Jak przebiega replikacja DNA?

DNA to wiarygodne repozytorium informacji genetycznej. Konieczne jest jednak nie tylko zapewnienie bezpieczeństwa, ale także przekazanie go potomności. Od tego zależy wskaźnik przeżycia. W końcu rodzice muszą przekazać dzieciom wszystko, co osiągnęli w trakcie ewolucji. Zawiera wszystko, od liczby kończyn do koloru oczu. Oczywiście, mikroorganizmy mają znacznie mniej tych informacji, ale także muszą zostać przeniesione. W tym celu komórka dzieli się. Aby uzyskać informację genetyczną dla obu komórek potomnych, należy ją podwoić, proces ten nazywa się "replikacją DNA". Zdarza się to wcześniej podział komórek, bez względu na to, który. Może to być bakteria, która zdecydowała się rozmnażać. Lub może to być wzrost nowej skóry w miejscu cięcia. Proces podwojenia kwasu dezoksyrybonukleinowego musi być wyraźnie uregulowany i zakończony przed rozpoczęciem podziału komórki.

Gdzie jest podwojenie

Replikacja DNA następuje bezpośrednio w jądrze (w eukariotach) lub w cytoplazmie (u prokariotów). Kwas nukleinowy składa się z nukleotydów - adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny. Oba łańcuchy cząsteczki zbudowane są zgodnie z zasadą komplementarności: tymina odpowiada adeninie w jednym łańcuchu, a cytozyna odpowiada guaninie. Podwojenie cząsteczki musi przebiegać w taki sposób, aby zasada komplementarności została zachowana także w helisach potomnych.

Rozpocznij replikację - inicjowanie

Kwas dezoksyrybonukleinowy to dwuniciowa helisa. Replikacja DNA zachodzi poprzez wypełnianie łańcuchów potomnych wzdłuż każdego łańcucha rodzicielskiego. Aby umożliwić taką syntezę, spirale muszą zostać "rozplątane", a łańcuchy oddzielić od siebie. Rola ta jest wykonywana przez helikazę - obraca spiralę kwasu dezoksyrybonukleinowego, wirując z dużą prędkością. Początek podwojenia DNA nie może rozpoczynać się od jakiegokolwiek miejsca, taki złożony proces wymaga pewnej części cząsteczki - miejsca inicjacji replikacji. Po ustaleniu początkowego punktu podwojenia, a helikaza rozpoczęła prace nad rozplątaniem helisy, łańcuchy DNA rozchodzą się na boki, tworząc widelec replikacyjny. Siedzą polimerazę DNA. To oni zsyntetyzują łańcuchy potomne.

Wydłużenie

W jednej cząsteczce kwasu dezoksyrybonukleinowego może powstać od 5 do 50 replikacyjnych widelców. Synteza łańcuchów potomnych występuje jednocześnie w kilku regionach cząsteczki. Ale niełatwo jest uzupełnić komplementarne nukleotydy. Łańcuchy kwas nukleinowy przeciwlegle do siebie. Inna orientacja łańcucha rodzicielskiego wpływa na podwojenie, co doprowadziło do złożonego mechanizmu replikacji DNA. Jedna z sieci jest stale uzupełniana przez spółkę zależną i jest nazywana wiodącą. Jest to słuszne, ponieważ polimeraza jest bardzo dogodna do przyłączenia wolnego nukleotydu do końca 3'-OH poprzedniego. Ta synteza jest ciągła, w przeciwieństwie do procesu na drugim łańcuchu.

Opóźniony łańcuch, fragmenty O'Kazaki

W przypadku drugiego łańcucha występują trudności, ponieważ istnieje wolny koniec 5 ', do którego nie można dołączyć wolnego nukleotydu. Następnie polimeraza DNA działa po drugiej stronie. W celu zakończenia łańcucha podrzędnego tworzony jest primer, który jest komplementarny do łańcucha macierzystego. Powstaje w najbardziej replikatywnych wtyczkach. Od niego rozpoczyna się synteza małego kawałka, ale na "właściwej" ścieżce - przyłączenie nukleotydów następuje na końcu 3 '. Zatem zakończenie łańcucha przy drugiej helicie córki występuje sporadycznie i ma kierunek przeciwny do ruchu replikacyjnego widelca. Fragmenty te nazywane były fragmentami O'Kazaki, mają długość około 100 nukleotydów. Po zakończeniu fragmentu do poprzedniej gotowej części, primery są wycinane specjalnym enzymem, miejsce wycięcia jest wypełnione brakującymi nukleotydami.

Wypowiedzenie

Podwojenie jest zakończone, gdy oba łańcuchy zakończyły budowę swoich dzieci, a wszystkie fragmenty O'Kazaki są zszyte. W eukariotach replikacja DNA kończy się, gdy widełki replikacyjne spotykają się ze sobą. W prokariotach cząsteczka ta jest kolista, a proces jej podwojenia następuje bez uprzedniego zerwania łańcucha. Okazuje się, że cały kwas dezoksyrybonukleinowy jest jednym dużym replikonem. Podwojenie kończy się, gdy widły replikacyjne znajdują się po przeciwnej stronie pierścienia. Po zakończeniu replikacji oba łańcuchy macierzystego kwasu deoksyrybonukleinowego muszą zostać połączone, po czym obie cząsteczki skręcają się przed utworzeniem superspirałów. Dalsza metylacja obu ma miejsce. Cząsteczki DNA o adeninie w działce-GATZ-. Nie powoduje to rozłączenia łańcuchów i nie zakłóca ich komplementarności. Jest to konieczne do zwijania cząsteczek do chromosomów, a także do regulacji odczytu genów.

Szybkość i dokładność replikacji

Drugi etap podwojenia DNA (wydłużania) odbywa się z prędkością około 700 nukleotydów na sekundę. Jeśli pamiętamy, że istnieje 10 par monomerowych na jeden spin kwasu nukleinowego, okazuje się, że podczas "odwijania" cząsteczka obraca się z częstotliwością 70 obrotów na sekundę. Dla porównania: prędkość obrotowa chłodnicy w systemie komputerowym wynosi około 500 obrotów na sekundę. Ale pomimo wysokich wskaźników, polimeraza DNA prawie nigdy się nie pomyli. W końcu ona po prostu podnosi komplementarne nukleotydy. Ale nawet jeśli popełni błąd, polimeraza DNA ją rozpoznaje, cofa się o krok, odrywa niewłaściwy monomer i zastępuje go właściwym. Mechanizm replikacji DNA jest bardzo skomplikowany, ale udało nam się dostrzec główne punkty. Ważne jest, aby zrozumieć jego znaczenie zarówno dla mikroorganizmów, jak i wielokomórkowych stworzeń.