Βήματα και διαδικασία αντιγραφής DNA

DNA είναι το γενετικό υλικό που ορίζει κάθε κύτταρο. Πριν από κύτταρο αντίγραφα και χωρίζεται σε νέα θυγατρικά κύτταρα μέσω είτε μίτωσις ή Μεϊώση, βιομόρια και οργανίδια πρέπει να αντιγραφούν για να διανεμηθούν μεταξύ των κυττάρων. DNA, που βρίσκεται μέσα στο πυρήνας, πρέπει να αναπαράγονται για να διασφαλιστεί ότι κάθε νέο κελί θα λάβει τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων. Ανακαλείται η διαδικασία της αλληλεπικάλυψης DNA Αναδιπλασιασμός DNA. Η αναπαραγωγή ακολουθεί διάφορα βήματα που περιλαμβάνουν πολλαπλές πρωτεΐνες που ονομάζονται ένζυμα αντιγραφής και RNA. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, όπως ζωικά κύτταρα και φυτικά κύτταρα, Η αναπαραγωγή του DNA συμβαίνει στο S φάση της ενδιάμεσης φάσης κατά τη διάρκεια της κυτταρικού κύκλου. Η διαδικασία αναπαραγωγής του DNA είναι ζωτικής σημασίας για την κυτταρική ανάπτυξη, την επισκευή και την αναπαραγωγή σε οργανισμούς.

Το DNA ή το δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ είναι ένας τύπος μορίου γνωστού ως α νουκλεϊκό οξύ. Αποτελείται από ένα σάκχαρο 5-άνθρακα δεοξυριβόζης, ένα φωσφορικό και μια αζωτούχο βάση. Το δίκλωνο ϋΝΑ αποτελείται από δύο σπειροειδείς αλυσίδες νουκλεϊκού οξέος οι οποίες είναι στριμμένες σε α

Πριν το DNA μπορεί να αναπαραχθεί, το δίκλωνο μόριο πρέπει να "αποσυμπιεστεί" σε δύο μονές αλυσίδες. Το DNA έχει τέσσερις βάσεις που ονομάζονται αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G) που σχηματίζουν ζεύγη μεταξύ των δύο κλώνων. Η αδενίνη ζεύγνυται μόνο με θυμίνη και η κυτοσίνη δεσμεύεται μόνο με γουανίνη. Για να ξετυλιχθεί το DNA, αυτές οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ ζευγών βάσεων πρέπει να σπάσουν. Αυτό γίνεται από ένα ένζυμο γνωστό ως DNA ελικάση. Η ελικάση DNA διακόπτει την δεσμού υδρογόνου μεταξύ ζευγών βάσης για να διαχωριστούν οι κλώνοι σε ένα σχήμα Y γνωστό ως πιρούνι αναπαραγωγής. Αυτή η περιοχή θα είναι το πρότυπο αναπαραγωγής για να ξεκινήσει.

DNA είναι κατευθυνόμενη και στις δύο έλικες, που σημαίνονται από το άκρο 5 'και 3'. Αυτός ο συμβολισμός δηλώνει ποια πλευρική ομάδα συνδέεται με την ραχοκοκαλιά του DNA. ο 5 'τέλος έχει μια ομάδα φωσφορικών (Ρ) συνδεδεμένη, ενώ η 3 'τέλος έχει συνδεδεμένη μια ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ). Αυτή η κατευθυντικότητα είναι σημαντική για την αναπαραγωγή, καθώς προχωρά μόνο στην κατεύθυνση 5 'προς 3'. Ωστόσο, η διχάλα αναπαραγωγής είναι αμφίδρομη. ένας κλώνος είναι προσανατολισμένος στην κατεύθυνση 3 'προς 5' (κύριο σκέλος) ενώ το άλλο είναι προσανατολισμένο 5 'προς 3' (καθυστερημένη δέσμη). Συνεπώς, οι δύο πλευρές επαναλαμβάνονται με δύο διαφορετικές διαδικασίες για να εξυπηρετήσουν την κατευθυντική διαφορά.

Το κύριο σκέλος είναι το απλούστερο να αναπαραχθεί. Μόλις διαχωριστούν οι κλώνοι DNA, ένα μικρό κομμάτι RNA ονομάζεται a αλφαβητάρι δεσμεύεται στο 3 'άκρο του κλώνου. Ο εκκινητής δεσμεύεται πάντα ως σημείο εκκίνησης για αντιγραφή. Οι εκκινητές παράγονται από το ένζυμο DNA πριμάση.

Ένζυμα γνωστά ως DNA πολυμεράσες είναι υπεύθυνοι για τη δημιουργία του νέου σκέλους με μια διαδικασία που ονομάζεται επιμήκυνση. Υπάρχουν πέντε διαφορετικοί γνωστοί τύποι ϋΝΑ πολυμεράσης στο βακτήρια και ανθρώπινα κύτταρα. Στα βακτήρια όπως το Ε. coli, πολυμεράση III είναι το κύριο ένζυμο αντιγραφής, ενώ η πολυμεράση I, II, IV και V είναι υπεύθυνες για τον έλεγχο και την επισκευή σφαλμάτων. Η ϋΝΑ πολυμεράση III δεσμεύεται στον κλώνο στη θέση του εκκινητή και αρχίζει να προστίθεται νέα ζεύγη βάσεων συμπληρωματικά προς τον κλώνο κατά την διάρκεια της αντιγραφής. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, πολυμεράσες άλφα, δέλτα και epsilon είναι οι πρωτογενείς πολυμεράσες που εμπλέκονται στην αντιγραφή του DNA. Επειδή η αναπαραγωγή προχωρά στην κατεύθυνση 5 'προς 3' στον κύριο κλώνο, ο νεοσχηματισμένος κλώνος είναι συνεχής.

ο καθυστέρηση του σκέλους αρχίζει να αντιγράφεται με δέσμευση με πολλαπλά εναρκτήρια μόρια. Κάθε αστάρι είναι μόνο μερικές βάσεις μεταξύ τους. Η DNA πολυμεράση προσθέτει έπειτα κομμάτια DNA, που ονομάζονται Okazaki θραύσματα, στον κλώνο μεταξύ των εκκινητών. Αυτή η διαδικασία αντιγραφής είναι ασυνεχής καθώς τα νεοσυσταθέντα θραύσματα είναι αποσυνδεδεμένα.

Μόλις σχηματιστούν και οι δύο συνεχείς και ασυνεχείς κλώνοι, ένα ένζυμο που ονομάζεται εξωνουκλεάση αφαιρεί όλους τους εκκινητές RNA από τους αρχικούς κλώνους. Αυτοί οι εκκινητές στη συνέχεια αντικαθίστανται με κατάλληλες βάσεις. Μια άλλη εξωνουκλεάση "διορθώνει" το νεοσυσταθέν DNA για να ελέγξει, να αφαιρέσει και να αντικαταστήσει τυχόν σφάλματα. Ένα άλλο ένζυμο που ονομάζεται DNA λιγάση ενώνει τα τεμάχια Okazaki μαζί σχηματίζοντας ένα ενιαίο ενιαίο σκέλος. Τα άκρα του γραμμικού DNA παρουσιάζουν ένα πρόβλημα καθώς η ϋΝΑ πολυμεράση μπορεί να προσθέσει μόνο νουκλεοτίδια στην κατεύθυνση 5 'προς 3'. Τα άκρα των γονικών κλώνων αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA που ονομάζονται τελομερή. Τα τελομερή δρουν ως προστατευτικά καλύμματα στο τέλος των χρωμοσωμάτων για να εμποδίσουν τα κοντινά χρωμοσώματα από τη σύντηξη. Ένας ειδικός τύπος ενζύμου ϋΝΑ πολυμεράσης που ονομάζεται τελομεράση καταλύει την σύνθεση αλληλουχιών τελομερών στα άκρα του ϋΝΑ. Μόλις ολοκληρωθεί, ο γονικός κλώνος και ο συμπληρωματικός κλώνος του DNA περιστρέφονται στο γνωστό διπλή έλικα σχήμα. Στο τέλος, η αναπαραγωγή παράγει δύο Μόρια ϋΝΑ, το καθένα με έναν κλώνο από το γονικό μόριο και ένα νέο κλώνο.

Ο αναδιπλασιασμός του DNA είναι η παραγωγή ταυτόσημων Έλικες DNA από ένα μόριο διπλού κλώνου ϋΝΑ. Κάθε μόριο αποτελείται από ένα κλώνο από το αρχικό μόριο και ένα νεοσυσταθέντα κλώνο. Πριν από την αντιγραφή, τα uncoils του DNA και οι κλώνοι διαχωρίζονται. Δημιουργείται μια διχάλα αναδιπλασιασμού που χρησιμεύει ως πρότυπο για αναπαραγωγή. Οι εκκινητές που προσδένονται στις ϋΝΑ και οι ϋΝΑ πολυμεράσες προσθέτουν νέες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στην κατεύθυνση 5 'προς 3'.

Αυτή η προσθήκη είναι συνεχής στον κύριο κλώνο και κατακερματισμένη στον κλώνο καθυστέρησης. Μόλις ολοκληρωθεί η επιμήκυνση των κλώνων ϋΝΑ, οι κλώνοι ελέγχονται για σφάλματα, γίνονται επισκευές και αλληλουχίες τελομερών προστίθενται στα άκρα του ϋΝΑ.