Jak se vyskytuje replikace DNA?

DNA je spolehlivým repozitářem genetické informace. Je však nutné nejen udržet ji v bezpečí, ale i poslat ji potomkům. Z toho závisí míra přežití. Koneckonců, rodiče musí předávat dětem všechno, co v průběhu evoluce dosáhli. Obsahuje vše od počtu končetin po barvu očí. Samozřejmě, mikroorganismy mají o tuto informaci mnohem méně, ale musí být také přeneseny. K tomu se buňka rozdělí. Chcete-li dostat genetickou informaci do obou dceřiných buněk, musí být zdvojnásobeno, tento proces se nazývá "DNA replikace". Stává se to dříve buněčné dělení, bez ohledu na kterou z nich. Může to být bakterie, která se rozhodla množit. Nebo to může být růst nové kůže v místě řezu. Proces zdvojnásobení deoxyribonukleové kyseliny musí být jasně regulován a dokončen před zahájením dělení buněk.

Kde je zdvojnásobení

Replikace DNA probíhá přímo v jádru (v eukaryotách) nebo v cytoplazmě (v prokaryotách). Nukleová kyselina se skládá z nukleotidů - adeninu, thyminu, cytosinu a guaninu. Oba řetězce molekuly jsou postaveny podle principu komplementarity: thymin odpovídá adeninu v jednom řetězci a cytosin odpovídá guaninu. Zdvojení molekuly musí probíhat takovým způsobem, aby se v dceřiných šroubovicích zachovala i zásada komplementarity.

Spusťte replikaci - zahájení

Deoxyribonukleová kyselina je dvouvláknová šroubovice. Replikace DNA probíhá dokončením dceřiných řetězců podél každého rodičovského řetězce. Aby byla tato syntéza možná, je třeba, aby spirály byly "rozpojeny" a řetězy by měly být od sebe odděleny. Tato role je prováděna helikázou - točí spirálu kyseliny deoxyribonukleové, otáčí se vysokou rychlostí. Počátek zdvojování DNA nemůže začít z žádného místa, takový komplexní proces vyžaduje určitou část molekuly - místo iniciování replikace. Po stanovení počátečního bodu zdvojení a helikase začala pracovat na rozložení šroubovice, řetězce DNA se rozbíhají po stranách a vytvářejí replikační vidlici. Sedí DNA polymeráza. Jsou to oni, kteří budou syntetizovat dětské řetězy.

Prodloužení

V jedné molekule deoxyribonukleové kyseliny se může vytvořit od 5 do 50 replikačních vidlí. Syntéza dceřiných řetězců se objevuje současně v několika oblastech molekuly. Není však snadné doplnit doplňkové nukleotidy. Řetězy nukleové kyseliny proti sobě navzájem. Různá orientace rodičovského řetězce ovlivňuje zdvojnásobení, což vedlo ke složitému mechanismu replikace DNA. Jeden z řetězců je dceřinou společností průběžně doplněn a nazývá se vedoucím. Je pravda, protože polymeráza je velmi vhodná pro připojení volného nukleotidu k 3'-OH konci předchozího. Tato syntéza je kontinuální, na rozdíl od procesu na druhém řetězci.

Omezený řetězec, úlomky O'Kazakiho

U druhého řetězce existují potíže, protože existuje volný 5'-konec, na který není možné připojit volný nukleotid. Potom na druhé straně působí DNA polymeráza. Za účelem dokončení dětského řetězce je vytvořen primer, který je doplňkový k mateřskému řetězci. Vzniká na nejvíce replikačních zátkách. Od něj začíná syntéza malého kusu, ale na "pravé" cestě - navázání nukleotidů nastalo na 3'-konci. Takže dokončení řetězce u druhé dceřiné šroubovice probíhá přerušovaně a má směr opačný k pohybu replikační vidlice. Tyto fragmenty byly nazývány fragmenty O'Kazaki, mají délku přibližně 100 nukleotidů. Poté, co byl fragment dokončen na předchozí hotový kus, jsou primery vyříznuty speciálním enzymem, místo výřezu je vyplněno chybějícími nukleotidy.

Ukončení

Zdvojení je dokončeno, když obě řetězce dokončily výstavbu svých dětí a všechny fragmenty O'Kazaki jsou spojeny dohromady. V eukaryotách replikace DNA končí, když se replikační vidlice vzájemně setkávají. A v prokaryotách je tato molekula kruhová a proces jejího zdvojování nastává bez toho, aby nejprve řetězec přerušil. Ukázalo se, že všechna deoxyribonukleová kyselina je jeden velký replikon. A zdvojnásobení končí, když se na opačné straně kroužku objeví replikační vidle. Po ukončení replikace musí být oba řetězce mateřské deoxyribonukleové kyseliny navzájem propojeny zpět, po kterém se oba molekuly zkroutit před tvorbou superspirálů. Dochází k další methylaci obou. Molekuly DNA na adeninu v grafu-GATZ-. Toto neodpojuje řetězy a nenarušuje jejich komplementaritu. To je nezbytné pro skládání molekul do chromozomů, stejně jako pro regulaci čtení genů.

Rychlost a přesnost replikace

Druhá fáze zdvojování (prodloužení) DNA probíhá rychlostí přibližně 700 nukleotidů za sekundu. Pokud připomínáme, že existuje 10 párů monomerů na rotaci nukleové kyseliny, ukazuje se, že během "odvíjení" se molekula otáčí frekvencí 70 otáček za sekundu. Pro porovnání: rychlost otáčení chladiče v počítačové jednotce je přibližně 500 otáček za sekundu. Ale i přes vysoké rychlosti, DNA polymeráza téměř nikdy nedělá chybu. Koneckonců, ona jen zvedá komplementární nukleotidy. Ale i kdyby udělala chybu, DNA polymeráza to rozpozná, ustoupí krok, odtrhne nesprávný monomer a nahradí ho správným. Mechanismus replikace DNA je velmi komplikovaný, ale dokázali jsme zjistit hlavní body. Je důležité pochopit jeho význam jak pro mikroorganismy, tak pro mnohobuněčné tvory.