Molekula DNK je struktura, ki jo najdemo na kromosomu. En kromosom vsebuje eno takšno molekulo, sestavljeno iz dveh pramenov. Reduplikacija DNK je prenos informacij po samoreproduciranju niti iz ene molekule v drugo. Je inherenten tako DNK kot RNA. Ta članek obravnava proces replikacije DNK.
Splošne informacije in vrste sinteze DNK
Znano je, da so niti v molekuli zvite. Ko pa se začne proces reduplikacije DNK, se despiralizirajo, nato se premaknejo na strani in na vsaki se sintetizira nova kopija. Po zaključku se pojavita dve popolnoma enaki molekuli, od katerih vsaka vsebuje matično in hčerinsko nit. Ta sinteza se imenuje polkonzervativna. Molekule DNK se odmaknejo, medtem ko ostanejo v eni sami centromeri, in se končno razidejo šele, ko se ta centromera začne deliti.
Druga vrsta sinteze se imenuje reparativna. On, za razliko od prejšnjega,povezana s katero koli celično fazo, vendar se začne, ko pride do poškodbe DNK. Če so preobsežni, potem celica sčasoma umre. Če pa je poškodba lokalizirana, jo je mogoče popraviti. Odvisno od težave je treba obnoviti eno ali dve verigi DNK. Ta, kot se ji tudi reče, nenačrtovana sinteza ne traja dolgo in ne zahteva velikih stroškov energije.
Toda ko pride do reduplikacije DNK, se porabi veliko energije, materiala, njegovo trajanje se raztegne na ure.
Podvajanje je razdeljeno na tri obdobja:
- iniciacija;
- raztezanje;
- prekinitev.
Oglejmo si podrobneje to zaporedje replikacije DNK.
iniciacija
V človeški DNK je nekaj deset milijonov baznih parov (pri živalih jih je le sto devet). Reduplikacija DNK se začne na mnogih mestih v verigi iz naslednjih razlogov. Približno v istem času se v RNA pojavi transkripcija, vendar je med sintezo DNK na nekaterih ločenih mestih suspendirana. Zato se pred takšnim procesom v citoplazmi celice nabere zadostna količina snovi, da se ohrani genska ekspresija in da se vitalna aktivnost celice ne moti. Glede na to je treba postopek izvesti čim hitreje. Oddajanje v tem obdobju se izvaja, transkripcija pa se ne izvaja. Študije so pokazale, da se reduplikacija DNK pojavi naenkrat na več tisoč točkah - majhnih območjih z določenozaporedje nukleotidov. Pridružijo se jim posebni iniciatorski proteini, ki se jim nato pridružijo drugi encimi podvajanja DNK.
Fragment DNK, kjer poteka sinteza, se imenuje replikon. Začne se od začetne točke in konča, ko encim zaključi replikacijo. Replikon je samostojen in celoten proces oskrbuje z lastno podporo.
Proces se morda ne začne z vseh točk hkrati, nekje se začne prej, nekje pozneje; lahko teče v eni ali dveh nasprotnih smereh. Dogodki se pojavijo v naslednjem vrstnem redu, ko so ustvarjeni:
- replikacijske vilice;
- RNA primer.
replikacijske vilice
Ta del je proces, s katerim se deoksiribonukleinske verige sintetizirajo na ločenih verigah DNK. Vilice tvorijo tako imenovano reduplikacijsko oko. Pred postopkom se izvede vrsta dejanj:
- sprostitev vezave na histone v nukleosomu - encimi za reduplikacijo DNK, kot so metilacija, acetilacija in fosforilacija, proizvajajo kemične reakcije, zaradi katerih beljakovine izgubijo svoj pozitivni naboj, kar olajša njihovo sproščanje;
- despiralizacija je odvijanje, ki je potrebno za nadaljnje sprostitev niti;
- prekinitev vodikovih vezi med verigami DNK;
- njihovo razhajanje v različnih smereh molekule;
- fiksacija s SSB proteini.
RNA primer
Sinteza se izvedeencim, imenovan DNK polimeraza. Sam pa tega ne more zagnati, zato to počnejo drugi encimi – RNA polimeraze, ki jim pravimo tudi RNA primeri. Sintetizirajo se vzporedno z deoksiribonukleinskimi verigami po komplementarnem principu. Tako se iniciacija konča s sintezo dveh RNA prajmerov na dveh verigah DNK, ki sta prekinjena in ločena v različnih smereh.
raztegovanje
To obdobje se začne z dodatkom nukleotida in 3' konca RNA primera, ki ga izvaja že omenjena DNK polimeraza. K prvemu pritrdi drugi, tretji nukleotid itd. Osnove nove verige so povezane z matično verigo z vodikovimi vezmi. Verjame se, da sinteza filamentov poteka v smeri 5'-3'.
Kjer poteka proti replikacijskim vilicam, sinteza poteka neprekinjeno in se ob tem razteza. Zato se takšna nit imenuje vodilna ali vodilna. Na njem se ne tvorijo več RNA primeri.
Vendar pa se na nasprotni materini verigi nukleotidi DNK še naprej vežejo na RNA primer, deoksiribonukleinska veriga pa se sintetizira v nasprotni smeri od reduplikacijske vilice. V tem primeru se imenuje zaostajanje ali zaostajanje.
Na zaostajajoči verigi se sinteza zgodi fragmentarno, kjer se na koncu enega odseka začne sinteza na drugem mestu v bližini z uporabo istega RNA primera. Tako sta na zaostajajoči verigi dva fragmenta, ki sta povezana z DNK in RNA. Imenujejo se Okazakijevi fragmenti.
Potem se vse ponovi. Nato se odvije še en obrat vijačnice, vodikove vezi se pretrgajo, prameni se razhajajo na straneh, vodilna veriga se podaljša, naslednji fragment RNA primera se sintetizira na zaostajajočem, po katerem Okazakijev fragment. Po tem se na zaostajajoči verigi RNA prajmeri uničijo, fragmenti DNK pa se združijo v eno. Torej se na tem krogu dogaja hkrati:
- tvorba novih RNA primerjev;
- sinteza Okazakijevih fragmentov;
- uničenje RNA primerjev;
- združitev v eno samo verigo.
prekinitev
Proces se nadaljuje, dokler se ne srečata dve replikacijski vilici ali pa ena od njiju ne doseže konca molekule. Ko se vilice srečajo, so hčerinske verige DNK povezane z encimom. V primeru, da se je vilica premaknila na konec molekule, se reduplikacija DNK konča s pomočjo posebnih encimov.
popravek
V tem procesu je pomembna vloga nadzoru (ali popravljanju) reduplikacije. Vse štiri vrste nukleotidov se dovajajo na mesto sinteze in s poskusnim združevanjem DNK polimeraza izbere tiste, ki so potrebni.
Želeni nukleotid mora biti sposoben tvoriti toliko vodikovih vezi kot isti nukleotid na verigi predloge DNK. Poleg tega mora obstajati določena konstantna razdalja med sladkorno-fosfatnimi hrbtenicami, ki ustreza trem obročem v dveh bazah. Če nukleotid ne izpolnjuje teh zahtev, do povezave ne bo prišlo.
Kontrola se izvaja pred vključitvijo v verigo in predvključitev naslednjega nukleotida. Po tem se v hrbtenici sladkornega fosfata oblikuje vez.
Mutacijska različica
Mehanizem replikacije DNK ima kljub visokemu odstotku natančnosti vedno motnje v nitih, ki se večinoma imenujejo "genske mutacije". Približno tisoč baznih parov ima eno napako, ki se imenuje konvariantna reduplikacija.
To se zgodi iz različnih razlogov. Na primer, pri visoki ali prenizki koncentraciji nukleotidov, deaminaciji citozina, prisotnosti mutagenov v območju sinteze in drugo. V nekaterih primerih je mogoče napake popraviti s postopkom popravil, v drugih pa popravek postane nemogoč.
Če se je poškodba dotaknila neaktivnega mesta, napaka ne bo imela resnih posledic, ko pride do procesa replikacije DNK. Nukleotidno zaporedje določenega gena se lahko pojavi z neusklajenostjo. Potem je situacija drugačna in tako smrt te celice kot smrt celotnega organizma lahko postaneta negativen rezultat. Upoštevati je treba tudi, da genske mutacije temeljijo na mutacijski variabilnosti, zaradi česar je genski sklad bolj plastičen.
metilacija
V času sinteze ali takoj po njej pride do metilacije verige. Menijo, da je pri ljudeh ta proces nujen za tvorbo kromosomov in uravnavanje transkripcije genov. V bakterijah ta proces služi za zaščito DNK pred rezanjem z encimi.
