Nukleiinihapoilla on tärkeä rooli elävien organismien solujen elintärkeän toiminnan varmistamisessa. Tämän orgaanisten yhdisteiden ryhmän tärkeä edustaja on DNA, joka kuljettaa kaiken geneettisen tiedon ja vastaa tarvittavien ominaisuuksien ilmentymisestä.
Mikä on replikointi?
Solun jakautumisprosessissa on tarpeen lisätä nukleiinihappojen määrää ytimessä, jotta geneettinen informaatio ei menetä prosessissa. Biologiassa replikaatio on DNA:n monistumista uusien säikeiden synteesin kautta.
Tämän prosessin päätarkoitus on siirtää geneettistä tietoa tytärsoluihin muuttumattomana ilman mutaatioita.
Replikaation entsyymit ja proteiinit
DNA-molekyylin päällekkäisyyttä voidaan verrata mihin tahansa solun aineenvaihduntaprosessiin, joka vaatii asianmukaiset proteiinit. Koska replikaatio on tärkeä osa solun jakautumista biologiassa, monet apupeptidit ovat mukana tässä.
DNA-polymeraasi on tärkein vastuussa oleva reduplikaatioentsyymideoksiribonukleiinihapon tytärketjun synteesiä varten. Solun sytoplasmassa replikaatioprosessissa nukleiinitrifosfaattien läsnäolo on pakollista, mikä tuo mukanaan kaikki nukleiiniemäkset
Nämä emäkset ovat nukleiinihappomonomeerejä, joten koko molekyylin ketju rakentuu niistä. DNA-polymeraasi vastaa kokoamisprosessista oikeassa järjestyksessä, muuten kaikenlaiset mutaatiot ovat väistämättömiä.
- Primase on proteiini, joka vastaa alukkeen muodostumisesta DNA-templaattiketjuun. Tätä aluketta kutsutaan myös alukkeeksi, sillä on RNA:n rakenne. DNA-polymeraasientsyymille alkumonomeerien läsnäolo on tärkeää, joista on mahdollista synteesi koko polynukleotidiketjua edelleen. Tämän toiminnon suorittaa aluke ja sitä vastaava entsyymi.
- Helikaasi (helikaasi) muodostaa replikaatiohaarukan, joka on matriisiketjujen hajaantumista vetysidoksia rikkomalla. Tämä tekee polymeraasien helpommaksi lähestyä molekyyliä ja aloittaa synteesin.
- Topoisomeraasi. Jos kuvittelet DNA-molekyylin kierretyksi köydeksi, polymeraasin liikkuessa ketjua pitkin, muodostuu positiivinen jännite voimakkaan kiertymisen vuoksi. Tämän ongelman ratkaisee topoisomeraasi, entsyymi, joka katkaisee ketjun lyhyeksi ajaksi ja avaa koko molekyylin. Sen jälkeen vaurioitunut alue ommellaan uudelleen yhteen, eikä DNA:ta rasita.
- Ssb-proteiinit kiinnittyvät klustereina DNA-säikeisiin replikaatiohaarukassa estääkseen vetysidosten muodostumisen uudelleen ennen reduplikaatioprosessin päättymistä.
- Liigaa. Entsyymitoimintokoostuu Okazaki-fragmenttien ompelemisesta DNA-molekyylin jäljessä olevaan juosteeseen. Tämä tapahtuu leikkaamalla pois alukkeet ja lisäämällä niiden tilalle natiivideoksiribonukleiinihappomonomeerejä.
Biologiassa replikaatio on monimutkainen monivaiheinen prosessi, joka on erittäin tärkeä solujen jakautumisessa. Siksi erilaisten proteiinien ja entsyymien käyttö on välttämätöntä tehokkaan ja oikean synteesin kann alta.
Reuplikointimekanismi
On olemassa 3 teoriaa, jotka selittävät DNA-kaksoisprosessin:
- Konservatiiviset väittävät, että yhdellä nukleiinihapon tytärmolekyylillä on matriisiluonne ja toinen on syntetisoitu kokonaan tyhjästä.
- Watsonin ja Crickin ehdottama puolikonservatiivi, joka vahvistettiin vuonna 1957 E. Colilla tehdyissä kokeissa. Tämä teoria sanoo, että molemmilla tytär-DNA-molekyylillä on yksi vanha juoste ja yksi vasta syntetisoitu.
- Dispergointimekanismi perustuu teoriaan, jonka mukaan tytärmolekyyleillä on vuorottelevia osia koko pituudeltaan, jotka koostuvat sekä vanhoista että uusista monomeereistä.
Nyt tieteellisesti todistettu puolikonservatiivinen malli. Mitä on replikaatio molekyylitasolla? Alussa helikaasi katkaisee DNA-molekyylin vetysidokset ja avaa siten molemmat ketjut polymeraasientsyymille. Jälkimmäiset aloittavat siementen muodostumisen jälkeen uusien ketjujen synteesin suunnassa 5'-3'.
DNA:n antiparallelismin ominaisuus on tärkein syy johtavien ja jäljessä olevien säikeiden muodostumiseen. Johtavassa juosteessa DNA-polymeraasi liikkuu jatkuvasti, kun taas jäljessäse muodostaa Okazaki-fragmentteja, jotka liitetään yhteen ligaasilla tulevaisuudessa.
Replikoinnin ominaisuudet
Kuinka monta DNA-molekyyliä on ytimessä replikaation jälkeen? Prosessi itsessään merkitsee solun geneettisen sarjan kaksinkertaistamista, joten mitoosin synteettisen kauden aikana diploidijoukossa on kaksi kertaa enemmän DNA-molekyylejä. Tällainen merkintä on yleensä merkitty 2n 4c.
Replikaation biologisen merkityksen lisäksi tutkijat ovat löytäneet prosessille sovelluksen useilla lääketieteen ja tieteen aloilla. Jos biologiassa replikaatio on DNA:n päällekkäisyyttä, niin laboratoriossa nukleiinihappomolekyylien lisääntymistä käytetään useiden tuhansien kopioiden luomiseen.
Tätä menetelmää kutsutaan polymeraasiketjureaktioksi (PCR). Tämän prosessin mekanismi on samanlainen kuin replikaatio in vivo, joten sen kulkuun käytetään samanlaisia entsyymejä ja puskurijärjestelmiä.
Johtopäätökset
Replikaatiolla on suuri biologinen merkitys eläville organismeille. Geneettisen tiedon siirto solunjakautumisen aikana ei ole täydellistä ilman DNA-molekyylien päällekkäisyyttä, joten entsyymien koordinoitu työ on tärkeää kaikissa vaiheissa.
