Mechanizmy replikácie DNA, v prokaryotoch a eukaryotoch

Ten Replikácia DNA (Kyselina desoxyribonukleová) pozostáva z kopírovania genómu, to znamená, že všetky genetické informácie obsiahnuté v DNA organizmu, na výrobu dvoch identických kópií. Genóm má potrebné informácie na vybudovanie úplného organizmu.

Pred delením buniek dôjde k replikácii DNA. Prostredníctvom meiózy sa vyskytujú gaméty pre sexuálnu reprodukciu. Prostredníctvom mitózy sa vyskytuje výmena buniek (napríklad koža a krv) a vývoj (napríklad tkanivá a orgány).

Znalosť štruktúry DNA nám umožňuje porozumieť tomu, ako sa vyskytuje jej replikácia. Štruktúra DNA pozostáva z dvojitej vrstvy, ktorá sa skladá z dvoch antipaallálnych reťazcov nasledujúcich nukleotidov, ktorých dusíkové bázy sú špecificky doplnené.

Počas replikácie každý z reťazcov dvojitého DNA reťazca pôsobí ako forma pre biosyntézu nového reťazca. Dva novo syntetizované reťazce majú základy, ktoré sa dopĺňajú k základom reťazca foriem: adenín (A) s timinou (T) a cytozín (C) s guanínom (G).

Na replikácii DNA sa zúčastňuje niekoľko enzýmov a proteínov. Napríklad otvorenie dvojitého DNA vrtule, udržiavanie DNA otvorenej a pridanie deoxyribonukleosidos-5'-trifosfátu (DNTP) za vzniku nového reťazca.

[TOC]

Replikácia DNA je polo -konzervatívna

Na základe štruktúry DNA Watson a Crick navrhli, aby sa replikácia DNA vyskytla semi -konzervatívnym spôsobom. Toto preukázali Meselson a Stahl označením DNA Escherichia coli S ťažkým izotopom dusíka, ^pätnásťN, po niekoľkých generáciách distribučný vzor v kultivačnom médiu s ľahkým dusíkom, ¹⁴N.

Messelson a Stahl zistili, že v prvej generácii mali dve dcéry DNA molekuly, každá molekula označená reťazou s ťažkým izotopom dusíka a ďalšou s izotopovou ľahkou. Na rozdiel od rodičovskej molekuly DNA, ktorá mala dva reťazce označené ťažkým izotopom, ^pätnásťN.

V druhej generácii bolo 50% molekúl DNA ako molekuly prvej generácie a ďalších 50% malo iba ľahký dusík. Interpretácia tohto výsledku je v tom, že vrtuľová vrtuľa s dvojitou dcérou má rodičovský reťazec (ktorý funguje ako forma) a nový reťazec.

Semi -konzervatívny replikačný mechanizmus znamená separáciu DNA reťazcov a párenie doplnkových základov pomocou následných nukleotidov, ktoré produkujú dve dcéry dcéry s dvojitými dcérami.

Replikácia v batériách

Začiatok replikácie DNA v baktériách

DNA baktérií pozostáva z kruhového chromozómu a má iba jedno miesto pôvodu replikácie. Z tohto webu sa biosyntéza týchto dvoch dcér stáva obojsmerne a vytvára dve replikačné vidlice, ktoré sa pohybujú smermi proti pôvodu. Nakoniec sú vidlice dokončené replikáciou.

Replikácia začína zväzkom proteínov DNAA s miestom pôvodu. Tieto proteíny zase tvoria komplex. Potom sú proteíny Hu a IHF viazané.

Ďalej sú spojené proteíny DNAC, vďaka čomu sa vrtuľníky DNA spoja. Tieto pomáhajú odvíjať DNA a prelomiť vodíkové väzby, tvorené v pároch báz. Takže dva reťazce sa ešte viac oddeľujú a vytvárajú dva jednoduché reťazce.

Topoisomeráza II alebo DNA Girasa sa pohybuje pred DNA Helicy. Proteíny DNA s jedným reťazcom DNA (SSB) udržujú DNA reťazce oddelené. Tak môže začať biosyntéza dcérskeho reťazca.

Biosyntéza dcér DNA reťazce v baktériách

Prima enzým je zodpovedný za syntézu krátkych RNA reťazcov nazývaných priméry, ktoré majú dĺžku 10 až 15 nukleotidov. DNA polymeráza začína pridávať 5'-trifosfát (DNTP) do 3'-oh primovacieho cukru, po ktorom reťaz naďalej rastie o rovnakom konci.

Pretože reťazce DNA sú antiparalelné, v vodiacom reťazci je syntetizovaný primér a mnoho primérov v oneskorenom reťazci. Z tohto dôvodu je biosyntéza oneskoreného reťazca diskontinuálna. Aj keď sú DNA reťazce antiparalelné, replikačná vidlica sa pohybuje v jednom smere.

DNA polymeráza je zodpovedná za tvorbu kovalentných väzieb medzi susednými nukleotidmi novo syntetizovaných reťazcov, v smere 5'®3 '. V A. coli, Existuje päť polymerázových DNA: DNA polymerázy I a III vykonávajú replikáciu DNA; a DNA polymerázy II, IV a V sú zodpovedné za replikáciu a replikáciu poškodenej DNA.

Väčšina replikácie je vyrobená pomocou DNA polymerázy III, čo je holoenzým, ktorý má 10 rôznych podjednotiek s niekoľkými funkciami pri replikácii DNA. Napríklad spoločnosť Alpha Subvent je zodpovedná za vytváranie väzieb medzi nukleotidmi.

Enzýmový komplex je zodpovedný za replikáciu DNA v baktériách

Helicáza DNA a prima je spojená s tvorbou komplexu nazývaného primosóm. Toto sa pohybuje pozdĺž DNA a pôsobí koordinovaným spôsobom na oddelenie týchto dvoch rodičovských reťazcov a syntetizuje priméry každý určitý interval v oneskorenom reťazci.

Primozóm sa fyzicky viaže na DNA polymerázu III a tvorí replizome. Dva DNA polymerázy III sú zodpovedné za replikáciu DNA sprievodcu a oneskorené reťazce. Pokiaľ ide o DNA polymerázu III, oneskorený reťaz tvorí slučku, ktorá umožňuje pridanie nukleotidov do tohto reťazca v rovnakom smere vodiaceho reťazca.

Pridanie nukleotidov do vodiaceho reťazca je nepretržité. Zatiaľ čo v oneskorení je diskontinuálny. Vytvárajú sa fragmenty 150 nukleotidov dĺžky, nazývané fragmenty Okazaki.

Exonukleázová aktivita 5 ' -> 3' DNA polymerázy I je zodpovedná za elimináciu primérov a výplne, čím sa pridáva nukleotidy. Enzým ligáza utesňuje medzery medzi fragmentmi. Replikácia končí, keď sú dve replikačné hoquilly v dokončení.

Proteín sa váš viaže na koncovú sekvenciu a zastavuje pohyb replikačnej vidlice. Topoizomeráza II umožňuje oddelenie dvoch chromozómov.

Desoxiribonukleotidy tryfosfáty sa používajú pomocou DNA polymerázy

Dexinukleozid tryfosfát (DNTP) Obsahuje tri fosfátové skupiny spojené s uhlíkom 5 'deoxyribosa. DNTP (DATP, DTTP, DGTP a DCTP) sa spájajú s reťazou foriem podľa pravidla AT/GC.

DNA polymeráza katalyzuje nasledujúcu reakciu: hydroxylová skupina (-OH) 3 'nukleotidu rastúceho reťazca reaguje s alfafosfát prichádzajúceho DNTP, uvoľňuje anorganický pyrofosfát (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI). Hydrolýza PPI produkuje energiu na tvorbu kovalentnej väzby alebo fosfodiérovej väzby medzi nukleotidmi rastúceho reťazca.

Mechanizmy, ktoré zabezpečujú vernosť replikácie DNA

Počas replikácie DNA robí DNA polymeráza III chybu na 100 miliónov nukleotidov. Aj keď je pravdepodobnosť chyby veľmi nízka, existujú mechanizmy, ktoré zabezpečujú vernosť v replikácii DNA. Tieto mechanizmy sú:

1) Stabilita v základnom apar. Energia vodíkovej väzby medzi/GC je väčšia ako v chybných pároch báz.

2) Štruktúra aktívnej miesta DNA polymerázy. DNA polymeráza prednostne katalyzuje nukleotidy s správnymi bázami v opačnom reťazci. Zlé párenie báz spôsobuje skreslenie dvojitej vrtule DNA, čo bráni nesprávnemu nukleotidu v obsadení aktívneho miesta enzýmu.

3) Test čítania. DNA polymeráza identifikuje začlenené chybné nukleotidy a eliminuje ich z dcérskeho reťazca. Exonukleázová aktivita polymerázovej DNA prerušuje fosfodiérové ​​väzby medzi nukleotidmi na 3 'konci nového reťazca.

Replikácia DNA v eukaryotoch

Na rozdiel od replikácie v prokaryotoch, ktorých replikácia začína na jednom mieste, eukaryotická replikácia začína na viacerých miestach pôvodu a replikácia vidlice sa pohybuje obojsmerne. Následne sa zlúčia všetky replikačné vidlice a vytvárajú dve sesterské chromatidy spojené v Centromere.

Eukaryoty majú veľa typov DNA polymerázy, ktorých mená používajú grécke písmená. DNA polymeráza α tvoriť komplex s prima. Tento komplex syntetizuje krátke priméry pozostávajúce z 10 nukleotidov RNA, po ktorých nasleduje 20 až 30 nukleotidov DNA.

Potom DNA polymeráza ε ani Δ katalyzuje predĺženie dcérskej reťazca z základného náteru. DNA polymeráza ε Je zapojený do syntézy vedúceho reťazca, zatiaľ čo DNA polymeráza Δ Syntetizujte oneskorený reťazec.

DNA polymeráza Δ Predĺžte ľavý fragment Okazaki, až kým nedosiahne pravý základný náter, čím sa vytvorí krátke zdvíhanie základného náteru („krátka klapka“). Na rozdiel od prokaryotov, kde polymeráza DNA eliminuje primér, v eukaryotoch enzým enzým endonukleázy eliminuje primér RNA.

Ďalej DNA ligáza utesňuje fragmenty DNA, ktoré susedia. Dokončenie replikácie dochádza s disociáciou proteínov replikačných vidlice.

Ten Replikácia DNA v eukaryotoch a bunkovom cykle

Replikácia v eukaryotoch sa vyskytuje vo fáze S bunkový cyklus. Replikované molekuly DNA sa počas mitózy segregujú v dvoch dcérskych bunkách. Fázy G1 a G2 oddeľujú f fázu a mitózu. Progresia v každej fáze bunkového cyklu je vysoko regulovaná kinázami, fosfatázami a proteázami.

Vo fáze G1 bunkového cyklu sa komplex rozpoznávania pôvodu (OCR) spája s miestom pôvodu. To indukuje spojenie MCM helika a iných proteínov, ako je CDC6 a CDT1, za vzniku komplexu predbežného replikácie (PRERC). Las Helicase MCM sa pripojí k vodiacej reťazci.

Vo fáze S sa PRERC stáva aktívnym miestom replikácie. Vydávajú sa proteíny OCR, CDC6 a CDT1 a helikáza MCM sa pohybuje v smere 3 'až 5'. Po ukončení replikácie sa to reštartuje v nasledujúcom bunkovom cykle.

Replikácia koncov chromozómov v eukaryotoch

Konce chromozómov sú známe ako teloméry, ktoré pozostávajú z opakovaných sekvencií v tandeme a 3 'oblasti, ktorá vyniká, od 12 do 16 nukleotidov dĺžky.

DNA polymeráza nie je schopná replikovať 3 'koniec DNA reťazcov. Je to preto, že DNA polymeráza môže syntetizovať iba DNA na adrese 5'-3 'a môže predĺžiť iba existujúce reťazce bez toho, aby bola schopná syntetizovať primér v tejto oblasti. V dôsledku toho sa teloméry skrátia v každom kole replikácie.

Telomerázový enzým zabraňuje skráteniu telomérov. Telomeráza je enzým, ktorý má podjednotky proteínu a RNA (tretí). Ten sa viaže na opakované sekvencie DNA a umožňuje telomeráze pripojiť sa k 3 'koncu teloméru.

Sekvencia RNA za zväzom umiestnenou ako forma pre syntézu sekvencie šiestich nukleotidov (polymerizácia) na konci reťazca DNA. Predĺženie teloméru je katalyzované podjednotkami telomerázy, nazývanej reverzná telomeráza transkriptáza (TERT).

Po polymerizácii dochádza k translokalizácii, ktorá pozostáva z pohybu telomerázy na nový koniec reťazca DNA, ktorý spája šesť ďalších nukleotidov až do konca.

Funkcie iných DNA polymeráz v eukaryotoch

DNA polymeráza p Má dôležitú úlohu pri odstraňovaní nesprávnych báz DNA, ale nezúčastňuje sa replikácie DNA.

Mnoho objavených polymerázových DNA patrí do polymerázovej skupiny „replikujúca sa translesa“. Tieto polymerázy sú zodpovedné za syntézu komplementárnych reťazcov v poškodenej oblasti DNA.

Existuje niekoľko typov polymeráz „replikuje transles“. Napríklad DNA polymeráza η Môžete sa replikovať o Timine Dímeros, ktoré sú produkované UV svetlom.

Replikácia DNA v archeobaktériách

Replikácia DNA archeobaktérie je podobná, ktorú uvedená v eukaryotoch. Dôvodom je: 1) Proteíny, ktoré sa podieľajú na replikácii, sú skôr ako protesty eukaryotov ako proteíny prokaryotov; a 2) Aj keď existuje iba jedno replikačné miesto ako v prokaryotoch, jej sekvencia je podobná miesta eukaryotického pôvodu.

Podobnosť v replikácii medzi oblúkmi a eukaryotes podporuje myšlienku, že obe skupiny sú fylogeneticky viac spojené so sebou ako ktorýkoľvek z nich s prokaryotes.

Odkazy

1. Brooker, r. J. 2018. Genetická analýza a princípy. McGraw-Hill, New York.
2. Hartwell, L. H., Goldberg, m. L., Fischer, J. Do., Kapucňa, L. 2018. Genetika - z génov genómov. McGraw-Hill, New York.
3. Kušić-tišma, J. 2011. Základné aspekty replikácie DNA. Intech Open Access, Chorvátsko.
4. Lewis, r., 2015. Koncepty a aplikácie ľudskej genetiky. McGraw-Hill, New York.
5. Pierce, b. Do. 2005. Genetika - koncepčný prístup. W. H. Freeman, New York.