Молекулата на ДНК е структура, открита в хромозома. Една хромозома съдържа една такава молекула, състояща се от две вериги. Репликацията на ДНК е пренос на информация след самовъзпроизвеждане на нишки от една молекула в друга. Той е присъщ както на ДНК, така и на РНК. Тази статия обсъжда процеса на репликация на ДНК.
Обща информация и видове ДНК синтез
Известно е, че нишките в молекулата са усукани. Въпреки това, когато процесът на репликация на ДНК започне, те се деспирализират, след това се преместват встрани и на всяка се синтезира ново копие. След завършване се появяват две абсолютно идентични молекули, всяка от които съдържа майка и дъщерна нишка. Този синтез се нарича полуконсервативен. ДНК молекулите се отдалечават, докато остават в един-единствен центромер, и накрая се разминават само когато тази центромера започне да се дели.
Друг вид синтез се нарича репаративен. Той, за разлика от предишния,свързан с всеки клетъчен етап, но започва, когато настъпи увреждане на ДНК. Ако те са твърде обширни, тогава клетката в крайна сметка умира. Въпреки това, ако повредата е локализирана, тогава тя може да бъде поправена. В зависимост от проблема, една или две вериги на ДНК подлежат на възстановяване. Този, както още се нарича, непланиран синтез не отнема много време и не изисква големи разходи за енергия.
Но когато се случи репликация на ДНК, се изразходва много енергия, материал, продължителността му се простира с часове.
Редупликацията е разделена на три периода:
- иницииране;
- удължаване;
- прекратяване.
Нека разгледаме по-отблизо тази последователност на репликация на ДНК.
Инициация
В човешката ДНК има няколко десетки милиона базови двойки (има само сто и девет при животните). Репликацията на ДНК започва на много места във веригата поради следните причини. Приблизително по същото време се извършва транскрипция в РНК, но тя е суспендирана на някои отделни места по време на синтеза на ДНК. Следователно преди подобен процес в цитоплазмата на клетката се натрупва достатъчно количество вещество, за да се поддържа генната експресия и за да не се нарушава жизнената активност на клетката. С оглед на това процесът трябва да се извърши възможно най-бързо. Излъчването през този период се извършва, а транскрипцията не се извършва. Проучванията показват, че репликацията на ДНК се случва наведнъж в няколко хиляди точки - малки области с определенапоследователност от нуклеотиди. Към тях се присъединяват специални протеини инициатори, към които от своя страна се присъединяват други ензими на ДНК репликация.
Фрагментът на ДНК, където се осъществява синтезът, се нарича репликон. Започва от началната точка и завършва, когато ензимът завърши репликацията. Репликонът е автономен и също така осигурява целия процес със своя собствена поддръжка.
Процесът може да не започне от всички точки наведнъж, някъде започва по-рано, някъде по-късно; може да тече в една или две противоположни посоки. Събитията се случват в следния ред при генериране:
- репликационна вилка;
- РНК грунд.
Вилка за репликация
Тази част е процесът, чрез който дезоксирибонуклеинови вериги се синтезират върху отделените вериги на ДНК. Вилиците образуват така нареченото редупликационно око. Процесът се предшества от поредица от действия:
- освобождаване от свързване с хистони в нуклеозомата - ензими за редупликация на ДНК като метилиране, ацетилиране и фосфорилиране произвеждат химични реакции, които карат протеините да губят положителния си заряд, което улеснява освобождаването им;
- деспирализацията е размотаването, което е необходимо за по-нататъшно освобождаване на нишките;
- разкъсване на водородни връзки между ДНК вериги;
- отклонението им в различни посоки на молекулата;
- фиксация чрез SSB протеини.
РНК грунд
Синтезът се извършваензим, наречен ДНК полимераза. Той обаче не може да го започне сам, затова го правят други ензими – РНК полимерази, които също се наричат РНК праймери. Те се синтезират успоредно с дезоксирибонуклеинови вериги на комплементарния принцип. Така инициирането завършва със синтеза на два РНК праймера върху две ДНК вериги, които са счупени и отделени в различни посоки.
Удължаване
Този период започва с добавянето на нуклеотид и 3' края на РНК праймера, което се осъществява от вече споменатата ДНК полимераза. Към първия тя прикрепя втория, третия нуклеотид и т.н. Основите на новата верига са свързани с основната верига чрез водородни връзки. Смята се, че синтезът на нишките протича в посока 5'-3'.
Когато се случва към репликационната вилица, синтезът протича непрекъснато и се удължава при това. Следователно такава нишка се нарича водеща или водеща. РНК праймери вече не се образуват върху него.
Въпреки това, на противоположната майчина верига, ДНК нуклеотидите продължават да се прикрепят към РНК праймера и дезоксирибонуклеиновата верига се синтезира в посока, обратна на редупликационната вилка. В този случай се нарича изоставане или изоставане.
На изоставащата верига синтезът се случва фрагментарно, където в края на един участък синтезът започва на друго място наблизо, като се използва същият РНК праймер. По този начин има два фрагмента на изоставащата верига, които са свързани чрез ДНК и РНК. Наричат се фрагменти от Оказаки.
След това всичко се повтаря. След това друг завой на спиралата се развива, водородните връзки се разрушават, нишките се разминават встрани, водещата верига се удължава, следващият фрагмент от РНК праймера се синтезира върху изоставащия, след което фрагментът на Okazaki. След това, върху изоставащата верига, РНК праймерите се унищожават и ДНК фрагментите се комбинират в едно. Така че в тази верига се случва едновременно:
- формиране на нови РНК праймери;
- синтез на фрагменти от Оказаки;
- разрушаване на РНК праймери;
- обединяване в една единствена верига.
Прекратяване
Процесът продължава, докато две репликационни вилици се срещнат или една от тях не достигне края на молекулата. След като вилиците се срещнат, дъщерните вериги на ДНК са свързани с ензим. В случай, че вилицата се придвижи до края на молекулата, репликацията на ДНК завършва с помощта на специални ензими.
Корекция
В този процес важна роля се дава на контрола (или корекцията) на репликацията. И четирите вида нуклеотиди се доставят до мястото на синтеза и чрез пробно сдвояване ДНК полимеразата избира тези, които са необходими.
Желаният нуклеотид трябва да е в състояние да образува толкова водородни връзки, колкото същия нуклеотид върху ДНК шаблонната верига. Освен това трябва да има определено постоянно разстояние между захарно-фосфатните гръбнаци, съответстващо на три пръстена в две основи. Ако нуклеотидът не отговаря на тези изисквания, връзката няма да възникне.
Контролът се извършва преди включването му във веригата и предивключване на следващия нуклеотид. След това се образува връзка в гръбнака на захарния фосфат.
Мутационна вариация
Механизмът на репликация на ДНК, въпреки високия процент на точност, винаги има смущения в нишките, наречени главно "генни мутации". Приблизително хиляда базови двойки имат една грешка, която се нарича конвариантна редупликация.
Случва се по различни причини. Например при висока или твърде ниска концентрация на нуклеотиди, дезаминиране на цитозин, наличие на мутагени в зоната на синтез и др. В някои случаи грешките могат да бъдат коригирани чрез репарационни процеси, в други корекцията става невъзможна.
Ако повредата е докоснала неактивно място, грешката няма да има сериозни последици, когато настъпи процесът на репликация на ДНК. Нуклеотидната последователност на конкретен ген може да се появи с несъответствие. Тогава ситуацията е различна и както смъртта на тази клетка, така и смъртта на целия организъм може да се превърне в отрицателен резултат. Трябва също така да се има предвид, че генните мутации се основават на мутационна вариабилност, което прави генофонда по-пластичен.
Метилиране
В момента на синтеза или непосредствено след него настъпва верижно метилиране. Смята се, че при хората този процес е необходим, за да се образуват хромозоми и да се регулира генната транскрипция. При бактериите този процес служи за защита на ДНК от разрязване от ензими.
