Как става репликацията на ДНК?

ДНК е надеждно хранилище на генетична информация. Но е необходимо не само да го пазим безопасно, но и да го предадем на потомството. От това зависи степента на оцеляване. В крайна сметка, родителите трябва да предадат на децата всичко, което са постигнали в хода на еволюцията. Той съдържа всичко - от броя на крайниците до цвета на очите. Разбира се, микроорганизмите имат много по-малко информация, но също така трябва да бъдат прехвърлени. За това клетката се дели. За да се получи генетичната информация и за двете дъщерни клетки, тя трябва да се удвои, този процес се нарича "ДНК репликация". Това се случва и преди клетъчно делене, без значение коя. Може да е бактерия, която е решила да се размножава. Или може да е растеж на нова кожа на мястото на разфасовката. Процесът на удвояване на дезоксирибонуклеиновата киселина трябва да бъде ясно регулиран и завършен преди началото на клетъчното делене.

Къде е удвояването

Репликацията на ДНК се осъществява директно в ядрото (в еукариоти) или в цитоплазмата (в прокариотите). Нуклеиновата киселина се състои от нуклеотиди - аденин, тимин, цитозин и гуанин. Двете вериги на молекулата са изградени съгласно принципа на комплементарност: тиминът съответства на аденин в една верига, а цитозинът съответства на гуанин. Удвояването на молекулата трябва да продължи по такъв начин, че принципът на взаимно допълване да се запази и в дъщерните спирали.

Започнете репликация - започване

Дезоксирибонуклеинова киселина е двойна спирала. Репликацията на ДНК става чрез завършване на дъщерните вериги по всяка родителска верига. За да направи тази синтеза възможна, спиралите трябва да бъдат „разплетени“ и веригите да се отделят един от друг. Тази роля се изпълнява от хеликаза - върти спиралата на дезоксирибонуклеиновата киселина, въртяща се при висока скорост. Началото на удвояването на ДНК не може да започне от никакво място, тъй като такъв сложен процес изисква определена част от молекулата - мястото на иницииране на репликация. След като първоначалната точка на удвояване е определена и хеликазата е започнала работата си по разпръскване на спиралата, ДНК веригите се раздалечават на страните, образувайки репликативна вилица. Те седят в ДНК полимераза. Те ще синтезират детските вериги.

удължаване

В една молекула дезоксирибонуклеинова киселина може да образува от 5 до 50 репликативни вилици. Синтез на дъщерни вериги се случва едновременно в няколко области на молекулата. Но не е лесно да се допълват допълнителни нуклеотиди. верига нуклеинова киселина антипаралелни един към друг. Различната ориентация на родителската верига влияе върху удвояването, което води до сложен механизъм на репликация на ДНК. Една от веригите е завършена от дъщерното дружество непрекъснато и се нарича водеща. Правилно е, защото полимеразата е много удобна за прикрепяне на свободен нуклеотид към 3'-ОН края на предишния. Този синтез е непрекъснат, за разлика от процеса във втората верига.

Забавена верига, фрагменти от О'Казаки

С другата верига има трудности, защото има свободен 5'-край, към който е невъзможно да се прикрепи свободен нуклеотид. След това ДНК полимеразата действа от другата страна. За да се завърши детската верига, се създава праймер, който е допълващ към родителската верига. Тя се формира при най-репликативните тапи. От него започва синтеза на малко парче, но по „десния” път - привързването на нуклеотидите се осъществява до 3'-края. По този начин завършването на веригата при втората дъщерна спирала се случва периодично и има посоката, противоположна на движението на репликативната вилица. Тези фрагменти се наричат ​​O'Kazaki фрагменти, те са с дължина около 100 нуклеотида. След като фрагментът е завършен до предишното завършено парче, праймерите се изрязват със специален ензим, мястото на изреза се запълва с липсващите нуклеотиди.

приключване

Удвояването е завършено, когато и двете вериги свършат изграждането на децата си, и всички фрагменти на О'Казаки са зашити заедно. При еукариотите репликацията на ДНК завършва, когато репликативните вилици се срещнат. А в прокариотите тази молекула е кръгла и процесът на неговото удвояване се осъществява без първо да се разкъса веригата. Оказва се, че цялата дезоксирибонуклеинова киселина е един голям репликон. И удвояването завършва, когато репликативни вилици са намерени на противоположната страна на пръстена. След края на репликацията, двете вериги на родителската дезоксирибонуклеинова киселина трябва да бъдат свързани обратно, след което двете молекули се завъртат преди образуването на суперспирали. Настъпва допълнително метилиране на двете. ДНК молекули на аденин в участъка-GATZ-. Това не изключва веригите и не пречи на тяхното взаимно допълване. Това е необходимо за сгъване на молекулите в хромозоми, както и за регулиране на отчитането на гените.

Скорост и точност на репликацията

Вторият етап на удвояване на ДНК (удължение) се извършва при скорост от около 700 нуклеотида в секунда. Ако си припомним, че има 10 мономерни двойки на спин на нуклеинова киселина, се оказва, че по време на "размотаването" молекулата се върти с честота от 70 оборота в секунда. За сравнение: скоростта на въртене на охладителя в компютърната система е приблизително 500 оборота в секунда. Но въпреки високите нива, ДНК полимеразата почти никога не прави грешка. В края на краищата, тя просто взима допълнителните нуклеотиди. Но дори и да направи грешка, ДНК полимеразата го разпознава, отстъпва назад, откъсва грешния мономер и я замества с правилната. Механизмът на ДНК репликация е много сложен, но успяхме да разберем основните моменти. Важно е да се разбере значението му както за микроорганизмите, така и за многоклетъчните същества.