Неліктен ДНҚ көшіріледі?

ДНҚ - әрбір жасушаны анықтайтын генетикалық материал. Жасушаның көшірмелері мен митоз немесе миоз арқылы жаңа жасушаға бөлінгенге дейін, биомолекулалар мен органеллалар жасушалар арасында таратылатын көшірілуі керек. Ядрода табылған ДНҚ әр жаңа жасушаның хромосомалардың дұрыс санына ие болуын қамтамасыз ету үшін репликациялануы керек. ДНҚ қайталану процесі ДНҚ- ның репликациясы деп аталады. Репликация репликациялық энзимдер және РНҚ деп аталатын көптеген ақуыздарды қамтитын бірнеше қадамдардан тұрады. Жануарлар клеткалары және өсімдік жасушалары секілді эукариоттық жасушаларда ДНҚ-ның репликациясы жасуша циклі кезінде интерфаза S фазасында болады . ДНҚ-ның репликация процесі жасушалардың өсуі, қалпына келтірілуі және ағзаларда көбеюі үшін өте маңызды.

ДНК құрылымы

ДНҚ немесе дезоксирибонуклеин қышқылы - нуклеин қышқылы деп аталатын молекуланың түрі. Ол 5-көміртекті дезоксирибоздық қанттан, фосфаттан және азотты негізден тұрады. Екі еселенген ДНК екі спиральдық нуклеин қышқылының тізбегінен тұрады, олар қос спираль формасына айналдырылады. Бұл бұралу ДНК-ның ықшамды болуына мүмкіндік береді. Ядронның ішінде орналасу үшін ДНК хроматин деп аталатын тығыздалған беткі құрылымдарға толтырылады. Хроматин хромосомаларды жасуша бөлу кезінде қалыптастырады. ДНК-ны репликациялаудан бұрын, хроматин ДНҚ-ның жіптеріне жасушалық репликалау техникасын беруді босатады.

Репликалауға дайындық

EQUINOX GRAPHICS / Ғылым Фотогалереясы / Getty Images

1-қадам: репликация пішінін қалыптастыру

ДНҚ-ны қайталамас бұрын, екі жолақты молекула екі жіпке бөлінетін болуы керек. ДНҚ-ның құрамында аденин (A) , тимин (T) , цитозин (С) және гуанин (G) деп аталатын төрт негіз бар, олар екі жіп арасындағы жұпты құрады. Тек аденин жұптары тиминмен және цитозинмен ғана гуанинмен байланысады. ДНҚ-ны босату үшін, базалық жұптар арасындағы бұл өзара әрекеттесуі бұзылуы керек. Бұл ДНК спиралі деп аталатын ферментпен орындалады. ДНК спиралі негізгі жұптар арасындағы сутегі байланыстарын жіптерді репликалау шанышы деп аталатын Y пішіміне бөлу үшін бұзады. Бұл аймақ басталатын репликалау үлгісі болады.

ДНҚ екеуінде де 5 'және 3' аяғымен белгіленеді. Бұл белгілер қандай жанама топтың ДНҚ-ның магистральды бекітілгенін білдіреді. 5 'аяғында фосфат (P) тобы бар, ал 3' аяғында гидроксил (ОН) тобы бар. Бұл бағыттылық тек қана 5 '-ден 3-ге дейінгі бағытта дамып келе жатқандықтан, репликация үшін маңызды. Дегенмен, репликация форты екі жақты; бір жол 3 '- 5' бағытта (жетекші сызық), ал екіншісі 5 '-ден 3' -ке дейін (лақтыру сызығы) бағытталған . Осылайша, екі жағы бағдарлық айырмашылықты орналастыру үшін екі түрлі процесте қайталанып отырады.

Репликация басталады

2-қадам: Бастапқы байланыстыру

Жетекші тізбек - көбінесе қайталауға арналған. ДНҚ шоғырлары бөлінгеннен кейін, протерменшік деп аталатын қысқа рНК- ны 3- шi белдеуге байлайды. Праймер әрдайым репликация үшін бастапқы нүкте ретінде байланысады. Праймерлер ДНҚ примазының ферменті арқылы жасалады .

ДНК репликациясы: ұзарту

BSIP / UIG / Getty Images

3-қадам: Ұзарту

ДНК полимераздары деп аталатын энзимдер созылмалы деп аталатын процесс арқылы жаңа тізбекті құруға жауапты. Бактериялар мен адам жасушаларында бес түрлі белгілі ДНҚ полимеразы түрлері бар. E. coli сияқты бактерияларда полимераз ІІ негізгі идентификациялық фермент болып табылады, ал полимераз I, II, IV және V қателерді тексеру және жөндеу үшін жауап береді. ДНК полимеразы III праймердің учаскесінде тізбекті байланыстырады және репликация кезінде тізбекті толтыратын жаңа базалық жұптарды қосады. Эукариоттық жасушаларда Альфа, Дельта және Эпсилон полимераздары ДНҚ-ның репликациясына қатысатын негізгі полимераздар болып табылады. Себебі репликация алдыңғы қатардағы 5-тен 3-ге дейінгі бағытта жалғасса, жаңадан қалыптасқан жол үздіксіз болып табылады.

Ұзындығы артуы бірнеше праймерлермен байланыстыру арқылы репликациядан басталады. Әрбір праймер тек бірнеше негіздерден тұрады. ДНК полимеразы кейін Okazaki үзінділері деп аталатын ДНҚ бөліктерін праймерлер арасындағы тізбеге қосады. Репликалау процесі үзіліссіз, себебі жаңадан құрылған фрагменттер бөлінбейді.

4-қадам: тоқтату

Үздіксіз және үзік сызықтары пайда болғаннан кейін, экзонуклеаз деп аталатын фермент барлық РНҚ праймерлерін түпнұсқалардан алып тастайды. Бұл праймерлер тиісті негіздермен ауыстырылады. Тағы бір экзонуклеаз жаңадан пайда болған ДНК-ны тексеру, жою және кез-келген қателерді ауыстырады. ДНК лигаз деп аталатын тағы бір ферменттер Оазаки фрагменттерімен біртұтас бірыңғай сызықты қалыптастырады. Сызықтық ДНҚ-ның аяғында ДНҚ полимеразы ретінде проблема бар, тек 5-тен 3-ге дейін нуклеотидтерді қосуға болады. Ата-аналар тізбегінің ұштары теломер деп аталатын бірнеше ДНҚ тізбегінен тұрады. Теломерлер хромосомалардың соңында жақын хромосомалардың термофункциядан қорғауын болдырмау үшін қорғаныс қақпағы ретінде әрекет етеді. Теломераз деп аталатын ДНҚ полимераз ферменттерінің ерекше түрі ДНҚ аяғындағы теломердің дәйектілігі синтезін катализдейді. Аяқталғаннан кейін, ата-ана мен оның қосымша ДНҚ-ны білетін екі жақты спираль формасына айналдырады. Ақыр соңында, репликация ата-аналар молекуласының бір тізбегі және жаңа тізбегі бар екі ДНҚ молекуласын шығарады.

Репликация ферменттері

Callista Image / Мәдениет / Getty Images

ДНҚ-ның репликациясы процестегі әртүрлі қадамдарды катализдейтін ферменттер болмайды. Эукариоттық ДНҚ-ны репликациялау процесіне қатысатын ферменттер:

• ДНК спиралі - ДНК бойымен жылжытқан кезде екі жақты ДНК бөлініп, бөледі. Бұл ДНК-нуклеотидті жұптар арасындағы сутегі байланыстарын бұзып, репликация доғасын құрайды.
• ДНҚ праймасы - РНҚ праймерлерін генерациялайтын РНК полимеразы түрі. Праймерлер ДНҚ-ның репликациясының бастапқы нүктесі үшін үлгілер ретінде әрекет ететін қысқа РНҚ молекулалары.
• ДНК полимеразы - жаңа ДНҚ молекулаларын синтездей отырып, ДНҚ-ның жетекші және артта қалған нуклеотидтерін қосады.
• Топоизомераз немесе ДНК Гирази - ДНҚ-ның араласып немесе суперкубирленуіне жол бермеу үшін ДНК- ны жібітіп , кері айналдырады.
• Эконуклеаздар - ДНҚ тізбегінің соңынан нуклеотидті негіздерді алып тастайтын ферменттер тобы.
• ДНК лигасы - нуклеотидтер арасында фосфодистерді байланыстыру арқылы ДНҚ үзінділерін біріктіреді.

ДНК репликациясының қысқаша сипаттамасы

Фрэнсис Лерой, BIOCOSMOS / Ғылым Фотогалереясы / Getty Images

ДНҚ-ның репликациясы - бұл ДНК молекуласының бірдей ДНК спиралдарының өндірісі. Әрбір молекула бастапқы молекуладан және жаңадан қалыптасқан шпалдардан тұрады. Репликация алдында ДНҚ бөлінбейді және жіптер бөлінеді. Репликалау үшін шаблон ретінде қызмет ететін репликалау форматы жасалады. Праймерлер ДНҚ-мен байланысады және ДНК полимеразы 5-тен 3-ге дейін жаңа нуклеотидтік тізбектерді қосады. Бұл қосымша жетекші тізбекте үздіксіз және үзілген жолда үзілген. ДНҚ тізбектерінің ұзаруы аяқталғаннан кейін, жолақтар қателерге тексеріліп, жөндеу жүргізіледі және ДНҚ аяғына теломерді дәйектемелер қосылады.