A nukleinsavak fontos szerepet játszanak az élő szervezetek sejtjeinek létfontosságú tevékenységének biztosításában. A szerves vegyületek e csoportjának fontos képviselője a DNS, amely az összes genetikai információt hordozza, és felelős a szükséges tulajdonságok megnyilvánulásáért.
Mi az a replikáció?
A sejtosztódás folyamatában növelni kell a sejtmagban a nukleinsavak mennyiségét, hogy a folyamat során ne vesszen el genetikai információ. A biológiában a replikáció a DNS megkettőződése új szálak szintézisén keresztül.
Ennek a folyamatnak a fő célja a genetikai információ átvitele a leánysejtekbe változatlan formában, mutációk nélkül.
Replikációs enzimek és fehérjék
A DNS-molekula megkettőződése összehasonlítható bármely, a sejtben zajló anyagcsere-folyamattal, amelyhez megfelelő fehérjékre van szükség. Mivel a replikáció a sejtosztódás fontos összetevője a biológiában, ezért sok segédpeptid is szerepet játszik itt.
A DNS-polimeráz a legfontosabb reduplikációs enzim, amely felelősa dezoxiribonukleinsav leányláncának szintéziséhez. A sejt citoplazmájában a replikáció folyamatában a nukleinsav-trifoszfátok jelenléte kötelező, amelyek az összes nukleinbázist hozzák
Ezek a bázisok nukleinsav monomerek, így a molekula teljes lánca belőlük épül fel. A DNS-polimeráz felelős az összeállítási folyamatért a megfelelő sorrendben, különben mindenféle mutáció elkerülhetetlen.
- A primáz egy fehérje, amely a DNS-templát láncon egy primer képződéséért felelős. Ezt a primert primernek is nevezik, RNS szerkezetű. A DNS polimeráz enzim számára fontos a kezdeti monomerek jelenléte, amelyekből a teljes polinukleotid lánc további szintézise lehetséges. Ezt a funkciót a primer és a hozzá tartozó enzim hajtja végre.
- A helikáz (helikáz) replikációs villát képez, amely a mátrixláncok divergenciája a hidrogénkötések megszakításával. Ez megkönnyíti a polimerázok számára, hogy megközelítsék a molekulát és megkezdjék a szintézist.
- Topoizomeráz. Ha egy DNS-molekulát egy csavart kötélnek képzelünk el, a polimeráz a lánc mentén mozog, az erős csavarodás miatt pozitív feszültség keletkezik. Ezt a problémát a topoizomeráz oldja meg, egy enzim, amely rövid időre megszakítja a láncot, és kibontja az egész molekulát. Ezt követően a sérült területet újra összevarrják, és a DNS-t nem terhelik.
- Az Ssb fehérjék klaszterekként kapcsolódnak a DNS-szálakhoz a replikációs villánál, hogy megakadályozzák a hidrogénkötések újraképződését a reduplikációs folyamat vége előtt.
- Ligas. Enzim funkcióOkazaki-fragmensek összefűzéséből áll a DNS-molekula lemaradt szálán. Ez úgy történik, hogy kivágják a primereket, és helyükre natív dezoxiribonukleinsav monomereket helyeznek be.
A biológiában a replikáció egy összetett, többlépcsős folyamat, amely rendkívül fontos a sejtosztódásban. Ezért a hatékony és helyes szintézishez különféle fehérjék és enzimek használata szükséges.
Reduplikációs mechanizmus
Három elmélet magyarázza a DNS-megkettőzés folyamatát:
- A konzervatív állítások szerint a nukleinsav egyik leánymolekulája mátrix jellegű, a másodikat pedig teljesen a semmiből szintetizálják.
- Félig konzervatív Watson és Crick javasolta, és 1957-ben E. Coli-n végzett kísérletekben megerősítették. Ez az elmélet azt mondja, hogy mindkét leány-DNS-molekulának van egy régi szála és egy újonnan szintetizált szála.
- A diszperziós mechanizmus azon az elméleten alapul, hogy a leánymolekulák teljes hosszukban váltakozó szakaszokkal rendelkeznek, amelyek mind régi, mind új monomerekből állnak.
Most tudományosan bizonyított félkonzervatív modell. Mi a replikáció molekuláris szinten? Kezdetben a helikáz megszakítja a DNS-molekula hidrogénkötéseit, és ezáltal mindkét láncot megnyitja a polimeráz enzim számára. Ez utóbbiak a magok kialakulása után új láncok szintézisét kezdik meg 5'-3' irányban.
A vezető és lemaradt szálak kialakulásának fő oka a DNS antiparallelizmus tulajdonsága. A vezető szálon a DNS-polimeráz folyamatosan mozog, míg a lemaradó szálonOkazaki-töredékeket képez, amelyeket a jövőben ligáz fog összekapcsolni.
Replikáció jellemzői
Hány DNS-molekula van a sejtmagban a replikáció után? Maga a folyamat a sejt genetikai halmazának megduplázódását jelenti, ezért a mitózis szintetikus periódusában a diploid halmazban kétszer annyi DNS-molekula található. Az ilyen bejegyzéseket általában 2n 4c jelöléssel látják el.
A replikáció biológiai jelentése mellett a tudósok az orvostudomány és a tudomány különböző területein is megtalálták a folyamat alkalmazását. Ha a biológiában a replikáció a DNS megkettőzése, akkor a laboratóriumban a nukleinsavmolekulák reprodukcióját használják fel több ezer másolat létrehozására.
Ezt a módszert polimeráz láncreakciónak (PCR) nevezik. Ennek a folyamatnak a mechanizmusa hasonló az in vivo replikációhoz, ezért hasonló enzimeket és pufferrendszereket használnak lefolyásához.
Következtetések
A replikáció nagy biológiai jelentőséggel bír az élő szervezetek számára. A sejtosztódás során a genetikai információ átadása nem teljes a DNS-molekulák megkettőződése nélkül, ezért az enzimek összehangolt munkája minden szakaszban fontos.
