Τα νουκλεϊκά οξέα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της ζωτικής δραστηριότητας των κυττάρων των ζωντανών οργανισμών. Σημαντικός εκπρόσωπος αυτής της ομάδας οργανικών ενώσεων είναι το DNA, το οποίο φέρει όλες τις γενετικές πληροφορίες και είναι υπεύθυνο για την εκδήλωση των απαραίτητων χαρακτηριστικών.
Τι είναι η αναπαραγωγή;
Στη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ποσότητα των νουκλεϊκών οξέων στον πυρήνα, ώστε να μην υπάρξει απώλεια γενετικών πληροφοριών κατά τη διαδικασία. Στη βιολογία, η αντιγραφή είναι ο διπλασιασμός του DNA μέσω της σύνθεσης νέων κλώνων.
Ο κύριος σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι η μεταφορά γενετικών πληροφοριών στα θυγατρικά κύτταρα αμετάβλητα χωρίς μεταλλάξεις.
Ένζυμα και πρωτεΐνες αντιγραφής
Ο διπλασιασμός του μορίου του DNA μπορεί να συγκριθεί με οποιαδήποτε μεταβολική διαδικασία στο κύτταρο, η οποία απαιτεί τις κατάλληλες πρωτεΐνες. Δεδομένου ότι η αντιγραφή είναι ένα σημαντικό συστατικό της κυτταρικής διαίρεσης στη βιολογία, επομένως, πολλά βοηθητικά πεπτίδια εμπλέκονται εδώ.
Η DNA πολυμεράση είναι το πιο σημαντικό ένζυμο αναδιπλασιασμού που ευθύνεταιγια τη σύνθεση της θυγατρικής αλυσίδας του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, στη διαδικασία της αντιγραφής, είναι υποχρεωτική η παρουσία νουκλεϊκών τριφωσφορικών, που φέρνουν όλες τις νουκλεϊκές βάσεις
Αυτές οι βάσεις είναι μονομερή νουκλεϊκών οξέων, επομένως ολόκληρη η αλυσίδα του μορίου είναι κατασκευασμένη από αυτά. Η DNA πολυμεράση είναι υπεύθυνη για τη διαδικασία συναρμολόγησης με τη σωστή σειρά, διαφορετικά όλα τα είδη μεταλλάξεων είναι αναπόφευκτες.
- Η Primase είναι μια πρωτεΐνη που είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό ενός εκκινητή στην αλυσίδα του προτύπου DNA. Αυτός ο εκκινητής ονομάζεται επίσης εκκινητής, έχει τη δομή του RNA. Για το ένζυμο DNA πολυμεράση, η παρουσία αρχικών μονομερών είναι σημαντική, από τα οποία είναι δυνατή η περαιτέρω σύνθεση ολόκληρης της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. Αυτή η λειτουργία εκτελείται από τον εκκινητή και το αντίστοιχο ένζυμο.
- Η ελικάση (ελικάση) σχηματίζει μια διχάλα αντιγραφής, η οποία είναι μια απόκλιση των αλυσίδων μήτρας με το σπάσιμο των δεσμών υδρογόνου. Αυτό διευκολύνει τις πολυμεράσες να πλησιάσουν το μόριο και να ξεκινήσουν τη σύνθεση.
- Τοποϊσομεράση. Εάν φανταστείτε ένα μόριο DNA ως ένα στριμμένο σχοινί, καθώς η πολυμεράση κινείται κατά μήκος της αλυσίδας, θα σχηματιστεί μια θετική τάση λόγω ισχυρής συστροφής. Αυτό το πρόβλημα λύνεται από την τοποϊσομεράση, ένα ένζυμο που σπάει την αλυσίδα για μικρό χρονικό διάστημα και ξεδιπλώνει ολόκληρο το μόριο. Μετά από αυτό, η κατεστραμμένη περιοχή ράβεται ξανά μεταξύ τους και το DNA δεν καταπονείται.
- Οι πρωτεΐνες Ssb προσκολλώνται σαν συστάδες σε κλώνους DNA στη διχάλα αντιγραφής για να αποτρέψουν τον επανασχηματισμό δεσμών υδρογόνου πριν από το τέλος της διαδικασίας αναδιπλασιασμού.
- Ligas. Ενζυμική λειτουργίασυνίσταται στη ραφή θραυσμάτων Okazaki στον υστερούντα κλώνο του μορίου DNA. Αυτό συμβαίνει κόβοντας εκκινητές και εισάγοντας φυσικά μονομερή δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος στη θέση τους.
Στη βιολογία, η αντιγραφή είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων που είναι εξαιρετικά σημαντική στην κυτταρική διαίρεση. Επομένως, η χρήση διαφόρων πρωτεϊνών και ενζύμων είναι απαραίτητη για αποτελεσματική και σωστή σύνθεση.
Μηχανισμός αναδιπλασιασμού
Υπάρχουν 3 θεωρίες που εξηγούν τη διαδικασία διπλασιασμού του DNA:
- Το Conservative δηλώνει ότι ένα θυγατρικό μόριο του νουκλεϊκού οξέος έχει φύση μήτρας και το δεύτερο συντίθεται πλήρως από την αρχή.
- Ημι-συντηρητικό που προτάθηκε από τους Watson και Crick και επιβεβαιώθηκε το 1957 σε πειράματα στο E. Coli. Αυτή η θεωρία λέει ότι και τα δύο θυγατρικά μόρια DNA έχουν έναν παλιό κλώνο και έναν νεοσυντιθέμενο.
- Ο μηχανισμός διασποράς βασίζεται στη θεωρία ότι τα θυγατρικά μόρια έχουν εναλλασσόμενες τομές σε όλο τους το μήκος, που αποτελούνται τόσο από παλιά όσο και από νέα μονομερή.
Τώρα επιστημονικά αποδεδειγμένο ημισυντηρητικό μοντέλο. Τι είναι η αντιγραφή σε μοριακό επίπεδο; Στην αρχή, η ελικάση σπάει τους δεσμούς υδρογόνου του μορίου του DNA, ανοίγοντας έτσι και τις δύο αλυσίδες για το ένζυμο πολυμεράση. Οι τελευταίοι, μετά το σχηματισμό των σπόρων, ξεκινούν τη σύνθεση νέων αλυσίδων προς την κατεύθυνση 5'-3'.
Η ιδιότητα του αντιπαραλληλισμού του DNA είναι ο κύριος λόγος για τον σχηματισμό κορυφαίων και καθυστερημένων κλώνων. Στον προπορευόμενο κλώνο, η DNA πολυμεράση κινείται συνεχώς, ενώ στην υστέρησησχηματίζει θραύσματα Okazaki, τα οποία θα ενωθούν μεταξύ τους με λιγάση στο μέλλον.
Δυνατότητες αναπαραγωγής
Πόσα μόρια DNA υπάρχουν στον πυρήνα μετά την αντιγραφή; Η ίδια η διαδικασία συνεπάγεται διπλασιασμό του γενετικού συνόλου του κυττάρου, επομένως, κατά τη συνθετική περίοδο της μίτωσης, το διπλοειδές σύνολο έχει διπλάσια μόρια DNA. Μια τέτοια καταχώρηση συνήθως επισημαίνεται ως 2n 4c.
Εκτός από τη βιολογική έννοια της αντιγραφής, οι επιστήμονες έχουν βρει εφαρμογή της διαδικασίας σε διάφορους τομείς της ιατρικής και της επιστήμης. Εάν στη βιολογία η αντιγραφή είναι ο διπλασιασμός του DNA, τότε στο εργαστήριο, η αναπαραγωγή μορίων νουκλεϊκού οξέος χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πολλών χιλιάδων αντιγράφων.
Αυτή η μέθοδος ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR). Ο μηχανισμός αυτής της διαδικασίας είναι παρόμοιος με τον αναδιπλασιασμό in vivo, επομένως, παρόμοια ένζυμα και ρυθμιστικά συστήματα χρησιμοποιούνται για την πορεία της.
Συμπεράσματα
Ο αναδιπλασιασμός έχει μεγάλη βιολογική σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς. Η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας κατά τη διαίρεση των κυττάρων δεν είναι πλήρης χωρίς διπλασιασμό των μορίων DNA, επομένως η συντονισμένη εργασία των ενζύμων είναι σημαντική σε όλα τα στάδια.
