DNA kopiointi

Deoksiribonukleiinihappo eli DNA ( DNA on sen lyhenne englanniksi) muodostaa jokaisen solun identiteetin, koska se on sen geneettinen materiaali. Kun solu jakautuu kahdeksi soluksi joko mitoosin tai meioosin kautta, biomolekyylien ja organellien on kaksinkertaistettava jokainen uusi solu. Eukaryoottisoluissa DNA löytyy solun ytimestä, ja se täytyy replikoida tarkasti, jotta varmistetaan, että kaksi uutta solua ovat identtisiä niiden synnyttäneen solun kanssa ja että niillä on oikea määrä kromosomeja. DNA:n monistumisprosessia kutsutaan  replikaatioksi .; se on olennainen prosessi solujen kasvussa ja lisääntymisessä sekä solujen korjausprosesseissa. DNA:n replikaatioprosessissa on useita vaiheita, ja se sisältää erilaisia ​​proteiineja, joita kutsutaan replikaatioentsyymeiksi , sekä RNA:ta , ribonukleiinihappoa.  Eukaryoottisoluissa , soluissa, jotka muodostavat eläimiä ja kasveja, DNA:n replikaatio tapahtuu solusyklin S-vaiheessa .

Nämä ovat DNA-replikaation tärkeimmät näkökohdat:

• Deoksiribonukleiinihappo, joka tunnetaan yleisesti nimellä DNA, on nukleiinihappo, jossa on kolme pääkomponenttia: sokeri, deoksiriboosi; fosfaattiryhmä; ja typpipitoinen emäs.
• Koska DNA sisältää organismin geneettistä materiaalia, on tärkeää, että se kopioidaan tarkasti solun jakautuessa. Monimutkaista biokemiallista prosessia, joka johtaa DNA:n kopioimiseen, kutsutaan replikaatioksi.
• Replikaatioon kuuluu identtisten DNA-juosteiden tuottaminen kaksoiskierre-DNA-molekyylistä.
• Entsyymit ovat elintärkeitä DNA:n replikaatiolle, koska ne katalysoivat prosessin erittäin tärkeitä vaiheita.
• Yleinen DNA:n replikaatioprosessi on erittäin tärkeä sekä solujen kasvulle että organismien lisääntymiselle. Se on myös elintärkeä solujen korjausprosessissa.

dna:n rakenne

DNA tai deoksiribonukleiinihappo on eräänlainen molekyyli, joka tunnetaan nukleiinihappona. Se koostuu deoksiriboosista, sokerista, jossa on viisi hiiliatomia (C ₅ H ₁₀ O ₄ ), fosfaatista ja typpipitoisesta emäksestä. DNA koostuu kahdesta spiraalinmuotoisesta nukleiinihappojuosteesta, jotka on liitetty yhteen kaksoiskierteen muodostamiseksi. Kietoutunut heliksimuoto mahdollistaa sen, että DNA on kromatiiniksi kutsuttu molekyyli ja se on kromosomien komponentti. Ennen DNA:n replikaatiota kromatiini avautuu, jolloin DNA-säikeiden solureplikaatioprosessit voivat ottaa vallan.

Valmistautuminen replikointiin

Vaihe 1: replikointihaarukan muodostus

Ennen kuin DNA:n replikaatioprosessi alkaa, sen muodostavat kaksi toisiinsa kietoutunutta juostetta on erotettava. DNA koostuu neljästä emäksestä, joita kutsutaan adeniiniksi (A), tymiiniksi (T), sytosiiniksi (C) ja guaniiniksi (G), jotka on järjestetty pareiksi, jotka yhdistävät kaksi ketjua yhteen muodostaen siltoja. Adeniini sitoutuu vain tymiiniin ja sytosiini vain guaniiniin. Kahden DNA-juosteen erottamiseksi nämä emästen muodostamat sillat on murrettava. Tämän prosessin suorittaa DNA-helikaasi-niminen entsyymi. DNA-helikaasi katkaisee peräkkäin vetysidoksen emästen välillä, jotka muodostavat kunkin sillan näiden kahden säikeen välillä, vetäen ne erilleen ja muuttaen samalla kaksoiskierteen Y-muotoiseksi haarautumiskokoonpanoksi, joka tunnetaan replikaatiohaarukana, kuten kuvassa näkyy. kuva.

Ketjujen erottelun seurauksena ja ottaen huomioon, että siltoja muodostavat pohjat ovat jokaisessa ketjussa erilaiset, kukin on jakautumisen jälkeen eri koostumuksella. Sillan pää, joka jää jokaiseen säikeeseen erotuksen jälkeen, ilmaistaan ​​5′ tai 3′. 5′-päässä on fosfaattiryhmä (P), kun taas 3′-päässä on hydroksyyliryhmä (OH). Tämä suuntaus on tärkeä replikointiprosessissa, koska se tapahtuu vain 5′ – 3′ suunnassa. Kuitenkin, kuten todettiin, jaon haarautuminen tuottaa eri päät jokaiseen ketjuun. Yksi merkkijono on suunnattu 3′–5′ suuntaan, johtava merkkijono, kun taas toinen on suunnattu 5′–3′, jäljessä oleva merkkijono. Siksi,

Replikointi alkaa

Vaihe 2: aloitussidonta

Pääketju on helpoin kopioida. Kun DNA-säikeet on erotettu, lyhyt RNA-pala, aloitusmolekyyli, kiinnittyy juosteen 3′-päähän ja tarjoaa replikaation aloituskohdan. Näitä aloitusmolekyylejä tuottaa DNA-primaasientsyymi.

DNA:n replikaatio: elongaatio

Vaihe 3: Pidentäminen

DNA-polymeraaseina tunnetut entsyymit ovat vastuussa uuden juosteen luomisesta prosessin, jota kutsutaan elongaatioksi, kautta. Sekä bakteereissa että ihmissoluissa on viisi erityyppistä DNA-polymeraasia. Bakteereissa, kuten E. colissa, polymeraasi III on tärkein replikaatioentsyymi, kun taas polymeraasi I, II, IV ja V ovat vastuussa ketjussa esiintyvien virheiden tarkistamisesta ja korjaamisesta. DNA-polymeraasi III sitoutuu juosteeseen aloituskohdassa ja alkaa lisätä uusia komplementaarisia emäspareja replikoituvaan juosteeseen. Eukaryoottisoluissa alfa-, delta- ja epsilon-polymeraasit ovat tärkeimmät DNA-replikaatiossa mukana olevat polymeraasit. Koska replikaatio etenee pääsäikeessä 5′-3′-suunnassa, uutta juostetta muodostuu jatkuvasti.

Jäljellä oleva ketju aloittaa replikoinnin useista aloittajista. Jokainen aluke on erotettu useilla emäksillä. DNA-polymeraasi lisää DNA-kappaleita, joita kutsutaan Okazaki-fragmenteiksi, alukkeiden välissä oleviin juosteen osuuksiin. Siten replikointiprosessi on epäjatkuva, koska se vaihtelee ketjun pituuksissa initiaattoreiden välillä.

Vaihe 4: Lopettaminen

Kun jatkuvat ja epäjatkuvat juosteet ovat muodostuneet, eksonukleaasi-niminen entsyymi poistaa kaikki RNA-alukkeet alkuperäisistä juosteista. Nämä alukkeet korvataan sitten vastaavilla emäksillä. Toinen eksonukleaasi oikolukee äskettäin muodostuneen DNA:n varmistaakseen sen poistaen ja korvaamalla kaikki prosessissa mahdollisesti ilmenneet virheet. Toinen entsyymi, nimeltään DNA-ligaasi, yhdistää Okazaki-fragmentit yhdeksi juosteeksi. Lineaariset DNA-päät muodostavat ongelman, koska DNA-polymeraasi voi lisätä nukleotideja vain 5′-3′-suunnassa. Alkujuosteiden päät koostuvat toistuvista DNA-sekvensseistä, joita kutsutaan telomeereiksi. Telomeerit toimivat suojaavina korkina kromosomien päässä estämään lähellä olevien kromosomien fuusioitumista. Erityinen DNA-polymeraasientsyymi, telomeraasi, katalysoi telomeerisekvenssien synteesiä DNA:n päissä. Kun se on valmis, emosäie ja sen komplementaarinen DNA-juoste liitetään yhteen hyvin tunnetulla kaksoiskierteellä. Replikaatioprosessin lopussa syntyy kaksi DNA-molekyyliä, joista jokainen sisältää juosteen alkuperäisestä molekyylistä ja uuden juosteen, joka on tuotettu replikaatioprosessissa.

replikaatioentsyymit

DNA:n replikaatio ei tapahtuisi ilman entsyymien osallistumista, jotka katalysoivat prosessin eri vaiheita. Tärkeimmät entsyymit, jotka osallistuvat eukaryoottisen DNA:n replikaatioprosessiin, ovat:

• DNA-helikaasi: Avaa ja erottaa DNA:n kaksoisjuosteen liikkuessaan molekyylin pituudella. Se muodostaa siten replikaatiohaarukan katkaisemalla vetysidokset, jotka muodostavat siltoja DNA-nukleotidiparien välillä.
• DNA-primaasi: Eräs RNA-polymeraasityyppi, joka tuottaa alukkeita prosessia varten. Alukkeet ovat lyhyitä RNA-molekyylejä, jotka toimivat templaatteina DNA:n replikaation aloituspisteessä.
• DNA-polymeraasit: syntetisoivat uusia DNA-molekyylejä lisäämällä nukleotideja johtaviin ja jäljessä oleviin DNA-juosteisiin.
• Topoisomeraasi tai DNA-gyraasi: Avaa ja kietoa DNA-säikeitä estääkseen DNA:n sotkeutumisen.
• Eksonukleaasit: Ryhmä entsyymejä, jotka poistavat nukleotidiemäksiä DNA-juosteen päästä.
• DNA-ligaasi: yhdistää DNA-fragmentteja muodostaen fosfodiesterisidoksia nukleotidien välille.

Yhteenveto

DNA:n replikaatio on prosessi, joka tuottaa identtiset DNA-säikeet yhdestä kaksoiskierre-DNA-molekyylistä. Jokainen uusi DNA-molekyyli koostuu yhdestä alkuperäisestä molekyylistä peräisin olevasta juosteesta ja yhdestä replikaatioprosessissa muodostuneesta juosteesta. Ennen replikaatiota DNA avautuu ja kaksoiskierteen säikeet erottuvat. Muodostetaan Y-muotoinen replikointihaarukka, joka toimii mallina replikaatiolle. Alukemolekyylit kiinnittyvät erotettuihin DNA-säikeisiin, ja DNA-polymeraasit lisäävät uusia nukleotidisekvenssejä 5′-3′-suunnassa.

Tämä nukleotidien inkorporaatio on jatkuvaa johtavassa juosteessa ja fragmentoitunut jäljessä olevalla juosteella. Kun DNA-säikeiden pidentyminen on valmis, uudet juosteet tarkistetaan virheiden varalta, korjaukset tehdään tarvittaessa ja telomeerisekvenssit lisätään DNA:n päihin.

Suihkulähde

• Reece, Jane B. ja Neil A. Campbell. Campbellin biologia . Benjamin Cummings, 2011.
• Lehninger. Biokemian periaatteet – Omega, 6. painos 2014