A DNS-molekula egy kromoszómán található szerkezet. Egy kromoszóma egy ilyen molekulát tartalmaz, amely két szálból áll. A DNS-reduplikáció az információ átadása a szálak önreprodukciója után egyik molekuláról a másikra. Mind a DNS-ben, mind az RNS-ben benne van. Ez a cikk a DNS-reduplikáció folyamatát tárgyalja.
Általános információk és a DNS-szintézis típusai
Ismert, hogy a molekulában a szálak csavartak. Amikor azonban a DNS-reduplikáció folyamata megindul, despiralizálódnak, majd oldalra költöznek, és mindegyiken új másolatot szintetizálnak. A befejezés után két teljesen azonos molekula jelenik meg, amelyek mindegyike egy anya- és egy lányszálat tartalmaz. Ezt a szintézist félig konzervatívnak nevezik. A DNS-molekulák eltávolodnak, miközben egyetlen centromerben maradnak, és végül csak akkor térnek el egymástól, amikor ez a centromer osztódni kezd.
A szintézis egy másik típusát reparatívnak nevezik. Ő az előzővel ellentétbenbármely sejtstádiumhoz köthető, de akkor kezdődik, amikor a DNS-károsodás bekövetkezik. Ha túl kiterjedtek, akkor a sejt végül elpusztul. Ha azonban a sérülés lokalizált, akkor javítható. A problémától függően egy vagy két DNS-szálat kell helyreállítani. Ez, ahogyan más néven, nem tervezett szintézis nem tart sokáig, és nem igényel nagy energiaköltségeket.
De amikor a DNS-reduplikáció megtörténik, sok energiát, anyagot emészt fel, időtartama órákig nyúlik.
Az újraduplikáció három időszakra oszlik:
- kezdeményezés;
- megnyúlás;
- megszüntetés.
Nézzük meg közelebbről ezt a DNS-reduplikációs szekvenciát.
Beavatás
Az emberi DNS-ben több tízmillió bázispár található (állatok esetében csak százkilenc). A DNS-reduplikáció a lánc számos pontján megindul a következő okok miatt. Körülbelül ezzel egyidőben az RNS-ben is megtörténik a transzkripció, de a DNS-szintézis során bizonyos helyeken felfüggesztődik. Ezért egy ilyen folyamat előtt elegendő mennyiségű anyag halmozódik fel a sejt citoplazmájában, hogy fenntartsa a génexpressziót, és hogy a sejt élettevékenysége ne zavarjon. Ennek fényében az eljárást a lehető leggyorsabban le kell hajtani. Ebben az időszakban a közvetítés megtörténik, és az átírás nem történik. Tanulmányok kimutatták, hogy a DNS-reduplikáció egyszerre több ezer ponton megy végbe – kis területeken egy bizonyos pontonnukleotid szekvenciája. Speciális iniciátor fehérjék csatlakoznak hozzájuk, amelyekhez viszont a DNS-replikáció más enzimei csatlakoznak.
Azt a DNS-fragmenst, ahol a szintézis megtörténik, replikonnak nevezzük. A kiindulási ponttól kezdődik és akkor ér véget, amikor az enzim befejezi a replikációt. A replikon autonóm, és a teljes folyamatot saját támogatással látja el.
A folyamat nem indul el egyszerre minden pontról, valahol korábban, hol később; egy vagy két ellentétes irányban áramolhat. Az események a következő sorrendben történnek generáláskor:
- replikációs villa;
- RNS primer.
Replikációs villa
Ez a rész az a folyamat, amelynek során a DNS levált szálain dezoxiribonukleinsav szálak szintetizálódnak. A villák alkotják az úgynevezett reduplikációs szemet. A folyamatot egy sor művelet előzi meg:
- felszabadulás a nukleoszómában lévő hisztonokhoz való kötődésből - A DNS-reduplikációs enzimek, mint például a metiláció, acetilezés és foszforiláció, kémiai reakciókat idéznek elő, amelyek hatására a fehérjék elveszítik pozitív töltésüket, ami megkönnyíti a felszabadulásukat;
- a despiralizáció a szálak további kioldásához szükséges letekerő;
- hidrogénkötések feltörése a DNS-szálak között;
- különbségük a molekula különböző irányaiban;
- fixálás SSB fehérjékkel.
RNS primer
A szintézis végrehajtódikDNS polimeráz nevű enzim. Egyedül azonban nem tudja elindítani, ezért más enzimek - az RNS-polimerázok, amelyeket RNS-primereknek is neveznek - megteszik. A dezoxiribonukleinsav szálakkal párhuzamosan szintetizálódnak a komplementer elv szerint. Így az iniciáció két DNS-szálon lévő két RNS primer szintézisével végződik, amelyek különböző irányban elszakadnak és leválnak.
Megnyúlás
Ez az időszak egy nukleotid hozzáadásával és az RNS primer 3'-végével kezdődik, amit a már említett DNS polimeráz hajt végre. Az elsőhöz csatolja a második, harmadik nukleotidot és így tovább. Az új szál bázisai hidrogénkötésekkel kapcsolódnak az anyalánchoz. Úgy gondolják, hogy a filamentum szintézise 5'-3' irányban megy végbe.
Ahol a replikációs villa felé fordul elő, a szintézis folyamatosan megy végbe, és ennek során megnyúlik. Ezért egy ilyen szálat vezetőnek vagy vezetőnek neveznek. RNS primerek már nem képződnek rajta.
A szemben lévő anyai szálon azonban a DNS-nukleotidok továbbra is az RNS primerhez kötődnek, és a dezoxiribonukleinsav lánc a reduplikációs villával ellentétes irányban szintetizálódik. Ebben az esetben késésnek vagy lemaradásnak nevezzük.
A lemaradó szálon a szintézis töredékesen megy végbe, ahol az egyik szakasz végén a szintézis egy másik közeli helyen kezdődik, ugyanazt az RNS primert használva. Így a lemaradó szálon két fragmentum található, amelyeket DNS és RNS köt össze. Okazaki töredékeknek hívják őket.
Ezután minden megismétlődik. Ezután a hélix újabb fordulata letekerődik, a hidrogénkötések megszakadnak, a szálak oldalra válnak, a vezető szál meghosszabbodik, a lemaradón szintetizálódik az RNS primer következő fragmentuma, majd az Okazaki fragmentum. Ezt követően a lemaradó szálon az RNS primerek elpusztulnak, és a DNS-fragmenseket egyesítik. Tehát ezen az áramkörön egyszerre történik:
- új RNS primerek kialakulása;
- Okazaki-töredékek szintézise;
- RNS primerek megsemmisítése;
- egy láncba egyesülés.
Felmondás
A folyamat addig folytatódik, amíg két replikációs villa találkozik, vagy az egyik el nem éri a molekula végét. A villák találkozása után a DNS leányszálait egy enzim köti össze. Abban az esetben, ha a villa a molekula végére mozdult, a DNS-reduplikáció speciális enzimek segítségével véget ér.
Javítás
Ebben a folyamatban fontos szerepet kap a reduplikáció ellenőrzése (vagy korrekciója). Mind a négy nukleotidtípus a szintézis helyére kerül, és próbapárosítással a DNS-polimeráz kiválasztja a szükségeseket.
A kívánt nukleotidnak képesnek kell lennie annyi hidrogénkötés kialakítására, mint a DNS-templát szálon ugyanaz a nukleotid. Ezenkívül bizonyos állandó távolságnak kell lennie a cukor-foszfát gerincek között, ami két bázis három gyűrűjének felel meg. Ha a nukleotid nem felel meg ezeknek a követelményeknek, a kapcsolat nem jön létre.
Az ellenőrzést a láncba való beillesztés előtt és azelőtt hajtják végrea következő nukleotid felvétele. Ezt követően a cukor-foszfát gerincében kötés jön létre.
Mutációs variáció
A DNS-replikáció mechanizmusában a nagy pontosság ellenére mindig vannak zavarok a szálakban, amelyeket főként "génmutációnak" neveznek. Körülbelül ezer bázispárban van egy hiba, amelyet konvariáns reduplikációnak neveznek.
Ez több okból is előfordul. Például a nukleotidok magas vagy túl alacsony koncentrációja, a citozin dezaminációja, a mutagének jelenléte a szintézis területén stb. Egyes esetekben a hibák javítási folyamatokkal kijavíthatók, más esetekben a javítás lehetetlenné válik.
Ha a sérülés inaktív helyet érintett, a hiba nem jár súlyos következményekkel a DNS-reduplikációs folyamat során. Előfordulhat, hogy egy adott gén nukleotidszekvenciája hibás. Ekkor más a helyzet, és ennek a sejtnek és az egész szervezet halála is negatív eredménnyel járhat. Azt is figyelembe kell venni, hogy a génmutációk a mutációs variabilitáson alapulnak, ami plasztikusabbá teszi a génállományt.
Metilezés
A szintézis idején vagy közvetlenül utána láncmetiláció megy végbe. Úgy gondolják, hogy az emberben ez a folyamat szükséges a kromoszómák kialakításához és a géntranszkripció szabályozásához. Baktériumokban ez a folyamat arra szolgál, hogy megvédje a DNS-t az enzimek általi elvágástól.
