
| Первый комплекс упражнений: |
|
| Комплекс водной гимнастики (необходимо выполнять в ванной): |
|
Каждое упражнение необходимо выполнить не менее 10 раз. Данные комплексы можно использовать после консультации с лечащим врачом. Делать их нужно максимально аккуратно, так чтобы не усугубить течение болезни.
Народные средства
Существуют разнообразные средства народной медицины , которые способствуют скорейшему выздоровлению больного. Следует помнить о том, что данные рецепты не могут полностью заменить традиционные методы оздоровления. Их можно применить только после консультации с лечащим доктором.
Рассмотрим наиболее популярные рецепты народных лекарей:
| Прополис |
|
| Красная глина |
|
Существуют и иные рецепты, которые позволяют быстрее излечиться от неврита лучевого нерва. Например, народные лекари рекомендуют натирать проблемное место медвежьим салом каждый день в течение месяца.
Неврит лучевого нерва (код по мкб 10: G56.3) – заболевание, которое способно развиваться в силу различных причин. Специфичные симптомы позволяют без труда диагностировать данный недуг.
Одним из распространенных неврологических заболеваний верхних конечностей является неврит лучевого нерва.
Данный нерв проходит через всю руку, беря свое начало немного выше сустава плеча и заканчиваясь в первых трех пальцах кисти.
Он отвечает за повороты кисти руки ладонью вверх (супинацию), разгибание локтя и кисти, отведение первого пальца от остальных.
В связи с близостью лучевого нерва к коже и особенностями его анатомического строения , с некоторыми признаками данного заболевания знакомы практически все люди. Например, каждому известно состояние «перележал руку» – онемение руки после длительного ее сдавливания во сне. У здорового человека этот неприятный симптом проходит через несколько минут, больного же он будет беспокоить длительное время.
Рассматриваемая неврологическая болезнь может появиться по нескольким причинам:
- Инфекционное или воспалительное заболевание: грипп, сыпной тиф, воспаление легких, корь, туберкулез, герпес, ревматоидный артрит . Основой неврита лучевого нерва является воспалительный процесс, которым этот нерв поражается. Другими словами, в роли возбудителей неврита в данном случае выступают бактерии и вирусы.
- Травматическое повреждение лучевого нерва: перелом плечевой или лучевой кости , вывих плеча или предплечья, травмы связок и сухожилий суставов руки, неудачная инъекция.
- Отравление организма мышьяком, свинцом, ртутью, алкогольными напитками или другими ядовитыми веществами.
- Компрессия (сдавливание нерва) – самая частая причина неврита. Происходит во сне из-за неудобного положения руки (сонный паралич), а также при наложении на руку жгута с целью остановки кровотечения. Возможно сдавливание лучевого нерва опухолью. При пользовании костылями иногда наблюдается «костыльный паралич» – компрессия нерва в подмышечной впадине. У заключенных встречается «арестантский паралич» – сдавливание лучевого нерва в районе запястья.
- Чрезмерная перегрузка одной из мышц, иннервируемых лучевым нервом.
Некоторые заболевания могут приводить к нарушениям слуха. при длительном течении и отсутствии лечения может привести к глухоте.
Симптомы и методы лечения неврита лицевого нерва описаны.
Типы неврита лучевого нерва
По механизму травматического влияния на лучевой нерв все невриты лучевого нерва можно поделить на три типа:
- Подмышечный неврит, или «костыльный паралич». Встречается реже других типов и характеризуется слабостью функции сгибателей предплечья и параличом его разгибателей.
- Повреждение лучевого нерва в районе срединной трети плеча, на наружной задней его поверхности. Встречается довольно часто и обычно бывает результатом перелома, неправильной инъекции или сна в неудобном положении. Также неврит этого типа может выступать в качестве осложнения инфекционного заболевания.
- «Синдром теннисиста» – повреждение заднего ответвления лучевого нерва в районе локтя; в основном возникает из-за перегрузок мышц локтевой зоны, что часто можно наблюдать у игроков в теннис. Дистрофическое изменение связок и сухожилий локтевого сустава ведет к хроническому заболеванию лучевого нерва. Оно проявляется болью и слабостью в мышцах предплечья, болью при вращении кисти и при шевелении пальцами.
Расположение лучевого нерва
Симптомы
Патология, выраженная невритом лучевого нерва, нарушает нормальные двигательные функции руки, изменяет микроструктуру ее нервных волокон и снижает чувствительность.
Чаще всего заболевание проявляется в виде симптома «свисающей кисти» на руке, поднятой вперед или вверх. По ходу пораженного нервного ствола ощущается боль.
Симптомы данного заболевания разнообразны и зависят от локализации и типа патологического процесса:
- Область запястья и нижней части предплечья: характерна жгучая боль с тыльной стороны первого пальца, отдающаяся в предплечье и выше – в плечо, а также потеря чувствительности кожи пальцев и тыльной поверхности кисти. Нарушение отведения в сторону большого пальца. Больной не может безболезненно сжать кулак.
- Локоть, верхняя часть предплечья или нижняя треть плеча: уменьшается чувствительность на тыльной стороне кисти, становится невозможно разогнуть пальцы и кисть. Боль на тыле кисти усиливается во время действий, при которых рука сгибается в локте. Чувствительность кожи предплечья практически не нарушается.
- Верхняя или средняя треть плеча и подмышечная впадина: невозможность отведения большого пальца, лишь с огромным трудом можно согнуть руку в локте. Слабость и уменьшение чувствительности большого, указательного и половины среднего пальца, а также задней поверхности плеча. Если больной протягивает обе руки перед собой, то он не может развернуть больную руку ладонью кверху, большой палец притянут к указательному, кисть на больной стороне свисает. При поражении средней трети плеча разгибание предплечья не нарушается, чувствительность кожи задней стороны плеча сохранена.
В любом случае заболевания неврит лучевого нерва будет проявляться болевыми ощущениями вдоль нерва, слабостью мышц и уменьшением чувствительности (онемением) в руке.
Диагностика
Чтобы убедиться в наличии данной патологии, при неврологическом осмотре проводятся несколько функциональных проб для выявления нарушений двигательной функции руки. О неврите лучевого нерва безоговорочно свидетельствуют следующие признаки:
- если больной прижмет друг к другу обе ладони и попытается развести пальцы, то на больной руке пальцы согнутся и будут скользить по ладони здоровой руки;
- при лежащей на столе больной руке ладонью вниз человек не сможет поместить ее средний палец на безымянный или указательный;
- в положении стоя с опущенными руками вниз вдоль туловища у пациента не получится на стороне поражения повернуть кисть вперед ладонью и отвести вверх большой палец;
- при положении кистей рук лежа тылом на столе человеку не удается отвести большой палец.
Лечение неврита лучевого нерва руки
При лечении данного неврита должна быть учтена причина развития заболевания. Так, при неврите, вызванном бактериями и вирусами, должно быть назначено медикаментозное лечение с активным применением антибиотиков и противоотечных средств.
Если заболевание возникло под воздействием внешних факторов , таких как сон в неудобной позе, усиленные занятия теннисом или пользование костылями, то на время лечения необходимо эти факторы устранить.
Неврит, вызванный атрофией мышц, лечится одновременно с основным заболеванием.
Если же заболевание является последствием травмы – то в дополнение к противовоспалительным препаратам обеспечивается неподвижность поврежденной конечности. При неэффективности консервативной терапии используется оперативное вмешательство , заключающееся в восстановлении травмированного лучевого нерва.
Для устранения болезненных ощущений , восстановления чувствительности и поднятия тонуса мышц назначаются физиотерапевтические процедуры:
- электрофорез с лекарственными препаратами;
- электромиостимуляция;
- ультразвук с гидрокортизоном;
- иглорефлексотерапия;
- магнитотерапия;
- озокерит.
Широко применяются препараты для сосудов совместно с витаминными комплексами , они способствуют восстановлению нормального кровообращения в больной руке.
Лечение неврита лучевого нерва не может быть полноценным без лечебной физкультуры и массажа.
Большая часть восстановительных упражнений выполняется с использованием пружинных и резиновых тренажеров для прорабатывания суставов. Эффективны и полезны также упражнения в воде.
Лечебные мероприятия подбираются для каждого больного индивидуально, в зависимости от симптоматики и причины заболевания. Лечение, как правило, долгое и требует от пациента настойчивости и терпения.
Судороги в ногах могут возникать из-за тяжелых нагрузок, а также при недостаточном поступлении минералов с пищей. - обзор традиционных и народных методов.
В молодом возрасте неврит хорошо поддается лечению и заканчивается полным выздоровлением. Однако у пожилых людей, особенно при наличии сопутствующих болезней и отсутствии лечения, возможно появление паралича конечности и образование контрактур.
В связи с этим, во избежание непоправимых последствий, необходимо обращаться за врачебной помощью при первых же признаках заболевания.
Репликация - это механизм самокопирования и основное свойство наследственного материала, которым выступают молекулы ДНК.
Особенностью ДНК является то, что обычно ее молекулы состоит из двух комплементарных друг другу цепей, образующих двойную спираль. В процессе репликации цепи материнской молекулы ДНК расходятся, и на каждой строится новая комплементарная цепь. В результате из одной двойной спирали образуется две, идентичные исходной. Т. е. из одной молекулы ДНК образуются две, идентичные матричной и между собой.
Таким образом, репликация ДНК происходит полуконсервативным способом , когда каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую цепь и одну вновь синтезированную.
У эукариот репликация происходит в S-фазе интерфазы клеточного цикла.
Описанный ниже механизм и основные ферменты характерны для подавляющего большинства организмов. Однако бывают исключения, в основном среди бактерий и вирусов.
Расхождение цепей исходной молекулы ДНК обеспечивает фермент геликаза , или хеликаза , который в определенных местах хромосом разрывает водородные связи между азотистыми основаниями ДНК. Хеликазы перемещаются по ДНК с затратой энергии АТФ.
Чтобы цепочки снова не соединились, они удерживаются на расстоянии друг от друга дестабилизирующими белками . Белки выстраиваются в ряд со стороны пентозо-фосфатного остова цепи. В результате образуются зоны репликации, называемые репликационными вилками .
Репликационные вилки образуются не в любых местах ДНК, а только в точках начала репликации , состоящих из определенной последовательности нуклеотидов (около 300 штук). Такие места распознаются специальными белками, после чего образуется так называемый репликационный глаз , в котором расходятся две цепи ДНК.
Из точки начала репликация может идти как в одном, так и в двух направлениях по длине хромосомы. В последнем случае цепи ДНК расходятся вперед и назад, и из одного репликационного глазка образуются две репликационные вилки.
Репликон - единица репликации ДНК, от точки ее начала и до точки ее окончания.
Поскольку в ДНК цепи спирально закручены относительно друг друга, то разделение их хеликазой вызывает появление дополнительных витков перед репликационной вилкой. Чтобы снять напряжение, молекула ДНК должна была бы проворачиваться вокруг своей оси один раз на каждые 10 пар разошедшихся нуклеодидов, именно столько образуют один виток спирали. В таком случае ДНК бы быстро вращалась с затратой энергии. Но этого не происходит, т. к. природа нашла более эффективный способ справится с возникающим при репликации напряжением спирали.
Фермент топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК. Отсоединенный участок проворачивается на 360° вокруг второй целой цепи и снова соединяется со своей цепью. Этим снимается напряжение, т. е. устраняются супервитки.
Каждая отдельная цепь ДНК старой молекулы используется в качестве матрицы для синтеза новой комплементарной себе цепи. Добавление нуклеотидов к растущей дочерней цепи обеспечивает фермент ДНК-полимераза . Существует несколько разновидностей полимераз.
В репликационной вилке к освободившимся водородным связям цепей согласно принципу комплиментарности присоединяются свободные нуклеотиды, находящиеся в нуклеоплазме. Присоединяющиеся нуклеотиды представляют собой дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ), а конкретно дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.
После образования водородных связей фермент ДНК-полимераза связывает нуклеотид фосфоэфирной связью с последним нуклеотидом синтезируемой дочерней цепи. При этом отделяется пирофосфат, включающий два остатка фосфорной кислоты, который потом расщепляется на отдельные фосфаты. Реакция отщепления пирофосфата в результате гидролиза энергетически выгодна, так как связь между первым, который уходит в цепь, и вторым фосфатными остатками богата энергией. Эта энергия используется полимеразой.
Полимераза не только удлиняет растущую цепь, но и способна отсоединять ошибочные нуклеотиды, т. е. обладает корректирующей способностью. Если последний нуклеотид, который должен быть присоединен к новой цепи, не комплементарен матричному, то полимераза его удалит.
ДНК-полимераза может присоединять нуклеотид только к -OH группе, находящейся при 3-м атоме углерода дезоксирибозы. Таким образом цепь синтезируется только со стороны своего 3´-конца. То есть синтез новой цепи ДНК идет в направлении от 5´- к 3´-концу. Поскольку в двуцепочечной молекуле ДНК цепи антипараллельны, то процесс синтеза по материнской, или матричной, цепи идет в обратном направлении – от 3´- к 5´-концу.
Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез новой цепи возможен только в направлении 5´→3´, то в репликационной вилке дочерние цепи будут синтезироваться в разных направлениях.
На матрице 3´→5´ сборка новой полинуклеотидной последовательности происходит по большей части непрерывно, так как эта цепь синтезируется в направлении 5´→3´. Антипараллельная матрица характеризуется 5´→3´ направлением, поэтому синтез дочерней цепи по ходу движения вилки здесь не возможен. Здесь он был бы 3´→5´, но ДНК-полимера не может присоединять к 5´-концу.
Поэтому синтез на матрице 5´→3´ выполняется небольшими участками - фрагментами Оказаки (названы в честь открывшего их ученого). Каждый фрагмент синтезируется в обратном ходу образования вилки направлении, что обеспечивает соблюдение правила сборки от 5´- к 3´-концу.
Другим «недостатком» полимеразы является то, что она не может сама начать синтез участка дочерней цепи. Причина этого кроется в том, что ей необходим -OH-конец нуклеотида, уже соединенного с цепью. Поэтому необходима затравка , или праймер . Им выступает короткая молекула РНК, синтезируемые ферментом РНК-праймазой и спаренная с матричной цепью ДНК. Синтез каждого участка Оказаки начинается со своей РНК-затравки. Та цепь, которая синтезируется непрерывно, обычно имеет один праймер.
После удаления праймеров и застраивания брешей ДНК-полимеразой отдельные участки дочерней цепи ДНК сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой .
Непрерывная сборка идет быстрее, чем фрагментарная. Поэтому одна из дочерних цепей ДНК называется лидирующей , или ведущей, вторая - запаздывающей, или отстающей .
У прокариот репликация протекает быстрее: примерно 1000 нуклеотидов в секунду. В то время как у эукариот только около 100 нуклеотидов. Количество нуклеотидов в каждом фрагменте Оказаки у эукариот составляет примерно до 200, у прокариот - до 2000.
У прокариот кольцевые молекулы ДНК представляют собой один репликон. У эукариот каждая хромосома может содержать множество репликонов. Поэтому синтез начинается в нескольких точках, одновременно или нет.
Ферменты и другие белки репликации действуют совместно, образуя комплекс и двигаясь по ДНК. Всего в процессе участвует около 20 разных белков, здесь были перечислены лишь основные.
Реплика́ция ДНК - процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15-20 различных белков, называемый реплисомой
История изучения
Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным. В настоящее время этот механизм считается доказанным благодаряопытам Мэтью Мезельсона и Франклина Сталя (1958 г.) . Ранее существовали и две другие модели: «консервативная» - в результате репликации образуется одна молекула ДНК, состоящая только из родительских цепей, и одна, состоящая только из дочерних цепей; «дисперсионная» - все получившиеся в результате репликации молекулы ДНК состоят из цепей, одни участки которых вновь синтезированы, а другие взяты из родительской молекулы ДНК.
Общие представления
Репликация ДНК - ключевое событие в ходе деления клетки. Принципиально, чтобы к моменту деления ДНК была реплицирована полностью и при этом только один раз. Это обеспечивается определёнными механизмами регуляции репликации ДНК. Репликация проходит в три этапа:
инициация репликации
элонгация
терминация репликации.
Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, потому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. В геноме таких сайтов может быть как всего один, так и много. С понятием сайта инициации репликации тесно связано понятиерепликон . Репликон - это участок ДНК, который содержит сайт инициации репликации и реплицируется после начала синтеза ДНК с этого сайта. Геномы бактерий, как правило, представляют собой один репликон, это значит, что репликация всего генома является следствием всего одного акта инициации репликации. Геномы эукариот (а также их отдельные хромосомы) состоят из большого числа самостоятельных репликонов, это значительно сокращает суммарное время репликации отдельной хромосомы. Молекулярные механизмы, которые контролируют количество актов инициации репликации в каждом сайте за один цикл деления клетки, называются контролем копийности. В бактериальных клетках помимо хромосомной ДНК часто содержатся плазмиды, которые представляют собой отдельные репликоны. У плазмид существуют свои механизмы контроля копийности: они могут обеспечивать синтез как всего одной копии плазмиды за клеточный цикл, так и тысяч копий .
Репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетания двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка - место непосредственной репликации ДНК. В каждом сайте может формироваться одна или две репликационные вилки в зависимости от того, является ли репликация одно- или двунаправленной. Более распространена двунаправленная репликация. Через некоторое время после начала репликации в электронный микроскоп можно наблюдать репликационный глазок - участок хромосомы, где ДНК уже реплицирована, окружённый более протяжёнными участками нереплицированной ДНК .
В репликационной вилке ДНК копирует крупный белковый комплекс (реплисома), ключевым ферментом которого является ДНК-полимераза. Репликационная вилка движется со скоростью порядка 100 000 пар нуклеотидов в минуту у прокариот и 500-5000 - у эукариот .
Молекулярный механизм репликации
Ферменты (хеликаза, топоизомераза) и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований и активностью ДНК-полимеразы, способной распознать и исправить ошибку. Репликация у эукариот осуществляется несколькими разными ДНК-полимеразами. Далее происходит закручивание синтезированных молекул по принципусуперспирализации и дальнейшей компактизации ДНК. Синтез энергозатратный.
Цепи молекулы ДНК расходятся, образуют репликационную вилку, и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь. В результате образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле.
Характеристики процесса репликации
матричный - последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материнской цепи в соответствии с принципом комплементарности;
полуконсервативный - одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая - материнской;
идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу;
полунепрерывный - одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, а вторая - в виде набора отдельных коротких фрагментов (фрагментов Оказаки);
начинается с определённых участков ДНК, которые называются сайтами инициации репликации
Основные пути передачи наследственной информации.
Особенности строения митохондриальной ДНКа
Свойства и функции ДНКа
Молекулы включают 2 полинуклеотидной цепи, связанные между собой определенным образом.
Аденин – Тимин - двойная водородная связь
Гуанин – Цитозин - тройная водородная связь
А,Г- пуриновые – одно бензольное кольцо
Т,Ц - перемединовые - два бензольных кольца.
Очень важно!
· Объединение 2х полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК: антипараллельность полинуклеотидных цепей. 5" конец одной цепи соединен с 3" концом другой
· Состав нуклеотидов в ДНК подчиняется правилам Чаргаффа- комплиментарность цепей двойной спирали
· Существует в двух формах: право-закрученной спирали B-форма, левозакрученная спираль-Z-форма, в основном природная ДНК- B-форма
· Лабильность-допускание конфармационных превращений (из B-формы в Z-форму при определенных условиях)
Свойства ДНК:
· Репликация(самоудвоение)- проходит полуконсервативным методом.
· Репарация (восстановление)
Функция: хранение и передача наследственной информации
Наследственная информация в эукариотической клетке находится в основном в ядре 99,5 %, это называется ядерная генетическая информация. Другая часть ДНКа 0,5 % находится в цитоплазме, в митохондриях.
Благодаря митохондриям ДНКа синтезируются митохондриальные белки, они могут быть источником наследственных заболеваний при мутациях митохондриального ДНКа.
Митохондриальная ДНК не связана с белками («голая»), прикреплена к внутренней мембране митохондрии и несет информацию о строении примерно 30 белков. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, поэтому информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки. Митохондрии способны автономно размножаться путем деления надвое с помощью ДНКа. Между наружной и внутренней мембранами находится протонный резервуар, где происходит накопление Н+
Наследственная информация – хранится в молекулах ДНК.
Наследственная информация- это инструкция для нормального развития и функции клетки. Роль посредника передачи наследственной информации выполняет РНК , благодаря РНК наследственная информация выводится из ядра в цитоплазму и реализуется в виде конкретного белка.
Репликация - проходит полуконсервативным путем. Для репликации цепи материнской ДНК должно произойти отделение цепей друг от друга, каждая отделившаяся цепь становится матричной (матрицей), на которых будут синтезироваться комплиментарные цепи дочерних молекул ДНК.
После каждого деления материнской клетки и репликации ее ДНК, дочерние клетки содержат молекулу ДНК, состоящую из материнской цепи и вновь синтезированной дочерней цепи.
Для того чтобы осуществилась репликация имеются на молекулах ДНК так называемые участки ори (ori-origin), они включают последовательность, состоящих из 300 нуклеотидных пар, узнаваемых специфическими белками.
Двойная спираль ДНК в этих участках разделяется на 2 цепи, образуются 2 репликационные вилки, которые движутся в противоположных направлениях от участка ori, между репликационными вилками образуется структура – называемая репликационным глазком.
С помощью фермента геликазы разрываются водородные связи и двойная спираль ДНК расплетается в точках начала репликации-точки ori.
Образующиеся при этом одинарные цепи ДНК связываются специальными дестабилизирующими белками , которые растягивают остовы цепей ДНК, делая их доступными для связывания с комплиментарными нуклеотидами.
На каждой из цепей в области репликационной вилки при участии фермента ДНК-полимераза осуществляет синтез комплиментарных цепей.
Разделение , спирально-закрученных цепей, родительской ДНК при помощи фермента геликазы вызывает появление супервитков . Но благодаря ферментам ДНК-топоизомеразы , которые перерезают одну из нитей ДНК и ослабляют напряжение, накопившееся в двойной цепи ДНК.
Еще в синтезе в процессе репликации используется ДНК-лигаза в сшивании отдельных участков ДНК в одну цепь. На одной молекуле ДНК может находиться одновременно несколько точек ori – ускорение процесса синтеза .
В каждом репликационном глазке начинают работать 2 ферментативных комплекса :
1) Комплекс перемещается в одну сторону
2) В противоположную
Ферментативный комплекс функционирует так, что одна из 2-х синтезируемых ими цепей растет с некоторым опережением – лидирующая
А вторая отстает – запаздывающая
Фермент ДНК полимераза осуществляет синтез полинуклеотида от 5” к 3” концу . Постепенно происходит удлинение цепи, такая цепь называется лидирующая. На другой цепи синтез 2-й цепи ДНК осуществляется короткими фрагментами, их называют фрагменты оказаки. В направлении от 5” к 3” по типу шитья назад иголкой. Фрагменты оказаки содержат от 1000 до 2000 нуклеотидов у прокариот, у эукариот от 100 до 200.
Синтезу такого фрагмента предшествует образование РНК затравки , длиной около 10 нуклеотидов.
С помощью фермента ДНК-лигазы , образуется фрагмент, соединенный с предшествующим фрагментом, после удаления РНК-затравки.
10.03.2015 13.10.2015
Сохранность генной информации между поколениями обеспечивается способностью ДНК к удвоению. Репликация ДНК представляет собой сложный механизм получения копий дезоксирибонуклеиновой кислоты от родительских организмов к дочерним, который происходит при делении клеток. В этом случае наблюдается копирование генного материала, зашифрованного в ДНК, а впоследствии разделяется между новыми клетками. Молекулярные механизмы, гарантирующие точную репликацию, сегодня достаточно хорошо изучены и представляют собой сложный процесс, который может быть определен в виде интерактивной модели.
Процесс самоудвоения генов (ее репликационный механизм) лежит в основе размножения, сохранения наследственности, передачи своих свойств потомству, развития целого многоклеточного организма всего лишь из одной оплодотворенной яйцеклетки. Термин репликация имеет другое название – редупликация ДНК.
Кем был открыт процесс репликации?
Согласно предложенной учеными Уотсоном с Криком теории построения ДНК в модели двойной спиральной молекулы в 1953, сумевшая, наконец, объяснить, как осуществляется редупликация ДНК — записывается и сохраняется наследственная информация,
Ученые Уотсон и Крик
а также изучить химический принцип ее самоудвоения. Строгая специфичность при спаривании оснований в ДНК обусловливается комплементарностью азотистых оснований в обеих ниточках, что объясняет точность при ее синтезировании. Ведь учеными было показано, что в процессе репликации пара азотистых оснований, например, гуанина вместе с цитозином стабилизируется с помощью трех водородных связей, а пара аденина с тимином – с использованием двух. Именно это препятствует неправильному спариванию оснований, из которых построена молекула гена.
Впервые гипотеза о возможном процессе реплицирования была сформулирована этими же исследователями в 1953 году. Они предполагали, что из любой комплементарной нити после отделения от другой возможно получить матрицу для синтезирования новой нити. В 1958 ученым Мезельсоном совместно со Сталем эта гипотеза была экспериментально подтверждена.
По теории Уотсона и Крика, которые доказали, что репликация ДНК осуществляется следующим образом, происходит:
1) разрывание водородных связей с последующим расплетением нитей спиральной ДНК;
2) синтезирование новых комплементарных участков на одиночных разъединенных частях.
Результатом становится появление двух аналогичных генов из единичного, причём в любом новом гене одна нить — родительская, а другая – снова синтезированная. Данный механизм репликации был назван полуконсервативным.
Основные принципы
Основной принцип самоудвоения генов легко представить, зная основы строения двойной спирально-закрученных генов. Согласно известным данным, ДНК представлена в виде двойной нити из нуклеотидов. Генетическая информация в каждой из ее ниточек генов является идентичной, каждая из которых включает нуклеотидную последовательность, которая полностью соответствует последовательности второй. Такая идентичность возможная благодаря присутствию водородных связей, которые направленыхмежду двумя комплементарными основаниями из противоположных цепочек. Комплементарными друг другу являются G (гуанидин) и C (цитозит), а также A (аденин) и T (тимин). Комплементарность – это уникальное свойство ДНК. Благодаря ему противоположно направленные цепочки генов названы антипараллельными.
Поэтому достаточно просто можно представить, что при самоудвоении молекул наблюдается расхождение нитей из двойных спиралей с последующим синтезом на исходной нити снова синтезированной нити по принципу подсоединения комплементарных нуклеотидных оснований.
Репликация ДНК приводит к возникновению двух абсолютно новых дочерних, двуспиральных, однако абсолютно неразличимых с исходной молекулой. Стоит отметить, что любая из новых молекул включает в состав одну материнскую ниточку и одну снова синтезированную.
ДНК-полимераза – катализатор самоудвоения генома
В 1957 г. ученым А. Корнбергом был впервые выделен фермент из бактерии (кишечной палочки), который обладал уникальными свойствами и смог катализировать процессы репликации, который был назван ДНК-полимеразой. После этого аналогичные вещества были найдены и у других организмов.
Было установлено, что именно этот фермент может из нуклеотидов синтезировать новые нити на материнской цепочке. Благодаря этим уникальным свойствам, полимераза может последовательно наращивать одноцепочечную цепочку генов путем присоединения комплементарных нуклеотидных оснований в определенном направлении от ее 3′-концу.
В настоящее время ясно, что каждая клетка содержит вариантов ДНК-полимераз с различными задачами и строением. Но главной их функцией является синтезирование точных копий исходных генов.
Механизм удвоения
При самоудвоении генной информации ученые выделяют несколько основных стадий, сходно протекающих у различных форм живых организмов (от бактерий до млекопитающих):
инициация генных цепей;
расплетение двойной спирали;
непосредственно достраивание второй цепочки.
1. Инициация цепочек ДНК. Для нее нужно наличие заранее синтезированной небольшой цепочки — затравки, только при наличии
которой, полимераза может добавлять нуклеотидные основания. В случае ее отсутствия синтезирование генов невозможно. Однако на практике видно, что такие затравки образуют в любом организме ферменты — ДНК-праймазы. Этот фермент не является точным и не умеет исправлять сделанные им ошибки, поэтому он служит только инициатором процесса синтеза и далее целиком удаляется из снова синтезированной цепочки, а его пространство достраивается полимеразой.
2. Расплетение двойной спиральной цепочки ДНК. Этот этап необходим, ведь синтез новой цепочки ДНК возможен лишь на одноцепочечной молекуле. Место, в котором произошло разделение двойной спирали выглядит вилкой и поэтому называется репликационной вилкой. Здесь происходит синтез дочерних цепочек полимеразами. Важно заметить, что обычно такое расхождение начинается в определенных областях, названных точками начала самоудвоения генома и включают около 300 нуклеотидов.
Для раскрытия такой стабильной молекулы как ДНК нужно воздействие специальных дестабилизирующих ферментов — белков вместе с ДНК-хеликазами, которые при встрече с двойными участками молекул делают разрезы водородных соединений между комплементарными основаниями, при котором происходит разделение цепочек и продвижение тем самым репликационной вилки. Белковые дестабилизаторы не дают одиночным цепочкам вновь соединиться, однако делают возможным синтез новых.
Для возможности продвижения вилки репликации по закрученной цепочке гена и отсутствия вращения пока не самоудвоенной цепи возникают такие участки на ДНК, которые делают возможным ее раскручивание. Этот процесс происходит с участием ДНК-топоизомераз, вносящих в нити генов надрезы на цепочках, дающие молекулам разделяться, а впоследствии сами могут заделывать полученные повреждения. Они помогают генам принимать «недораскрученную» форму, имеющую меньшее количество витков, что позволяет легче расходиться двум цепочкам в репликационной вилке.
3. Этап прерывистого синтезирования. Репликационные процессы в действительности происходят не с помощью непрерывного добавления нуклеотидов одновременно на двух новых цепочках при перемещении в обоих направлениях. Ученые показали, что синтезирование дочерних цепочек идет только по 3′ направлению, что приводит удлинению 3′-конца, а считывание матрицы полимеразой идет только по 5′-направлению. Как может показаться, движение вилки репликации только по одному направлению невозможно. Но это не так. Разгадкой данной тайны является то, что синтезирование непрерывно наблюдается только по одной нити гена, а по другой синтезирование идет отрезками – 100-1000 нуклеотидных оснований, которые названы фрагментами Оказаки. Ниточка, синтезируемая непрерывно, названа непрерывной, синтезируемая фрагментами – отстающей. Исследователями показано, что синтезирование каждого из таких фрагментов идет при помощи РНК-затравок, через определенные промежутки удаляющиеся из снова синтезированной цепи и достраиваются нуклеотидами с использованием фермента полимеразы.
Совместность действия ферментов на вилке репликации
Редупликация ДНК идет с участием комплекса ферментов-белков, способного к быстрому передвижению вдоль генов и способный выполнять согласованно процессы самоудвоения генетического со значительной точностью. Данный комплекс белков по своей эффективности можно сравнить со «швейной машинкой», «деталями» здесь для изготовления ДНК являются белки, а главными источниками энергетических процессов — реакции гидролиза нуклеотидных оснований.
Раскручивание молекулы генов идет под воздействием ДНК-хеликазы, которую дополняет ДНК-топоизомераза, способная раскручивать генные цепочки, а также белки с дестабилизирующими гены свойствами, которые могут связываться с одинарными нитями и не позволять им соединяться обратно.
Непосредственно в месте репликационной вилки воздействуют полимеразы двух цепочек. Работа полимеразы ведущей цепочки непрерывна, а отстающей – прерывиста при использовании РНК-затравок, синтезирующих белки ДНК-праймазы. Такие праймазы, а также хеликазы образуют комплексную структуру, названную праймосомой, которая обладает способностью двигаться в направлении открытия репликационной вилки, проводит синтезирование РНК-затравки, стимулирующих образование фрагментов Оказаки.
В ту же сторону продвигается полимераза. Движение ее по отстающей цепи затруднительно представить, однако объяснен учеными – полимераза накладывает цепочку гена, служащего матрицей для синтезирования, самой на себя, благодаря чему происходит поворот полимеразы отстающей цепочки в обратную сторону. Такая согласованность при движении полимераз помогает обеспечивать скоординированное удвоение обеих нитей, на которых происходит удвоение.
Общее количество участвующих в процессах самоудвоения генов белков более двадцати, что делает возможным осуществление данного сложного, высокоупорядоченного, энергоемкого процесса.
Согласование механизмов удвоения генома с делением клеток
В независимости от содержания клеткой одну (прокариотические организмы) или нескольких хромосом (эукариотические
организмы) при делении клеток геном полностью должен быть реплицирован. Сигналом для начала удвоения генного материала служит процесс связывания инициаторного регуляторного белка вместе с последовательностью ДНК в точке начала репликации.
У бактерий процессы редукпликации хромосомы начинаются, в специфической точке начала репликационный процессов и продолжается до окончания удвоения всего генетического материала. В связи с тем, что бактерии содержат хромосому в качестве единственной единицы репликации, она была названа репликоном. Начало репликационных процессов непременно приводит разделение клетки, которое происходит после полного окончания репликации. При этом каждый из геномов переходит в отдельную дочернюю клетку.
Эукариотные клетки перед процессом деления производят полную копию своих хромосом. Каждая из хромосом при этом делится несколько отдельных репликонов, которые активируются постепенно, по мере однократной репликации любого. Это позволяет одновременно образовываться нескольким независимым репликационным вилкам. Остановка репликации на определенной вилке может произойти при столкновении с другой хромосомой, а также при достижении окончания хромосомы. Благодаря этому генетический материал хромосом реплицируется достаточно быстро. Далее каждая из пар хромосом перемещается клетки потомства при митотическом делении.
Регулирование удвоения ДНК
Репликация ДНК считается ключевым событием, которое происходит при делении клеток. Принципиальным моментом здесь является то, чтоб в момент разделения клетки ее ДНК уже реплицировалась. Это достигается при определённых механизмах регулирования репликации. Выделяют 3 основных этапа при репликации ДНК:
стадия инициации репликации
процесс элонгации,
терминация.
Основное регулирование процесса репликации происходит на стадии инициации.
Как осуществляется регулирование? Процесс репликации возможен далеко не с каждого из участков гена, а лишь с определённых, называемых сайтами инициации процесса репликации. В зависимости от организма геном может содержать один или несколько сайтов инициации. Как правило, сайты инициации расположены на репликонах – специальных участках, начинающих репликацию сразу при синтезировании генов.
Точность при удвоении ДНК
Для сохранения генетического материала существующих организмов редупликация ДНК должна иметь высокую точность. Известно, что геном любого организма имеет просто огромный размер. Ученые показали, что при самоудвоении генома млекопитающих, имеющего общую длину около 3 миллиардов нуклеотидных оснований, всего наблюдается от 1 до 3 ошибок. Как достигается такая точность? Ведь синтез генома имеет значительную скорость – около 500 нуклеотидов за одну секунду у бактерий и около 50 нуклеотидов за одну секунду у млекопитающих. Сегодня исследователями выявлены особенные механизмы коррекции ошибок, которые помогают наряду со значительной скоростью синтезирования генома получать его точную копию.
Уникальность процесса коррекции заключается двух основных моментах. Первое — в процессе синтезирования гена полимераза два раза перепроверяет каждый встроенный нуклеотид – первый раз перед добавлением его в синтезируемую цепочку. А второй раз проверяет непосредственно перед встраиванием последующего нуклеотида. При нахождении ошибки синтез цепочки гена останавливается до момента ее исправления. Исправление происходит посредством перемещения фермента в обратном направлении и вырезания последнего из добавленных звеньев, благодаря чему на это место способен встроиться правильный – комплементарный — нуклеотид. Словами науки это означает, что некоторые из полимераз обладают еще и способностью к 3′-концевой гидролизующей активности, которая помогает удалять ошибочно встроенные в новые гены нуклеотиды.
Интерактивная модель репликации
Подобная модель репликации ДНК может быть представлена в виде сложной «репликационной машины», состоящей из множества сложных процессов и механизмов, регулируемых белками и ферментами. Интерактивная модель помогает наглядно представить механизм, происходящие при репликации генетического материала.
На такой модели при синтезе генов демонстрируется комплементарное присоединение азотистых оснований, которые обозначаются условными символами разных цветов. При этом нуклеотиды способны к соединению лишь в определённом порядке (нуклеотид аденин только с тимином, а гуанин только с цитозином). Механизм синтеза цепи происходит слева направо. Пентозофосфатный скелет молекулы ДНК символически определяется при помощи стрелок, имеющих обозначения направления концов 3′ и 5′. Положительный результат реакции обеспечивается ферментом — полимеразой, которая перемещается вдоль нити ДНК.
Как правило, на интерактивной модели репликация ДНК наглядно отображаются при запуске модели кнопкой Старт, приостановить анимацию можно кнопкой Стоп, а вернуть интерактивный механизм в исходную форму кнопкой Сброс.
Скорость репликации
Скорость репликационных процессов очень высока, что позволяет провести синтез около 45 000 нуклеотидов за одну минуту, при этом происходит вращение родительской вилки со скоростью 4500 оборотов за минуту. Благодаря возможности одновременной репликации генетической информации иногда сразу в тысячах мест у эукариотических организмов механизм полного удвоения генетического материала происходит достаточно быстро. Если бы это было невозможно, то копирование генома занимало бы несколько месяцев.
Значение процесса репликации в генетике
Исследование процессов удвоения и сохранения генетического материала всегда привлекало внимание исследователей. Благодаря этому возникла наука — молекулярная биология, которая занимает сегодня особое место среди других наук.
В наш век именно в данной области науки были свершены открытия, которые позволили проанализировать и расшифровать важнейшие процессы и механизмы одной из главных сторон жизни – теории наследственности.
Выполненные в данной области открытия отнесены к величайшим научным достижениям XX века, значение которых приравнивают по значимости к открытию радиоактивности.
Исследования в данной области позволили создать и развить ряд новых биологических дисциплин — молекулярная биология, бионика, биокибернетика, которые сегодня позволяют решить ряд проблем, связанных со здоровьем человека, созданием новых сортов растений, видов животных.