Στη μοριακή γενετική, οι διαδικασίες της σύνθεσης DNA, RNA και πρωτεϊνών χωρίζονται σε τρία στάδια για ευκολία στην περιγραφή: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. Αυτά τα στάδια περιγράφουν διαφορετικούς μηχανισμούς για διαφορετικά συντιθέμενα μόρια, ωστόσο, σημαίνουν πάντα την αρχή, την πορεία της διαδικασίας και το τέλος. Ο τερματισμός της αντιγραφής είναι το τέλος της σύνθεσης των μορίων DNA.
Ο βιολογικός ρόλος του τερματισμού
Η έναρξη και ο τερματισμός είναι τα αρχικά και τελικά όρια της ανάπτυξης της συντιθέμενης αλυσίδας, η οποία πραγματοποιείται στο στάδιο της επιμήκυνσης. Η ολοκλήρωση της διαδικασίας συνήθως συμβαίνει εκεί όπου τελειώνει η βιολογική σκοπιμότητα της περαιτέρω σύνθεσης (για παράδειγμα, στη θέση του τέλους του αντιγράφου ή του μεταγραφονίου). Ταυτόχρονα, ο τερματισμός εκτελεί 2 σημαντικές λειτουργίες:
- δεν επιτρέπει τη σύνθεση να υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο τμήμα της αλυσίδας του πίνακα;
- απελευθερώνει το βιοσυνθετικό προϊόν.
Έτσι, για παράδειγμα, στη διαδικασία μεταγραφής (σύνθεση RNA με βάση ένα πρότυπο DNA), ο τερματισμός δεν επιτρέπει στη διαδικασία να περάσει τα όρια ενός συγκεκριμένου γονιδίου ή οπερονίου. ΣΤΟΔιαφορετικά, το σημασιολογικό περιεχόμενο του αγγελιαφόρου RNA θα παραβιαζόταν. Στην περίπτωση της σύνθεσης DNA, ο τερματισμός διατηρεί τη διαδικασία σε ένα μόνο αντίγραφο.
Έτσι, ο τερματισμός είναι ένας από τους μηχανισμούς για τη διατήρηση της απομόνωσης και της τάξης της βιοσύνθεσης διαφόρων τμημάτων μορίων μήτρας. Επιπλέον, η απελευθέρωση του προϊόντος επιτρέπει στο τελευταίο να εκτελέσει τις λειτουργίες του και επίσης επαναφέρει το σύστημα στην αρχική του κατάσταση (αποκόλληση συμπλεγμάτων ενζύμων, αποκατάσταση της χωρικής δομής της μήτρας κ.λπ.).
Τι είναι ο τερματισμός της σύνθεσης DNA
Η σύνθεση DNA λαμβάνει χώρα κατά την αντιγραφή, τη διαδικασία διπλασιασμού του γενετικού υλικού σε ένα κύτταρο. Σε αυτή την περίπτωση, το αρχικό DNA ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα του χρησιμεύει ως πρότυπο για μια νέα (κόρη). Ως αποτέλεσμα, δύο πλήρη μόρια DNA σχηματίζονται στη θέση μιας δίκλωνης έλικας. Ο τερματισμός (τέλος) αυτής της διαδικασίας σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες συμβαίνει διαφορετικά λόγω κάποιων διαφορών στους μηχανισμούς αντιγραφής των χρωμοσωμάτων και στο νουκλεοειδές των κυττάρων χωρίς πυρήνα.
Πώς λειτουργεί η αναπαραγωγή
Ένα ολόκληρο σύμπλεγμα πρωτεϊνών εμπλέκεται στην αντιγραφή. Η κύρια λειτουργία εκτελείται από το ένζυμο σύνθεσης, την πολυμεράση DNA, η οποία καταλύει το σχηματισμό φωσφοδιεστερικών δεσμών μεταξύ των νουκλεοτιδίων της αναπτυσσόμενης αλυσίδας (τα τελευταία επιλέγονται σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας). Για να αρχίσει να λειτουργεί, η πολυμεράση DNA απαιτεί έναν εκκινητή - έναν εκκινητή που συντίθεται από την πριμάση DNA.
Αυτό το συμβάν προηγείται από το ξετύλιγμα του DNA και τον διαχωρισμό των αλυσίδων του,καθένα από τα οποία χρησιμεύει ως μήτρα για σύνθεση. Δεδομένου ότι το τελευταίο μπορεί να συμβεί μόνο από το 5' έως το 3' άκρο, ο ένας κλώνος γίνεται οδηγός (η σύνθεση προχωρά προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός και συνεχώς) και ο άλλος κλώνος καθυστερεί (η διαδικασία πραγματοποιείται προς την αντίθετη κατεύθυνση και αποσπασματικά). Το κενό μεταξύ των θραυσμάτων επιδιορθώνεται στη συνέχεια με λιγάση DNA.
Το ξετύλιγμα της διπλής έλικας πραγματοποιείται από το ένζυμο ελικάση DNA. Αυτή η διαδικασία σχηματίζει μια δομή σε σχήμα Υ που ονομάζεται διχάλα αντιγραφής. Οι μονόκλωνες περιοχές που προκύπτουν σταθεροποιούνται από τις λεγόμενες πρωτεΐνες SSB.
Ο τερματισμός είναι η διακοπή της σύνθεσης του DNA, η οποία συμβαίνει είτε ως αποτέλεσμα της συνάντησης των διχάλων αντιγραφής είτε όταν φτάσετε στο τέλος του χρωμοσώματος.
Μηχανισμός τερματισμού σε προκαρυώτες
Η ολοκλήρωση της αντιγραφής στους προκαρυώτες συμβαίνει στο κατάλληλο σημείο του γονιδιώματος (θέση τερματισμού) και καθορίζεται από δύο παράγοντες:
- συνάντηση πιρουνιού αναπαραγωγής;
- ter-sites.
Η συνάντηση των διχάλων συμβαίνει εάν το μόριο DNA έχει κλειστό κυκλικό σχήμα, το οποίο είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων προκαρυωτικών. Ως αποτέλεσμα της συνεχούς σύνθεσης, τα 3' και 5' άκρα κάθε αλυσίδας συνδέονται. Για αναπαραγωγή μονής κατεύθυνσης, το σημείο αντιστοίχισης είναι το ίδιο με το σημείο προέλευσης (OriC). Σε αυτή την περίπτωση, η συντιθέμενη αλυσίδα, όπως ήταν, περιστρέφεται γύρω από το μόριο του δακτυλίου, επιστρέφοντας στο σημείο εκκίνησης και συναντώντας το 5'-άκρο του εαυτού της. Με αμφίδρομη αναπαραγωγή (η σύνθεση προχωρά ταυτόχρονα σε δύο κατευθύνσεις από το σημείο OriC), η συνάντησηπιρούνια και η σύνδεση των άκρων γίνεται στη μέση του μορίου του δακτυλίου.
Η σύζευξη των δακτυλίων πραγματοποιείται με DNA λιγάση. Αυτό σχηματίζει μια δομή που ονομάζεται καθήκαν. Εισάγοντας ένα σπάσιμο ενός κλώνου, η γυράση DNA σπάει τους δακτυλίους και η διαδικασία αντιγραφής ολοκληρώνεται.
Οι Ter-sites συμμετέχουν επίσης στην αναπαραγωγή. Βρίσκονται 100 ζεύγη βάσεων πέρα από το σημείο που συναντώνται τα πιρούνια. Αυτές οι περιοχές περιέχουν μια σύντομη αλληλουχία (23 bp) στην οποία συνδέεται το πρωτεϊνικό προϊόν του γονιδίου tus, εμποδίζοντας την περαιτέρω προώθηση της διχάλας αντιγραφής.
Τερματισμός αντιγραφής σε ευκαρυωτικό κύτταρο
Και η τελευταία στιγμή. Στους ευκαρυώτες, ένα χρωμόσωμα περιέχει πολλά σημεία έναρξης αντιγραφής και ο τερματισμός συμβαίνει σε δύο περιπτώσεις:
- όταν οι περόνες που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται;
- αν φτάσει το τέλος του χρωμοσώματος.
Στο τέλος της διαδικασίας, τα διαχωρισμένα μόρια DNA συνδέονται με χρωμοσωμικές πρωτεΐνες και κατανέμονται τακτικά μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.
