Mechanizm replikacji DNA (wyjaśniony schematami)

Mechanizm replikacji DNA!

Cały proces replikacji DNA można omówić na wielu etapach. Kroki te wymagają użycia kilkunastu enzymów i czynników białkowych. W pierwszym etapie pół-konserwatywnego trybu replikacji następuje odwijanie podwójnej helisy.

Te dwie nici można łatwo rozdzielić, ponieważ wiązania wodorowe, które posiadają dwie nici, są bardzo słabe w przeciwieństwie do innych wiązań chemicznych. Kiedy te dwa pasma oddzielają się, każda część jednej nici stanowi komplementarną część innej nici.

Dwie nici rodzicielskie nie rozdzielają się całkowicie, ale otwierają się na tak zwanym rozwidleniu replikacji. W rezultacie zmieściłoby się naprzeciwko A, T, naprzeciwko C; G przyjdzie i tak dalej. Dzięki temu procesowi automatycznie wytworzy się dokładna sekwencja nukleotydów.

Tak więc zachodzi regeneracja helisy DNA, przy czym jedna nić oryginalnej helisy łączy się ze świeżo uformowanym dopełniaczem, tworząc dwuniciową cząsteczkę DNA. Ten typ replikacji został również nazwany kopiowaniem zipper. Powyższy tryb replikacji DNA został później zweryfikowany eksperymentami różnych rodzajów.

Szczegóły replikacji DNA można omówić pod następującymi nagłówkami:

1. Aktywacja dezoksyrybonukleozydów:

Cztery nukleozydy DNA tj. AMP, GMP, CMP i TMP znajdują się swobodnie w jądrze. Wszystkie one są aktywowane przez ATP w celu utworzenia trifosfatazy deoksyrybonukleozydów zwanych ATP, GTP, CTP i TTP. Enzym wymagany na tym etapie to fosforylaza, a etap nazywany jest fosforylacją.

2. Rozpoznanie punktu inicjacji:

W którym miejscu powinna rozpocząć się replikacja cząsteczki DNA? Od określonego momentu rozpoczyna się odwijanie cząsteczki DNA. Ten konkretny punkt nazywany jest punktem inicjacji. Do identyfikacji punktu inicjacji na cząsteczce DNA potrzebne są specyficzne białka inicjatora.

W wirusach i organizmach prokariotycznych, takich jak bakterie, może istnieć tylko jedno źródło replikacji. W eukariotach z dużą cząsteczką DNA może istnieć wiele punktów inicjacji (pochodzenia) replikacji, które ostatecznie łączą się ze sobą.

3. Rozwijanie cząsteczki DNA:

Podwójna helisa DNA rozwija się i odsłania w pojedyncze nici DNA przez rozkład słabych wiązań wodorowych. Rozwijanie spirali wspomagają helikazy enzymatyczne. Enzymy zwane topoizomerazą przecinają i łączą się z jedną nicią DNA, pomagając w rozdzieleniu helisy DNA.

Jeśli dwie liny o dużej wytrzymałości międzyplatanej zostaną rozerwane przez zastosowanie siły, dwie linki liny automatycznie łączą się z winem, gdy tylko siła zostanie zatrzymana. A jeśli jedno z pasm liny międzyplecionej zostanie odcięte, napięcie zostanie zluzowane, a dwa nici nie zejdą się razem.

Enzymy takie jak topoizomerazy odciążają napięcie nici DNA i dwie nici helisy są rozdzielone. W rzeczywistości, dzięki temu rozpakowaniu dwuniciowego DNA powstają pęcherzyki replikacyjne, które następnie rozciągają się w widelcu do replikacji w kształcie litery Y. W bakteriach i wielu fagach DNA to rozszerzenie jest dwukierunkowe.

4. Tworzenie primera RNA:

Polimeraza RNA kierowana DNA tworzy primer RNA. Łatwiej jest dodać na istniejącym już małym łańcuchu zwanym starterem utworzonym ze wzoru DNA (ryc. 6.17). Osiąga się to za pomocą ssetuzy krótkiego segmentu primera RNA.

Daje to koniec 3 'hydroksylowy na sekwencji rybonukleotydów, do których dodaje się deoksyrybonukleotydy. Primer RNA jest ostatecznie usuwany enzymatycznie, pozostawiając przerwę w nowo syntezowanej nici deoksyrybonukleotydowej. Ta luka musi zostać wypełniona.

Tworzenie nowych łańcuchów DNA:

Enzymowa polimeraza DNA może polimeryzować nukleotydy tylko w kierunku 5'-3 '. Polimeraza DNA odpowiada za ukierunkowaną kondensację dezoksyrybonukleotydu

trifosfatazy. Synteza nowych komplementarnych nici pasmowych z końca 3 'OH startera, powodującego wydłużenie lub wzrost w kierunku 5' - 3 '.

Ponieważ dwie nici DNA są w kierunku przeciwrównoległym, dwie nici muszą zostać zsyntetyzowane przez wzrost zachodzący w przeciwnym kierunku. Dodatek dezoksyrybonukleotydów jest wykonywany przez polimerazę DNA w obecności ATP.

Enzym syntetyzuje nową nić w stałym kawałku w kierunku 5 '-3' i jest nazywany wiodącą nicią. Na drugiej nici DNA enzym tworzy fragmenty małymi fragmentami ponownie w kierunku 5'-3 'inicjującym starter RNA.

Starter powstaje przy pomocy enzymu primazy. Małe segmenty nazywane są fragmentami Okazaki. Są one połączone ze sobą w celu wytworzenia ciągłego pasma potomnego. Przy pomocy ligazy DNA "(łączenie)." Ta nić jest nazywana pasmem opóźniającym.

Usuwanie starterów RNA:

Po uformowaniu małych kawałków fragmentów Okazaki, primer RNA jest usuwany z końca 5 'jeden po drugim przez aktywność egzonukleazy polimerazy DNA.

Dowód czytania i naprawa DNA:

Specyfika parowania podstawowego zapewnia dokładną replikację. W jakiś sposób jest możliwe, że złe zasady mogą dostać się na rzadką częstotliwość jednego na 10 000. Te źle wprowadzone zasady można usunąć przez aktywność enzymatycznej polimerazy DNA.

Nawet niewłaściwe zasady wprowadzone do helisy DNA przez mutację (uniknięte przez mechanizm odczytu DNA) mogą być zidentyfikowane i skorygowane przez enzymy naprawcze. Te enzymy naprawcze (np. Nukleazy) odcinają segment defekacji DNA i wprowadzają i łączą (za pomocą ligazy enzymatycznej) prawidłowy prawidłowy segment.

Kolejne uszkodzenie, które można naprawić, jest spowodowane promieniowaniem UV. W takich przypadkach pirymidyny jak dimer tyminy tworzą tyminę. Tworzenie takiego dimeru blokuje replikację. Taki defekt może być naprawiony enzymatycznie, co powoduje wycięcie uszkodzonego dinukleotydu TT. Wada jest następnie replikowana przez enzymatyczne wstawienie prawidłowego dopełniacza nukleotydów.