Kwasy nukleinowe odgrywają ważną rolę w zapewnianiu żywotnej aktywności komórek organizmów żywych. Ważnym przedstawicielem tej grupy związków organicznych jest DNA, które niesie w sobie całą informację genetyczną i jest odpowiedzialne za manifestację niezbędnych cech.
Co to jest replikacja?
W procesie podziału komórki konieczne jest zwiększenie ilości kwasów nukleinowych w jądrze, aby nie doszło do utraty informacji genetycznej w tym procesie. W biologii replikacja to duplikacja DNA poprzez syntezę nowych nici.
Głównym celem tego procesu jest przekazanie informacji genetycznej niezmienionym komórkom potomnym bez żadnych mutacji.
Enzymy i białka replikacji
Powielanie cząsteczki DNA można porównać do dowolnego procesu metabolicznego w komórce, który wymaga odpowiednich białek. Ponieważ replikacja jest ważnym elementem podziału komórek w biologii, w grę wchodzi wiele peptydów pomocniczych.
Polimeraza DNA jest najważniejszym odpowiedzialnym enzymem reduplikacjido syntezy łańcucha potomnego kwasu dezoksyrybonukleinowego. W cytoplazmie komórki, w procesie replikacji, obowiązkowa jest obecność trifosforanów nukleinowych, które wprowadzają wszystkie zasady nukleinowe
Te zasady są monomerami kwasu nukleinowego, więc z nich zbudowany jest cały łańcuch cząsteczki. Polimeraza DNA jest odpowiedzialna za proces składania we właściwej kolejności, w przeciwnym razie wszelkiego rodzaju mutacje są nieuniknione.
- Primase to białko, które jest odpowiedzialne za tworzenie startera w łańcuchu matrycy DNA. Ten starter jest również nazywany starterem, ma strukturę RNA. Dla enzymu polimerazy DNA istotna jest obecność początkowych monomerów, z których możliwa jest dalsza synteza całego łańcucha polinukleotydowego. Ta funkcja jest wykonywana przez starter i odpowiadający mu enzym.
- Helikaza (helikaza) tworzy widełki replikacyjne, które są dywergencją łańcuchów macierzy poprzez zerwanie wiązań wodorowych. Ułatwia to polimerazom zbliżenie się do cząsteczki i rozpoczęcie syntezy.
- Topoizomeraza. Jeśli wyobrazisz sobie cząsteczkę DNA jako skręconą linę, gdy polimeraza porusza się wzdłuż łańcucha, powstanie dodatnie napięcie z powodu silnego skręcenia. Problem ten rozwiązuje topoizomeraza, enzym, który na krótki czas rozrywa łańcuch i rozkłada całą cząsteczkę. Następnie uszkodzony obszar jest ponownie zszywany, a DNA nie jest naprężone.
- Białka Ssb przyczepiają się jak klastry do nici DNA w widełkach replikacyjnych, aby zapobiec ponownemu tworzeniu wiązań wodorowych przed zakończeniem procesu reduplikacji.
- Liga. Funkcja enzymatycznapolega na zszywaniu fragmentów Okazaki na opóźnionej nici cząsteczki DNA. Dzieje się to poprzez wycięcie starterów i wstawienie w ich miejsce natywnych monomerów kwasu dezoksyrybonukleinowego.
W biologii replikacja jest złożonym, wieloetapowym procesem, który jest niezwykle ważny w procesie podziału komórek. Dlatego do wydajnej i prawidłowej syntezy niezbędne jest stosowanie różnych białek i enzymów.
Mechanizm powielania
Istnieją 3 teorie wyjaśniające proces powielania DNA:
- Konserwatysta twierdzi, że jedna cząsteczka potomna kwasu nukleinowego ma naturę macierzy, a druga jest całkowicie zsyntetyzowana od podstaw.
- Semi-konserwatysta zaproponowany przez Watsona i Cricka i potwierdzony w 1957 roku w eksperymentach na E. Coli. Ta teoria mówi, że obie cząsteczki potomnego DNA mają jedną starą nić i jedną nowo zsyntetyzowany.
- Mechanizm dyspersji opiera się na teorii, że cząsteczki potomne mają naprzemienne sekcje na całej swojej długości, składające się zarówno ze starych, jak i nowych monomerów.
Teraz naukowo sprawdzony model semikonserwatywny. Czym jest replikacja na poziomie molekularnym? Na początku helikaza rozrywa wiązania wodorowe cząsteczki DNA, otwierając w ten sposób oba łańcuchy dla enzymu polimerazy. Te ostatnie po uformowaniu się nasion rozpoczynają syntezę nowych łańcuchów w kierunku 5'-3'.
Właściwość antyrównoległości DNA jest głównym powodem powstawania nici wiodących i opóźnionych. Na wiodącej nici polimeraza DNA porusza się w sposób ciągły, podczas gdy na opóźnieniutworzy fragmenty Okazaki, które w przyszłości zostaną połączone ligazą.
Funkcje replikacji
Ile cząsteczek DNA znajduje się w jądrze po replikacji? Sam proces oznacza podwojenie zestawu genetycznego komórki, dlatego w syntetycznym okresie mitozy zestaw diploidalny ma dwa razy więcej cząsteczek DNA. Taki wpis jest zwykle oznaczony jako 2n 4c.
Oprócz biologicznego znaczenia replikacji, naukowcy odkryli zastosowanie tego procesu w różnych dziedzinach medycyny i nauki. Jeśli w biologii replikacja jest powieleniem DNA, to w laboratorium reprodukcja cząsteczek kwasu nukleinowego służy do tworzenia kilku tysięcy kopii.
Ta metoda nazywa się reakcją łańcuchową polimerazy (PCR). Mechanizm tego procesu jest podobny do replikacji in vivo, dlatego do jego przebiegu wykorzystywane są podobne enzymy i układy buforowe.
Wnioski
Replikacja ma ogromne znaczenie biologiczne dla żywych organizmów. Transfer informacji genetycznej podczas podziału komórki nie jest kompletny bez duplikacji cząsteczek DNA, dlatego skoordynowana praca enzymów jest ważna na wszystkich etapach.
