Ένα μόριο DNA είναι μια δομή που βρίσκεται σε ένα χρωμόσωμα. Ένα χρωμόσωμα περιέχει ένα τέτοιο μόριο που αποτελείται από δύο κλώνους. Ο αναδιπλασιασμός του DNA είναι η μεταφορά πληροφοριών μετά από αυτο-αναπαραγωγή νημάτων από το ένα μόριο στο άλλο. Είναι εγγενές τόσο στο DNA όσο και στο RNA. Αυτό το άρθρο εξετάζει τη διαδικασία της αναδιπλασιασμού του DNA.
Γενικές πληροφορίες και τύποι σύνθεσης DNA
Είναι γνωστό ότι τα νήματα στο μόριο είναι στριμμένα. Ωστόσο, όταν ξεκινά η διαδικασία αναδιπλασιασμού του DNA, αποσπείρονται, στη συνέχεια μετακινούνται στα πλάγια και ένα νέο αντίγραφο συντίθεται σε κάθε ένα. Με την ολοκλήρωση, εμφανίζονται δύο απολύτως πανομοιότυπα μόρια, καθένα από τα οποία περιέχει ένα νήμα μητέρας και κόρης. Αυτή η σύνθεση ονομάζεται ημι-συντηρητική. Τα μόρια DNA απομακρύνονται, ενώ παραμένουν σε ένα μόνο κεντρομερές, και τελικά αποκλίνουν μόνο όταν αυτό το κεντρομερές αρχίσει να διαιρείται.
Ένας άλλος τύπος σύνθεσης ονομάζεται επανορθωτική. Αυτός, σε αντίθεση με τον προηγούμενο,σχετίζεται με οποιοδήποτε κυτταρικό στάδιο, αλλά ξεκινά όταν συμβεί βλάβη του DNA. Εάν είναι πολύ εκτεταμένα, τότε το κύτταρο τελικά πεθαίνει. Ωστόσο, εάν η βλάβη είναι εντοπισμένη, τότε μπορεί να αποκατασταθεί. Ανάλογα με το πρόβλημα, ένας ή δύο κλώνοι DNA υπόκεινται σε αποκατάσταση. Αυτή, όπως αποκαλείται επίσης, η απρογραμμάτιστη σύνθεση δεν διαρκεί πολύ και δεν απαιτεί μεγάλο ενεργειακό κόστος.
Όταν όμως συμβαίνει αναδιπλασιασμός του DNA, καταναλώνεται πολλή ενέργεια, υλικό, η διάρκειά του εκτείνεται για ώρες.
Η επανάληψη χωρίζεται σε τρεις περιόδους:
- έναρξη;
- επιμήκυνση;
- τερματισμός.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτήν την αλληλουχία αναδιπλασιασμού του DNA.
Μύηση
Υπάρχουν αρκετές δεκάδες εκατομμύρια ζεύγη βάσεων στο ανθρώπινο DNA (υπάρχουν μόνο εκατόν εννέα στα ζώα). Ο αναδιπλασιασμός του DNA ξεκινά σε πολλά σημεία της αλυσίδας για τους ακόλουθους λόγους. Την ίδια περίπου στιγμή, η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στο RNA, αλλά αναστέλλεται σε ορισμένα ξεχωριστά σημεία κατά τη σύνθεση του DNA. Επομένως, πριν από μια τέτοια διαδικασία, μια επαρκής ποσότητα μιας ουσίας συσσωρεύεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου προκειμένου να διατηρηθεί η γονιδιακή έκφραση και να μην διαταραχθεί η ζωτική δραστηριότητα του κυττάρου. Ενόψει αυτού, η διαδικασία θα πρέπει να πραγματοποιηθεί όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Η μετάδοση κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου πραγματοποιείται και η μεταγραφή δεν πραγματοποιείται. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο αναδιπλασιασμός του DNA συμβαίνει ταυτόχρονα σε πολλές χιλιάδες σημεία - μικρές περιοχές με ορισμένηαλληλουχία νουκλεοτιδίων. Συνδέονται με ειδικές πρωτεΐνες εκκίνησης, οι οποίες με τη σειρά τους συνδέονται με άλλα ένζυμα αντιγραφής του DNA.
Το θραύσμα DNA όπου λαμβάνει χώρα η σύνθεση ονομάζεται αντίγραφο. Ξεκινά από το σημείο έναρξης και τελειώνει όταν το ένζυμο ολοκληρώσει την αντιγραφή. Το replicon είναι αυτόνομο και παρέχει επίσης ολόκληρη τη διαδικασία με τη δική του υποστήριξη.
Η διαδικασία μπορεί να μην ξεκινά από όλα τα σημεία ταυτόχρονα, κάπου ξεκινά νωρίτερα, κάπου αργότερα. μπορεί να ρέει σε μία ή δύο αντίθετες κατευθύνσεις. Τα συμβάντα εμφανίζονται με την ακόλουθη σειρά κατά τη δημιουργία:
- διχάλα αντιγραφής;
- RNA primer.
Πιρούνι αναπαραγωγής
Αυτό το μέρος είναι η διαδικασία με την οποία συντίθενται δεοξυριβονουκλεϊκοί κλώνοι στους αποκολλημένους κλώνους του DNA. Τα πιρούνια σχηματίζουν το λεγόμενο μάτι αναδιπλασιασμού. Της διαδικασίας προηγείται μια σειρά ενεργειών:
- απελευθέρωση από τη δέσμευση με ιστόνες στο νουκλεόσωμα - τα ένζυμα επαναδιπλασιασμού του DNA όπως η μεθυλίωση, η ακετυλίωση και η φωσφορυλίωση παράγουν χημικές αντιδράσεις που προκαλούν τις πρωτεΐνες να χάνουν το θετικό τους φορτίο, γεγονός που διευκολύνει την απελευθέρωσή τους.
- αποσπειροποίηση είναι το ξετύλιγμα που είναι απαραίτητο για την περαιτέρω απελευθέρωση των νημάτων.
- σπάσιμο δεσμών υδρογόνου μεταξύ κλώνων DNA;
- η απόκλιση τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις του μορίου;
- μονιμοποίηση από πρωτεΐνες SSB.
Η
RNA primer
Το Synthesis πραγματοποιείταιένα ένζυμο που ονομάζεται πολυμεράση DNA. Ωστόσο, δεν μπορεί να το ξεκινήσει μόνος του, οπότε το κάνουν άλλα ένζυμα - οι RNA πολυμεράσες, οι οποίες ονομάζονται επίσης εκκινητές RNA. Συντίθενται παράλληλα με δεοξυριβονουκλεϊκούς κλώνους σύμφωνα με τη συμπληρωματική αρχή. Έτσι, η έναρξη τελειώνει με τη σύνθεση δύο εκκινητών RNA σε δύο κλώνους DNA που διασπώνται και αποσπώνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Εμήκρυνση
Αυτή η περίοδος αρχίζει με την προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου και του 3' άκρου του εκκινητή RNA, που πραγματοποιείται από την ήδη αναφερθείσα DNA πολυμεράση. Στο πρώτο, προσαρτά το δεύτερο, τρίτο νουκλεοτίδιο, και ούτω καθεξής. Οι βάσεις του νέου κλώνου συνδέονται με τη μητρική αλυσίδα με δεσμούς υδρογόνου. Πιστεύεται ότι η σύνθεση νήματος προχωρά στην κατεύθυνση 5'-3'.
Όπου συμβαίνει προς τη διχάλα αντιγραφής, η σύνθεση προχωρά συνεχώς και επιμηκύνεται καθώς συμβαίνει. Επομένως, ένα τέτοιο νήμα ονομάζεται οδηγός ή οδηγός. Οι εκκινητές RNA δεν σχηματίζονται πλέον σε αυτό.
Ωστόσο, στον αντίθετο μητρικό κλώνο, τα νουκλεοτίδια DNA συνεχίζουν να προσκολλώνται στον εκκινητή RNA και η δεοξυριβονουκλεϊκή αλυσίδα συντίθεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη διχάλα αναδιπλασιασμού. Σε αυτήν την περίπτωση, ονομάζεται υστέρηση ή καθυστέρηση.
Στον υστερούντα κλώνο, η σύνθεση λαμβάνει χώρα αποσπασματικά, όπου, στο τέλος ενός τμήματος, η σύνθεση αρχίζει σε μια άλλη κοντινή θέση χρησιμοποιώντας τον ίδιο εκκινητή RNA. Έτσι, υπάρχουν δύο θραύσματα στον υστερούντα κλώνο που συνδέονται με DNA και RNA. Ονομάζονται θραύσματα Okazaki.
Μετά όλα επαναλαμβάνονται. Στη συνέχεια, μια άλλη στροφή της έλικας ξετυλίγεται, οι δεσμοί υδρογόνου σπάνε, οι κλώνοι αποκλίνουν στα πλάγια, ο οδηγός κλώνος επιμηκύνεται, το επόμενο θραύσμα του εκκινητή RNA συντίθεται στο υστερούν, μετά το οποίο το θραύσμα Okazaki. Μετά από αυτό, στον υστερούντα κλώνο, οι εκκινητές RNA καταστρέφονται και τα θραύσματα DNA συνδυάζονται σε ένα. Έτσι σε αυτό το κύκλωμα συμβαίνει ταυτόχρονα:
- σχηματισμός νέων εκκινητών RNA;
- σύνθεση θραυσμάτων Okazaki;
- καταστροφή εκκινητών RNA;
- επανένωση σε μία μόνο αλυσίδα.
Τερματισμός
Η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου συναντηθούν δύο διχάλες αντιγραφής ή η μία από αυτές φτάσει στο τέλος του μορίου. Αφού συναντηθούν οι διχάλες, οι θυγατρικές κλώνοι του DNA συνδέονται με ένα ένζυμο. Σε περίπτωση που το πιρούνι έχει μετακινηθεί στο άκρο του μορίου, ο αναδιπλασιασμός του DNA τελειώνει με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων.
Διόρθωση
Σε αυτή τη διαδικασία, ένας σημαντικός ρόλος δίνεται στον έλεγχο (ή στη διόρθωση) της επανάληψης. Και οι τέσσερις τύποι νουκλεοτιδίων παρέχονται στη θέση σύνθεσης και με δοκιμαστική σύζευξη, η πολυμεράση DNA επιλέγει αυτά που χρειάζονται.
Το επιθυμητό νουκλεοτίδιο πρέπει να μπορεί να σχηματίσει τόσους δεσμούς υδρογόνου όσο το ίδιο νουκλεοτίδιο στον κλώνο του προτύπου DNA. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει μια ορισμένη σταθερή απόσταση μεταξύ των ραχοκοκαλιών σακχάρου-φωσφορικού, που αντιστοιχεί σε τρεις δακτυλίους σε δύο βάσεις. Εάν το νουκλεοτίδιο δεν πληροί αυτές τις απαιτήσεις, η σύνδεση δεν θα συμβεί.
Ο έλεγχος πραγματοποιείται πριν την ένταξή του στην αλυσίδα και πρινσυμπερίληψη του επόμενου νουκλεοτιδίου. Μετά από αυτό, σχηματίζεται ένας δεσμός στη ραχοκοκαλιά του φωσφορικού σακχάρου.
Μεταλλακτική παραλλαγή
Ο μηχανισμός αντιγραφής του DNA, παρά το υψηλό ποσοστό ακρίβειας, έχει πάντα διαταραχές στα νήματα, που ονομάζονται κυρίως «γονιδιακές μεταλλάξεις». Περίπου χίλια ζεύγη βάσεων έχουν ένα σφάλμα, το οποίο ονομάζεται μεταβλητός αναδιπλασιασμός.
Συμβαίνει για διάφορους λόγους. Για παράδειγμα, σε υψηλή ή πολύ χαμηλή συγκέντρωση νουκλεοτιδίων, απαμίνωση κυτοσίνης, παρουσία μεταλλαξιγόνων στην περιοχή σύνθεσης και άλλα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα σφάλματα μπορούν να διορθωθούν με διαδικασίες αποκατάστασης, σε άλλες, η διόρθωση καθίσταται αδύνατη.
Εάν η βλάβη έχει αγγίξει ένα ανενεργό μέρος, το σφάλμα δεν θα έχει σοβαρές συνέπειες όταν συμβεί η διαδικασία αναδιπλασιασμού του DNA. Η αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός συγκεκριμένου γονιδίου μπορεί να εμφανίζεται με αναντιστοιχία. Τότε η κατάσταση είναι διαφορετική και τόσο ο θάνατος αυτού του κυττάρου όσο και ο θάνατος ολόκληρου του οργανισμού μπορεί να γίνει αρνητικό αποτέλεσμα. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι οι γονιδιακές μεταλλάξεις βασίζονται σε μεταλλακτική μεταβλητότητα, γεγονός που καθιστά τη γονιδιακή δεξαμενή πιο πλαστική.
Μεθυλίωση
Τη στιγμή της σύνθεσης ή αμέσως μετά από αυτήν, εμφανίζεται μεθυλίωση της αλυσίδας. Πιστεύεται ότι στους ανθρώπους, αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη προκειμένου να σχηματιστούν χρωμοσώματα και να ρυθμιστεί η μεταγραφή των γονιδίων. Στα βακτήρια, αυτή η διαδικασία προστατεύει το DNA από την κοπή από ένζυμα.
