DNA-molekyyli on kromosomista löytyvä rakenne. Yksi kromosomi sisältää yhden tällaisen molekyylin, joka koostuu kahdesta juosteesta. DNA:n replikaatio on tiedon siirtoa lankojen itsensä lisääntymisen jälkeen molekyylistä toiseen. Se on luontainen sekä DNA:lle että RNA:lle. Tässä artikkelissa käsitellään DNA:n replikaatioprosessia.
Yleistä tietoa ja DNA-synteesin tyypit
On tunnettua, että molekyylin langat ovat kierrettyjä. Kuitenkin, kun DNA-reuplikaatioprosessi alkaa, ne despiralisoituvat, siirtyvät sitten sivuille ja jokaiselle syntetisoidaan uusi kopio. Valmistuttuaan ilmestyy kaksi täysin identtistä molekyyliä, joista jokainen sisältää äiti- ja tytärlangan. Tätä synteesiä kutsutaan puolikonservatiiviseksi. DNA-molekyylit siirtyvät pois, mutta pysyvät yhdessä sentromeerissä, ja lopulta eroavat vasta, kun tämä sentromeeri alkaa jakautua.
Toista synteesiä kutsutaan reparatiiviseksi. Hän, toisin kuin edellinen,liittyy mihin tahansa soluvaiheeseen, mutta alkaa DNA-vaurion tapahtuessa. Jos ne ovat liian laajoja, solu lopulta kuolee. Jos vaurio on kuitenkin paikallinen, se voidaan korjata. Ongelmasta riippuen yksi tai kaksi DNA-juostetta voidaan palauttaa. Tämä, kuten sitä myös kutsutaan, suunnittelematon synteesi ei vie kauan eikä vaadi suuria energiakustannuksia.
Mutta kun DNA:n replikaatio tapahtuu, kuluu paljon energiaa, materiaalia, sen kesto venyy tunteja.
Uudelleenkopiointi on jaettu kolmeen jaksoon:
- aloitus;
- pidennys;
- päättäminen.
Katsotaanpa tätä DNA-pelkistyssekvenssiä tarkemmin.
Aloitus
Ihmisen DNA:ssa on useita kymmeniä miljoonia emäspareja (eläimissä niitä on vain satayhdeksän). DNA:n lisääntyminen alkaa monista kohdista ketjussa seuraavista syistä. Suunnilleen samaan aikaan transkriptio tapahtuu RNA:ssa, mutta se suspendoituu joihinkin erillisiin paikkoihin DNA-synteesin aikana. Siksi ennen tällaista prosessia solun sytoplasmaan kertyy riittävä määrä ainetta geenin ilmentymisen ylläpitämiseksi ja jotta solun elintoiminto ei häiriinny. Tämän vuoksi prosessi tulisi suorittaa mahdollisimman nopeasti. Tänä aikana lähetys suoritetaan, eikä transkriptiota suoriteta. Tutkimukset ovat osoittaneet, että DNA:n reduplikaatio tapahtuu kerralla useissa tuhansissa pisteissä - pienillä alueilla, joilla on tiettynukleotidisekvenssi. Niihin liittyvät erityiset initiaattoriproteiinit, joihin vuorostaan liittyvät muut DNA:n replikaation entsyymit.
DNA-fragmenttia, jossa synteesi tapahtuu, kutsutaan replikoniksi. Se alkaa aloituspisteestä ja päättyy, kun entsyymi saa päätökseen replikaation. Replikoni on itsenäinen ja tarjoaa myös koko prosessin omalla tuella.
Prosessi ei ehkä aloita kaikista pisteistä kerralla, jossain se alkaa aikaisemmin, jossain myöhemmin; voi virrata yhteen tai kahteen vastakkaiseen suuntaan. Tapahtumat syntyvät seuraavassa järjestyksessä:
- replikointihaarukka;
- RNA-aluke.
Replikointihaarukka
Tämä osa on prosessi, jolla deoksiribonukleiinijuosteet syntetisoidaan irrotetuissa DNA-juosteissa. Haarukat muodostavat niin sanotun replikaatiosilmän. Prosessia edeltää sarja toimintoja:
- vapautuminen sitoutumisesta histoneihin nukleosomissa - DNA:n replikaatioentsyymit, kuten metylaatio, asetylaatio ja fosforylaatio, tuottavat kemiallisia reaktioita, jotka saavat proteiinit menettämään positiivisen varauksensa, mikä helpottaa niiden vapautumista;
- despiralisointi on purkamista, joka on tarpeen lankojen vapauttamiseksi edelleen;
- vetysidosten rikkominen DNA-säikeiden välillä;
- niiden eroavaisuudet molekyylin eri suuntiin;
- kiinnitys SSB-proteiineilla.
RNA-aluke
Synteesi suoritetaanentsyymi nimeltä DNA-polymeraasi. Hän ei kuitenkaan voi käynnistää sitä itse, joten muut entsyymit tekevät sen - RNA-polymeraasit, joita kutsutaan myös RNA-alukkeiksi. Ne syntetisoidaan rinnakkain deoksiribonukleiinijuosteiden kanssa komplementaarisen periaatteen mukaisesti. Siten aloitus päättyy kahden RNA-alukkeen synteesiin kahdessa DNA-juosteessa, jotka ovat katkenneet ja irronneet eri suuntiin.
Pidentymä
Tämä jakso alkaa nukleotidin ja RNA-alukkeen 3'-pään lisäämisellä, jonka suorittaa jo mainittu DNA-polymeraasi. Ensimmäiseen hän kiinnittää toisen, kolmannen nukleotidin ja niin edelleen. Uuden juosteen emäkset on liitetty emoketjuun vetysidoksilla. Uskotaan, että filamenttisynteesi etenee 5'-3'-suunnassa.
Missä se tapahtuu replikointihaarukkaa kohti, synteesi etenee jatkuvasti ja pitenee sen tehdessään. Siksi tällaista lankaa kutsutaan johtavaksi tai johtavaksi. RNA-alukkeita ei enää muodostu siihen.
Kuitenkin vastakkaisessa äidin juosteessa DNA-nukleotidit jatkavat kiinnittymistä RNA-alukkeeseen, ja deoksiribonukleiiniketju syntetisoituu vastakkaiseen suuntaan kuin reduplikaatiohaarukka. Tässä tapauksessa sitä kutsutaan lagging tai lagging.
Myöhässä olevalla juosteella synteesi tapahtuu fragmentaarisesti, jolloin yhden osan lopussa synteesi alkaa toisesta lähellä olevasta kohdasta käyttämällä samaa RNA-aluketta. Siten jäljessä olevassa juosteessa on kaksi fragmenttia, jotka on yhdistetty DNA:lla ja RNA:lla. Niitä kutsutaan Okazaki-fragmenteiksi.
Sitten kaikki toistuu. Sitten toinen kierteen käännös purkautuu, vetysidokset katkeavat, säikeet hajaantuvat sivuille, johtava juoste pitenee, seuraava RNA-alukkeen fragmentti syntetisoidaan jäljessä olevalle, jonka jälkeen Okazaki-fragmentti. Sen jälkeen jäljessä olevalla juosteella RNA-alukkeet tuhotaan ja DNA-fragmentit yhdistetään yhdeksi. Joten tällä piirillä tapahtuu samanaikaisesti:
- uusien RNA-alukkeiden muodostuminen;
- Okazaki-fragmenttien synteesi;
- RNA-alukkeiden tuhoaminen;
- yhdistyminen yhdeksi ketjuksi.
Päättäminen
Prosessi jatkuu, kunnes kaksi replikointihaarukkaa kohtaavat tai toinen niistä saavuttaa molekyylin pään. Kun haarukat kohtaavat, DNA:n tytärsäikeet yhdistetään entsyymin avulla. Jos haarukka on siirtynyt molekyylin päähän, DNA:n replikaatio päättyy erityisten entsyymien avulla.
Korjaus
Tässä prosessissa reduplikoinnin ohjaukselle (tai korjaukselle) annetaan tärkeä rooli. Kaikki neljä nukleotidityyppiä syötetään synteesikohtaan, ja DNA-polymeraasi valitsee tarvittavat koeparit.
Halutun nukleotidin on kyettävä muodostamaan yhtä monta vetysidosta kuin sama nukleotidi DNA-templaattijuosteessa. Lisäksi sokeri-fosfaattirunkojen välillä on oltava tietty vakioetäisyys, joka vastaa kolmea rengasta kahdessa emäksessä. Jos nukleotidi ei täytä näitä vaatimuksia, yhteyttä ei tapahdu.
Valvonta suoritetaan ennen sen sisällyttämistä ketjuun ja ennenseuraavan nukleotidin sisällyttäminen. Sen jälkeen sokerifosfaatin runkoon muodostuu sidos.
Mutaatiovariaatio
DNA:n replikaation mekanismissa on korkeasta tarkkuusprosentista huolimatta säikeissä aina häiriöitä, joita kutsutaan pääasiassa "geenimutaatioiksi". Noin tuhannessa emäsparissa on yksi virhe, jota kutsutaan konvarianttireduplikaatioksi.
Se tapahtuu useista syistä. Esimerkiksi korkealla tai liian pienellä nukleotidipitoisuudella, sytosiinin deaminaatiolla, mutageenien läsnäololla synteesialueella ja paljon muuta. Joissakin tapauksissa virheet voidaan korjata korjausprosesseilla, toisissa korjaaminen on mahdotonta.
Jos vaurio on koskettanut ei-aktiivista paikkaa, virheellä ei ole vakavia seurauksia DNA:n replikaatioprosessin aikana. Tietyn geenin nukleotidisekvenssi voi ilmetä yhteensopimattomuudella. Silloin tilanne on erilainen, ja sekä tämän solun että koko organismin kuolemasta voi tulla negatiivinen tulos. On myös otettava huomioon, että geenimutaatiot perustuvat mutaatioiden vaihteluun, mikä tekee geenipoolista plastisemman.
Metylaatio
Synteesin aikana tai välittömästi sen jälkeen tapahtuu ketjumetylaatiota. Uskotaan, että ihmisillä tämä prosessi on välttämätön kromosomien muodostamiseksi ja geenin transkription säätelemiseksi. Bakteereissa tämä prosessi suojaa DNA:ta entsyymien katkaisemiselta.
