Kako poteka replikacija DNK?

19. 6. 2019

DNA je zanesljivo skladišče genetskih informacij. Vendar je nujno ne le, da se ohrani na varnem, temveč tudi prenese na potomce. Od tega je odvisno stopnjo preživetja. Navsezadnje morajo starši prenesti na otroke vse, kar so dosegli v evoluciji. Vsebuje vse, od števila okončin do barve oči. Seveda imajo ti mikroorganizmi veliko manj informacij, vendar jih je treba tudi prenesti. Za to se celica deli. Da bi dobili genetsko informacijo za obe hčerinski celici, jo je treba podvojiti, ta proces se imenuje "replikacija DNK". To se dogaja že prej delitev celic, ne glede na to. Lahko je bakterija, ki se je odločila za razmnoževanje. Ali pa je lahko rast nove kože na mestu rezanja. Proces podvojitve deoksiribonukleinske kisline mora biti jasno urejen in zaključen pred začetkom delitve celic.

DNA 400 * 300

Kje je podvojitev

Replikacija DNA poteka neposredno v jedru (v evkariontih) ali v citoplazmi (v prokariotih). Nukleinska kislina je sestavljena iz nukleotidov - adenina, timina, citozina in gvanina. Obe verigi molekule sta zgrajeni v skladu z načelom komplementarnosti: timin ustreza adeninu v eni verigi, citozin pa ustreza gvaninu. Podvojitev molekule mora potekati tako, da se načelo komplementarnosti ohrani tudi v hčerinskih vijačnicah.

Delitev celic

Začni replikacijo - iniciacijo

Deoksiribonukleinska kislina je dvojna vijačnica. Replikacija DNK se zgodi z dokončanjem hčerinskih verig po vsaki starševski verigi. Da bi bila ta sinteza mogoča, je treba spirale "razpletati", verige pa ločiti druga od druge. To vlogo opravlja helicaza - vrti spiralo deoksiribonukleinske kisline, ki se vrti z veliko hitrostjo. Začetek podvajanja DNK se ne more začeti z nobenega mesta, saj tako kompleksen proces zahteva določen del molekule - mesto za začetek replikacije. Ko je bila določena začetna točka podvojitve in helikaza začela delati na razpršitvi vijačnice, se verige DNK razhajajo na straneh in tvorijo replikativno vilico. Sedijo na DNA polimerazi. Prav oni bodo sintetizirali otroške verige. Ustvarjanje replikativne vilice

Raztezek

Stalna sinteza na eni verigi in ustvarjanje fragmentov O

V eni molekuli deoksiribonukleinske kisline lahko nastane od 5 do 50 replikativnih vilic. Sinteza hčerinskih verig poteka istočasno v več regijah molekule. Vendar komplementarnih nukleotidov ni lahko dopolniti. Verige nukleinske kisline antiparalelno. Različna orientacija starševske verige vpliva na podvojitev, kar je privedlo do kompleksnega mehanizma replikacije DNK. Eno od verig je odvisna družba neprestano dokončala in se imenuje vodilna. Prav je, ker je polimeraza zelo primerna za pritrditev prostega nukleotida na 3'-OH konec prejšnjega. Ta sinteza je neprekinjena, v nasprotju s postopkom v drugi verigi.

Zapoznela veriga, delci O'Kazakija

Z drugo verigo obstajajo težave, ker obstaja prost 5'-konec, na katerega ni mogoče pritrditi prostega nukleotida. Nato DNA polimeraza deluje na drugi strani. Da bi dokončali otroško verigo, se ustvari primer, ki dopolnjuje starševsko verigo. Oblikuje se na najbolj replikativnih čepih. Iz nje se začne sinteza majhnega kosa, toda na »desni« poti - se zgodi vezava nukleotidov na 3'-konec. Tako se zaključevanje verige pri drugi hčerki hčerki pojavlja v presledkih in ima smer, ki je nasprotna gibanju replikativne vilice. Ti fragmenti so se imenovali O'Kazaki fragmenti, dolgi so okoli 100 nukleotidov. Ko je fragment dokončan do predhodnega dokončanega kosa, se primeri izrežemo s posebnim encimom, kraj izreza pa zapolnimo z manjkajočimi nukleotidi.

Odpoved

Podvojitev je končana, ko sta obe verigi dokončali gradnjo svojih otrok, in vsi O'Kazaki fragmenti so združeni. Pri evkariontih se replikacija DNA konča, ko se replikativne vilice srečajo. In v prokariotih je ta molekula krožna in proces njenega podvajanja se zgodi, ne da bi prej prekinil verigo. Izkazalo se je, da je vsa deoksiribonukleinska kislina ena velika replikona. In podvojitev se konča, ko se na nasprotni strani obroča nahajajo replikativne vilice. Po koncu replikacije se morata obe vrsti staršev deoksiribonukleinske kisline povezati nazaj, potem pa se obe molekuli zavrtita pred nastankom superspiralov. Pojavi se nadaljnje metiliranje obeh. Molekule DNA o adeninu v ploskvi-GATZ-. To ne izključuje verig in ne ovira njihovega dopolnjevanja. To je potrebno za zlaganje molekul v kromosome, kot tudi za uravnavanje odčitavanja genov.

Hitrost in natančnost replikacije

Ne bi smelo biti napak!

Druga stopnja podvajanja DNA (raztezek) poteka pri hitrosti okoli 700 nukleotidov na sekundo. Če se spomnimo, da na spin nukleinske kisline obstaja 10 monomernih parov, se izkaže, da se med "odvijanjem" molekula vrti s frekvenco 70 vrtljajev na sekundo. Za primerjavo: hitrost vrtenja hladilnika v računalniški sistemski enoti je približno 500 vrtljajev na sekundo. Ampak kljub visokim stopnjam, DNA polimeraza skoraj nikoli ne naredi napake. Konec koncev, samo pobere komplementarne nukleotide. Toda tudi če naredimo napako, jo DNA polimeraza prepozna, vzame korak nazaj, odtrga napačen monomer in ga nadomesti z desno. Mehanizem replikacije DNK je zelo zapleten, vendar smo lahko ugotovili glavne točke. Pomembno je razumeti njegov pomen tako za mikroorganizme kot za večcelična bitja.