De replikering av DNA (deoksyribonukleinsyre) består i å kopiere genomet, det vil si all genetisk informasjon som finnes i DNA til en organisme, for å produsere to identiske kopier. Genomet har den informasjonen som er nødvendig for å bygge en komplett organisme.
Før celledeling skjer DNA-replikasjon. Gjennom meiose produseres kjønnsceller for seksuell reproduksjon. Gjennom mitose skjer celleutskiftning (for eksempel hud og blod) og utvikling (for eksempel vev og organer).
Å kjenne strukturen til DNA lar oss forstå hvordan replikasjonen av den skjer. Strukturen av DNA består av en dobbel helix, sammensatt av to antiparallelle kjeder av suksessive nukleotider, hvis nitrogenholdige baser utfyller hverandre på en spesifikk måte..
Under replikasjon fungerer hver streng av DNA-dobbeltstrengen som en mal for biosyntese av en ny streng. De to nylig syntetiserte kjedene har baser som er komplementære til basene i malkjeden: adenin (A) med tymin (T), og cytosin (C) med guanin (G).
Ulike enzymer og proteiner er involvert i DNA-replikasjon. Å åpne for eksempel DNA-dobbeltspiralen, holde DNA åpent og tilsette deoksyribonukleosider-5'-trifosfat (dNTP) for å danne den nye strengen.
Artikkelindeks
Basert på strukturen til DNA, foreslo Watson og Crick at DNA-replikasjon skjer semi-konservativt. Dette ble demonstrert av Meselson og Stahl ved å merke DNA av Escherichia coli med tung nitrogenisotop, femtenN, etter fordelingsmønsteret i flere generasjoner i et kulturmedium med lett nitrogen, 14N.
Meselson og Stahl fant at i den første generasjonen hadde de to datter-DNA-molekylene hvert molekyl merket med en kjede med den tunge isotopen av nitrogen og en annen med den lette isotopen. I motsetning til det opprinnelige DNA-molekylet, som hadde begge strengene merket med den tunge isotopen, femtenN.
I andre generasjon var 50% av DNA-molekylene som for den første generasjonen, og de andre 50% hadde bare lett nitrogen. Tolkningen av dette resultatet er at datterens dobbeltspiral har en foreldrekjede (som fungerer som mal) og en ny kjede.
Den semi-konservative replikasjonsmekanismen involverer DNA-strengeseparasjon og komplementær baseparring gjennom suksessiv nukleotidparing, og produserer to datter dobbelthelixer..
Bakterielt DNA består av et sirkulært kromosom og har bare ett replikasjonssted. Fra dette nettstedet skjer biosyntese av de to datterkjedene toveis, og danner to replikasjonsgafler som beveger seg i motsatt retning til opprinnelsen. Til slutt møtes hårnålene og fullfører replikasjonen.
Replikering begynner med binding av DnaA-proteiner til opprinnelsesstedet. Disse proteinene danner i sin tur et kompleks. Deretter slås HU og IHF-proteiner sammen, som sammen bretter DNA, og forårsaker separasjon av de to DNA-kjedene i en region rik på tymin og adenin..
Deretter binder DNaC-proteiner, som får DNA-helikaser til å binde seg. De hjelper med å koble DNA og bryte hydrogenbindinger, dannet mellom basepar. Så de to kjedene er skilt videre, og danner to enkle kjeder.
Topoisomerase II, eller DNA-gyrase, beveger seg foran DNA-helikase og reduserer positive superspoler. Enkeltstrengede DNA-bindende (SSB) proteiner holder DNA-strengene fra hverandre. Dermed kan biosyntese av datterkjeden begynne.
Primaseenzymet er ansvarlig for å syntetisere korte RNA-kjeder kalt primere, som er 10 til 15 nukleotider lange. DNA-polymerase begynner å tilsette 5'-trifosfatdeoksynukleosider (dNTP) til 3'-OH-enden av primersukkeret, hvoretter strengen fortsetter å vokse fra samme ende.
Fordi DNA-tråder er antiparallelle, syntetiseres en primer på lederstrengen og mange primere på lagstrengen. På grunn av dette er biosyntese av den forsinkede kjeden diskontinuerlig. Selv om DNA-tråder er antiparallelle, beveger replikasjonsgaffelen seg bare i én retning.
DNA-polymerase er ansvarlig for dannelsen av kovalente bindinger mellom tilstøtende nukleotider av de nylig syntetiserte kjedene, i 5'®3 '-retningen. På E coli, Det er fem DNA-polymeraser: DNA-polymeraser I og III utfører DNA-replikasjon; og DNA-polymeraser II, IV og V er ansvarlige for å reparere og replikere skadet DNA.
Det meste av replikasjonen utføres av DNA-polymerase III, som er et holoenzym som har 10 forskjellige underenheter med forskjellige funksjoner i DNA-replikasjon. For eksempel er alfa-underenheten ansvarlig for å lage koblinger mellom nukleotider.
DNA-helikase og primase går sammen for å danne et kompleks som kalles primosom. Dette beveger seg langs DNA, og fungerer på en koordinert måte for å skille de to foreldrenes tråder, og syntetiserer primerne hvert eneste intervall på den forsinkede strengen..
Primosomet binder seg fysisk til DNA-polymerase III og danner replisomet. To DNA-polymeraser III er ansvarlige for å replikere DNA fra ledelinjene og forsinkede kjeder. Med hensyn til DNA-polymerase III danner den forsinkede streng en utadgående sløyfe, som tillater tilsetning av nukleotider til denne strengen å skje i samme retning som lederstrengen..
Tilsetningen av nukleotider til føringskjeden er kontinuerlig. Mens det er forsinket, er det diskontinuerlig. Fragmenter på 150 nukleotider er dannet, kalt Okazaki-fragmenter.
5 '-> 3' exonukleaseaktiviteten til DNA-polymerase I er ansvarlig for å eliminere primere og fylle, tilsette nukleotider. Et ligaseenzym forsegler hullene mellom fragmentene. Replikering avsluttes når de to replikasjonskrokene møtes i en avslutningssekvens.
Tus-proteinet binder seg til avslutningssekvensen og stopper bevegelsen til replikasjonsgaffelen. Topoisomerase II tillater separasjon av de to kromosomene.
Deoksynukleosidtrifosfat (dNTP) inneholder tre fosfatgrupper festet til 5'-karbonet av deoksyribose. DNTP-ene (dATP, dTTP, dGTP og dCTP) binder seg til malkjeden etter AT / GC-regelen.
DNA-polymerase katalyserer følgende reaksjon: 3'-hydroksylgruppen (-OH) i den voksende strengnukleotidet reagerer med alfa-fosfatet i det innkommende dNTP, og frigjør uorganisk pyrofosfat (PPi). Hydrolysen av PPi produserer energien for dannelsen av den kovalente bindingen, eller fosfodiesterbindingen, mellom nukleotidene i den voksende kjeden.
Under DNA-replikasjon gjør DNA-polymerase III en feil med 100 millioner nukleotider. Selv om sannsynligheten for feil er veldig lav, er det mekanismer som sikrer troskap i DNA-replikasjon. Disse mekanismene er:
1) Stabilitet i baseparing. Hydrogenbindingsenergi mellom AT / GC er høyere enn i feil basepar.
2) Struktur av det aktive stedet for DNA-polymerase. DNA-polymerase katalyserer fortrinnsvis nukleotidkryss med riktige baser på motsatt streng. Dårlig baseparring resulterer i en forvrengning av DNA-dobbeltspiralen, og forhindrer at feil nukleotid okkuperer det aktive stedet for enzymet.
3) Lesetest. DNA-polymerase identifiserer inkorporerte feilaktige nukleotider og fjerner dem fra datterstrengen. Eksonukleaseaktiviteten til DNA-polymerase bryter fosfodiesterbindinger mellom nukleotider i 3'-enden av den nye strengen.
I motsetning til replikasjon i prokaryoter, hvor replikering begynner på et enkelt sted, begynner replikering i eukaryoter på flere opprinnelsessteder og replikasjonsgaffelen beveger seg toveis. Deretter smelter alle replikasjonsgaflene sammen og danner to søsterkromatider som ble sammenføyd ved sentromeren..
Eukaryoter har mange typer DNA-polymerase, hvis navn bruker greske bokstaver. DNA-polymerase α danner et kompleks med primase. Dette komplekset syntetiserer korte primere som består av 10 nukleotider av RNA etterfulgt av 20 til 30 nukleotider av DNA..
Deretter DNA-polymerase ε eller δ katalyserer forlengelsen av datterstrengen fra primeren. DNA-polymerase ε er involvert i syntesen av lederkjeden, mens DNA-polymerase δ syntetisere den forsinkede kjeden.
DNA-polymerase δ den forlenger Okazaki-fragmentet til venstre til den når RNA-primeren til høyre, og gir en kort klaff av primeren. I motsetning til prokaryoter, hvor en DNA-polymerase fjerner primeren, i eukaryoter fjerner et Flap-endonuklease-enzym RNA-primeren.
En DNA-ligase forsegler deretter de tilstøtende DNA-fragmentene. Replikeringsterminering skjer med dissosiasjon av proteiner fra replikasjonsgaffelen.
Replikering i eukaryoter forekommer i S-fasen av cellesyklusen. De replikerte DNA-molekylene skilles ut i to datterceller under mitose. G1- og G2-fasene skiller S-fasen og mitosen. Progresjon gjennom hver fase av cellesyklusen er sterkt regulert av kinaser, fosfataser og proteaser..
I G1-fasen av cellesyklusen binder opprinnelsesgjenkjenningskomplekset (OCR) seg til opprinnelsesstedet. Dette induserer bindingen av MCM-helikaser og andre proteiner, slik som Cdc6 og Cdt1, for å danne et pre-replikasjonskompleks (preRC). MCM helicase binder seg til føringskjeden.
I S-fase blir preRC et aktivt replikeringssted. OCR, Cdc6 og Cdt1 proteiner frigjøres, og MCM helicase beveger seg i 3 'til 5' retning. Når replikeringen er avsluttet, vil den startes på nytt i neste cellesyklus..
Endene på kromosomene er kjent som telomerer, som består av gjentatte tandemsekvenser, og en 3'-region som stikker ut, 12 til 16 nukleotider i lengde..
DNA-polymerase klarer ikke å replikere 3'-enden av DNA-strengene. Dette er fordi DNA-polymerase bare kan syntetisere DNA i 5'-3'-retningen, og bare kan forlenge eksisterende strenger, uten å kunne syntetisere en primer i denne regionen. Følgelig forkortes telomerer med hver replikasjonsrunde..
Enzymet telomerase forhindrer forkortelse av telomer. Telomerase er et enzym som har protein- og RNA-underenheter (TERC). Sistnevnte binder seg til gjentatte DNA-sekvenser, og lar telomerase binde seg til 3'-enden av telomeren..
En RNA-sekvens bak kryssstedet fungerer som en mal for syntesen av en seks nukleotidsekvens (polymerisering) på slutten av DNA-strengen. Telomerforlengelse katalyseres av telomerase-underenheter, kalt telomerase revers transkriptase (TERT)..
Etter polymerisering finner translokasjon sted, bestående av bevegelse av telomerase til en ny ende av DNA-kjeden, og blir sammen med ytterligere seks nukleotider til slutten.
DNA-polymerase β spiller en viktig rolle i å fjerne feil baser fra DNA, men er ikke involvert i DNA-replikasjon.
Mange oppdagede DNA-polymeraser tilhører gruppen av "translesjons-replikerende" polymeraser. Disse polymerasene er ansvarlige for å syntetisere komplementære tråder i et område med skadet DNA.
Det er flere typer "translesjons-replikerende" polymeraser. For eksempel DNA-polymerase η kan replikere på tymindimerer, som produseres av UV-lys.
Arkebakteriell DNA-replikasjon er lik den i eukaryoter. Dette skyldes følgende: 1) Proteinene som deltar i replikasjon er mer lik de av eukaryoter enn prokaryoter; og 2) selv om det bare er ett replikeringssted som i prokaryoter, er dets sekvens lik opprinnelsesstedet til eukaryoter..
Likheten i replikasjon mellom Archea og eukaryoter støtter ideen om at begge gruppene er fylogenetisk mer relatert til hverandre enn noen av dem er til prokaryoter..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.