Нуклеиновите киселини играят важна роля в осигуряването на жизнената активност на клетките на живите организми. Важен представител на тази група органични съединения е ДНК, която носи цялата генетична информация и е отговорна за проявата на необходимите характеристики.
Какво е репликация?
В процеса на делене на клетките е необходимо да се увеличи количеството на нуклеиновите киселини в ядрото, така че да няма загуба на генетична информация в процеса. В биологията репликацията е дублиране на ДНК чрез синтеза на нови вериги.
Основната цел на този процес е да прехвърли генетична информация към дъщерните клетки непроменена без никакви мутации.
Ензими и протеини на репликация
Удвояването на ДНК молекулата може да се сравни с всеки метаболитен процес в клетката, който изисква подходящи протеини. Тъй като репликацията е важен компонент от клетъчното делене в биологията, следователно тук участват много спомагателни пептиди.
ДНК полимеразата е най-важният ензим за редупликация, който е отговоренза синтеза на дъщерната верига на дезоксирибонуклеинова киселина. В цитоплазмата на клетката в процеса на репликация е задължително присъствието на нуклеинови трифосфати, които донасят всички нуклеинови бази
Тези бази са мономери на нуклеинова киселина, така че цялата верига на молекулата е изградена от тях. ДНК полимеразата е отговорна за процеса на сглобяване в правилния ред, в противен случай всички видове мутации са неизбежни.
- Primase е протеин, който е отговорен за образуването на праймер върху веригата на ДНК шаблон. Този праймер се нарича още праймер, той има структурата на РНК. За ензима ДНК полимераза е важно наличието на изходни мономери, от които е възможен по-нататъшен синтез на цялата полинуклеотидна верига. Тази функция се изпълнява от праймера и съответния му ензим.
- Helicase (хеликаза) образува репликационна вилка, която е дивергенция на матричните вериги чрез разкъсване на водородни връзки. Това улеснява полимеразите да се доближат до молекулата и да започнат синтез.
- Топоизомераза. Ако си представите ДНК молекула като усукано въже, докато полимеразата се движи по веригата, ще се образува положително напрежение поради силното усукване. Този проблем се решава от топоизомераза, ензим, който прекъсва веригата за кратко време и разгръща цялата молекула. След това увредената зона се зашива отново и ДНК не се стресира.
- Ssb протеините се прикрепват като клъстери към ДНК вериги в репликационната вилка, за да предотвратят повторното образуване на водородни връзки преди края на процеса на редупликация.
- Лига. Ензимна функциясе състои в зашиване на фрагменти на Оказаки върху изоставащата верига на ДНК молекулата. Това се случва чрез изрязване на праймери и вмъкване на естествени мономери на дезоксирибонуклеинова киселина на тяхно място.
В биологията репликацията е сложен многоетапен процес, който е изключително важен при клетъчното делене. Следователно използването на различни протеини и ензими е необходимо за ефективен и правилен синтез.
Механизъм за дублиране
Има 3 теории, които обясняват процеса на дублиране на ДНК:
- Консервативният заявява, че една дъщерна молекула на нуклеиновата киселина има матрична природа, а втората е напълно синтезирана от нулата.
- Полуконсервативно, предложено от Уотсън и Крик и потвърдено през 1957 г. в експерименти върху E. Coli. Тази теория казва, че и двете дъщерни ДНК молекули имат една стара верига и една новосинтезирана.
- Механизмът на дисперсия се основава на теорията, че дъщерните молекули имат редуващи се участъци по цялата си дължина, състоящи се от стари и нови мономери.
Сега научно доказан полуконсервативен модел. Какво е репликация на молекулярно ниво? В началото хеликазата разрушава водородните връзки на молекулата на ДНК, като по този начин отваря и двете вериги за ензима полимераза. Последните, след образуването на семена, започват синтеза на нови вериги в посока 5'-3'.
Свойството на ДНК антипаралелизъм е основната причина за образуването на водещи и изоставащи вериги. На водещата верига ДНК полимеразата се движи непрекъснато, докато по изоставащататой образува фрагменти на Оказаки, които в бъдеще ще бъдат свързани с лигаза.
Характеристики на репликация
Колко ДНК молекули са в ядрото след репликация? Самият процес предполага удвояване на генетичния набор на клетката, следователно, по време на синтетичния период на митоза, диплоидният набор има два пъти повече ДНК молекули. Такъв запис обикновено се маркира като 2n 4c.
В допълнение към биологичното значение на репликацията, учените са намерили приложение на процеса в различни области на медицината и науката. Ако в биологията репликацията е дублиране на ДНК, то в лабораторията възпроизвеждането на молекули нуклеинова киселина се използва за създаване на няколко хиляди копия.
Този метод се нарича полимеразна верижна реакция (PCR). Механизмът на този процес е подобен на репликацията in vivo, следователно за протичането му се използват подобни ензими и буферни системи.
Заключения
Репликацията е от голямо биологично значение за живите организми. Прехвърлянето на генетична информация по време на клетъчното делене не е пълно без дублиране на ДНК молекули, така че координираната работа на ензимите е важна на всички етапи.
