Nukleinske kisline igrajo pomembno vlogo pri zagotavljanju vitalne aktivnosti celic živih organizmov. Pomemben predstavnik te skupine organskih spojin je DNK, ki nosi vse genetske informacije in je odgovorna za manifestacijo potrebnih lastnosti.
Kaj je replikacija?
V procesu celične delitve je treba povečati količino nukleinskih kislin v jedru, da pri tem ne pride do izgube genetskih informacij. V biologiji je replikacija podvajanje DNK s sintezo novih verig.
Glavni namen tega procesa je prenos genetskih informacij v hčerinske celice nespremenjene brez kakršnih koli mutacij.
Encimi in proteini replikacije
Podvajanje molekule DNK lahko primerjamo s katerim koli metabolnim procesom v celici, ki zahteva ustrezne beljakovine. Ker je replikacija pomembna komponenta celične delitve v biologiji, je tu vključenih veliko pomožnih peptidov.
DNA polimeraza je najpomembnejši encim za reduplikacijo, ki je odgovorenza sintezo hčerinske verige deoksiribonukleinske kisline. V citoplazmi celice je v procesu replikacije obvezna prisotnost nukleinskih trifosfatov, ki prinesejo vse nukleinske baze
Te baze so monomeri nukleinske kisline, zato je iz njih zgrajena celotna veriga molekule. DNK polimeraza je odgovorna za postopek sestavljanja v pravilnem vrstnem redu, sicer so vse vrste mutacij neizogibne.
- Primase je protein, ki je odgovoren za tvorbo temeljnega premaza na verigi DNK predloge. Ta temeljni premaz se imenuje tudi temeljni premaz, ima strukturo RNA. Za encim DNA polimerazo je pomembna prisotnost začetnih monomerov, iz katerih je možna nadaljnja sinteza celotne polinukleotidne verige. To funkcijo opravlja temeljni premaz in njegov ustrezni encim.
- Helikaza (helikaza) tvori replikacijsko vilico, ki je razhajanje matričnih verig s pretrganjem vodikovih vezi. Tako se polimeraze lažje približajo molekuli in začnejo sintezo.
- Topoizomeraza. Če si molekulo DNK predstavljate kot zvito vrv, se bo ob gibanju polimeraze po verigi zaradi močnega zvijanja oblikovala pozitivna napetost. Ta problem rešuje topoizomeraza, encim, ki za kratek čas prekine verigo in razgrne celotno molekulo. Po tem se poškodovano območje ponovno zašije in DNK ni obremenjen.
- Ssb proteini se kot grozdi pritrdijo na verige DNK na replikacijski vilici, da preprečijo ponovno tvorbo vodikovih vezi pred koncem procesa reduplikacije.
- Lige. Encimska funkcijasestoji iz šivanja Okazakijevih fragmentov na zaostajajoči verigi molekule DNK. To se zgodi z izrezovanjem temeljnih premazov in vstavljanjem naravnih monomerov deoksiribonukleinske kisline na njihovo mesto.
V biologiji je replikacija kompleksen večstopenjski proces, ki je izjemno pomemben pri delitvi celic. Zato je za učinkovito in pravilno sintezo potrebna uporaba različnih beljakovin in encimov.
mehanizem podvajanja
Obstajajo 3 teorije, ki pojasnjujejo proces podvajanja DNK:
- Konzervativna navaja, da ima ena hčerinska molekula nukleinske kisline matrično naravo, druga pa je popolnoma sintetizirana iz nič.
- Semikonservative, ki sta ga predlagala Watson in Crick in potrjena leta 1957 v poskusih na E. Coli. Ta teorija pravi, da imata obe hčerinski molekuli DNK eno staro verigo in eno na novo sintetizirano.
- Mehanizem disperzije temelji na teoriji, da imajo hčerinske molekule po celotni dolžini izmenično odseke, ki so sestavljeni iz starih in novih monomerov.
Zdaj znanstveno dokazan polkonzervativni model. Kaj je replikacija na molekularni ravni? Na začetku helikaza prekine vodikove vezi molekule DNK in s tem odpre obe verigi za encim polimerazo. Slednji po nastanku semen začnejo s sintezo novih verig v smeri 5'-3'.
Lastnost antiparalelizma DNK je glavni razlog za nastanek vodilnih in zaostajajočih pramenov. Na vodilni verigi se DNK polimeraza giblje neprekinjeno, medtem ko se na zaostajajočitvori Okazakijeve fragmente, ki jih bo v prihodnosti združila ligaza.
Lastnosti replikacije
Koliko molekul DNK je v jedru po replikaciji? Sam proces pomeni podvojitev genetskega nabora celice, zato ima v sintetičnem obdobju mitoze diploidni niz dvakrat več molekul DNK. Tak vnos je običajno označen kot 2n 4c.
Poleg biološkega pomena replikacije so znanstveniki našli uporabo postopka na različnih področjih medicine in znanosti. Če je v biologiji replikacija podvajanje DNK, potem se v laboratoriju razmnoževanje molekul nukleinske kisline uporablja za ustvarjanje več tisoč kopij.
Ta metoda se imenuje polimerazna verižna reakcija (PCR). Mehanizem tega procesa je podoben replikaciji in vivo, zato se za njegov potek uporabljajo podobni encimi in puferski sistemi.
Sklepi
Replikacija je velikega biološkega pomena za žive organizme. Prenos genetskih informacij med celično delitvijo ni popoln brez podvajanja molekul DNK, zato je usklajeno delo encimov pomembno na vseh stopnjah.
