De replikering av DNA (deoxiribonukleinsyra) består i att kopiera genomet, det vill säga all genetisk information som finns i en organisms DNA, för att producera två identiska kopior. Genomet har den information som krävs för att bygga en komplett organism.
Innan celldelning sker DNA-replikering. Genom meios produceras könsceller för sexuell reproduktion. Genom mitos inträffar cellersättning (till exempel hud och blod) och utveckling (till exempel vävnader och organ).
Att känna DNA-strukturen gör att vi kan förstå hur dess replikering sker. DNA-strukturen består av en dubbel helix, som består av två antiparallella kedjor av successiva nukleotider, vars kvävebaser kompletterar varandra på ett specifikt sätt..
Under replikering fungerar varje tråd av DNA-dubbelsträngen som en mall för biosyntesen av en ny tråd. De två nyligen syntetiserade kedjorna har baser som är komplementära till baskedjorna i mallkedjan: adenin (A) med tymin (T) och cytosin (C) med guanin (G).
Olika enzymer och proteiner är involverade i DNA-replikering. Till exempel att öppna DNA-dubbelspiralen, hålla DNA öppet och tillsätta deoxiribonukleosider-5'-trifosfat (dNTP) för att bilda den nya strängen.
Artikelindex
Baserat på DNA-strukturen föreslog Watson och Crick att DNA-replikering skulle ske semi-konservativt. Detta demonstrerades av Meselson och Stahl genom att märka DNA för Escherichia coli med tung kväveisotop, femtonN, efter fördelningsmönstret i flera generationer i ett odlingsmedium med lätt kväve, 14N.
Meselson och Stahl fann att de två dotter-DNA-molekylerna under den första generationen hade varje molekyl märkt med en kedja med den tunga isotopen av kväve och en annan med den lätta isotopen. Till skillnad från moder-DNA-molekylen, som hade båda strängarna märkta med den tunga isotopen, femtonN.
I andra generationen var 50% av DNA-molekylerna som de i den första generationen, och de andra 50% hade bara lätt kväve. Tolkningen av detta resultat är att dotterens dubbla helix har en överordnad kedja (som fungerar som en mall) och en ny kedja.
Den halvkonservativa replikeringsmekanismen involverar DNA-strängseparation och komplementär basparning genom successiv nukleotidparning, vilket ger två dotter dubbla spiraler..
Bakteriellt DNA består av en cirkulär kromosom och har endast en replikationsplats. Från denna plats sker biosyntesen av de två dotterkedjorna dubbelriktat och bildar två replikationsgafflar som rör sig i motsatta riktningar mot ursprunget. Till slut möts hårnålarna och slutför replikeringen.
Replikering börjar med bindningen av DnaA-proteiner till ursprungsstället. Dessa proteiner bildar i sin tur ett komplex. Därefter sammanfogas bland annat HU- och IHF-proteinerna, som tillsammans viker DNA och orsakar separationen av de två DNA-kedjorna i en region rik på tymin och adenin..
Därefter binder DNaC-proteiner, vilket får DNA-helikaser att binda. De hjälper till att varva ner DNA och bryta vätebindningar, bildade mellan baspar. Så de två kedjorna separeras ytterligare och bildar två enkla kedjor.
Topoisomeras II, eller DNA-gyras, rör sig framför DNA-helikas och minskar positiva superspolar. Enkelsträngade DNA-bindande (SSB) proteiner håller DNA-strängarna isär. Således kan biosyntesen av dotterkedjan börja.
Primasenzymet är ansvarigt för att syntetisera korta RNA-kedjor som kallas primrar, vilka är 10 till 15 nukleotider långa. DNA-polymeras börjar tillsätta 5'-trifosfatdeoxinukleosider (dNTP) till 3'-OH-änden av grundsockret, varefter strängen fortsätter att växa från samma ände.
Eftersom DNA-strängar är antiparallella syntetiseras en primer på ledarsträngen och många primrar på lagsträngen. På grund av detta är biosyntesen av den fördröjda kedjan diskontinuerlig. Även om DNA-strängar är antiparallella rör sig replikationsgaffeln bara i en riktning.
DNA-polymeras ansvarar för bildandet av kovalenta bindningar mellan intilliggande nukleotider i de nyligen syntetiserade kedjorna, i 5'®3'-riktningen. På E coli, Det finns fem DNA-polymeraser: DNA-polymeraser I och III utför DNA-replikering; och DNA-polymeraser II, IV och V ansvarar för att reparera och replikera skadat DNA.
Det mesta av replikationen utförs av DNA-polymeras III, vilket är ett holoenzym som har 10 olika underenheter med olika funktioner i DNA-replikering. Till exempel är alfa-underenheten ansvarig för att skapa länkar mellan nukleotider.
DNA-helikas och primas sammanfogar för att bilda ett komplex som kallas en primosom. Detta rör sig längs DNA: t och agerar på ett samordnat sätt för att separera de två föräldrarnas strängar och syntetiserar primrarna varje visst intervall på den fördröjda strängen..
Primosomen binder fysiskt till DNA-polymeras III och bildar replisomen. Två DNA-polymeraser III är ansvariga för att replikera DNA i styrningen och fördröjda kedjor. Med avseende på DNA-polymeras III bildar den fördröjda strängen en utåtriktad slinga, som tillåter tillsats av nukleotider till denna sträng att ske i samma riktning som ledarsträngen..
Tillsatsen av nukleotider till styrkedjan är kontinuerlig. Medan det är försenat är det diskontinuerligt. Fragment 150 nukleotider långa bildas, kallade Okazaki-fragment.
5 '-> 3' exonukleasaktiviteten hos DNA-polymeras I är ansvarig för att eliminera primrarna och fylla, tillsätta nukleotider. Ett ligasenzym förseglar luckorna mellan fragmenten. Replikering slutar när de två replikeringskrokarna möts i en avslutningssekvens.
Tus-proteinet binder till avslutningssekvensen, vilket stoppar replikationsgaffelns rörelse. Topoisomeras II möjliggör separering av de två kromosomerna.
Deoxinukleosidtrifosfat (dNTP) innehåller tre fosfatgrupper fästa till 5'-kolet av deoxiribos. DNTP: erna (dATP, dTTP, dGTP och dCTP) binder till mallkedjan enligt AT / GC-regeln.
DNA-polymeras katalyserar följande reaktion: 3'-hydroxylgruppen (-OH) i den växande strängnukleotiden reagerar med alfosfatet i det inkommande dNTP och frigör oorganiskt pyrofosfat (PPi). Hydrolysen av PPi producerar energi för bildandet av den kovalenta bindningen, eller fosfodiesterbindningen, mellan nukleotiderna i den växande kedjan.
Under DNA-replikering gör DNA-polymeras III ett misstag med 100 miljoner nukleotider. Även om sannolikheten för fel är mycket låg, finns det mekanismer som säkerställer trohet i DNA-replikering. Dessa mekanismer är:
1) Stabilitet i basparning. Vätebindningsenergi mellan AT / GC är högre än i fel baspar.
2) Struktur av det aktiva stället för DNA-polymeras. DNA-polymeras katalyserar företrädesvis nukleotidkorsningar med korrekta baser på den motsatta strängen. Dålig basparning resulterar i en förvrängning av DNA-dubbelspiralen, vilket förhindrar att fel nukleotid upptar enzymets aktiva plats.
3) Lästest. DNA-polymeras identifierar inkorporerade felaktiga nukleotider och tar bort dem från dottersträngen. Exonukleasaktiviteten hos DNA-polymeras bryter fosfodiesterbindningarna mellan nukleotider vid 3'-änden av den nya strängen.
Till skillnad från replikering i prokaryoter, där replikering börjar på ett enda ställe, börjar replikering i eukaryoter på flera ursprungsställen och replikeringsgaffeln rör sig i två riktningar. Därefter smälter alla replikationsgafflar samman och bildar två systerkromatider som sammanfogas vid centromeren..
Eukaryoter har många typer av DNA-polymeras, vars namn använder grekiska bokstäver. DNA-polymeras a bildar ett komplex med primas. Detta komplex syntetiserar korta primers som består av 10 nukleotider av RNA följt av 20 till 30 nukleotider av DNA..
Sedan DNA-polymeras ε eller 5 katalyserar förlängningen av dottersträngen från primern. DNA-polymeras ε är involverad i syntesen av ledarkedjan, medan DNA-polymeras 5 syntetisera den fördröjda kedjan.
DNA-polymeras 5 det förlänger Okazaki-fragmentet till vänster tills det når RNA-primern till höger och ger en kort flik av primern. Till skillnad från prokaryoter, där ett DNA-polymeras tar bort primern, i eukaryoter avlägsnar ett Flap-endonukleasenzym RNA-primern.
Ett DNA-ligas förseglar sedan de intilliggande DNA-fragmenten. Replikeringsterminering sker med dissociationen av proteiner från replikationsgaffeln.
Replikering i eukaryoter sker i S-fasen i cellcykeln. De replikerade DNA-molekylerna utsöndras i två dotterceller under mitos. G1- och G2-faserna separerar S-fasen och mitosen. Progression genom varje fas av cellcykeln regleras starkt av kinaser, fosfataser och proteaser..
I G1-fasen i cellcykeln binder ursprungsigenkänningskomplexet (OCR) till ursprungsstället. Detta inducerar bindningen av MCM-helikaser och andra proteiner, såsom Cdc6 och Cdt1, för att bilda ett pre-replikationskomplex (preRC). MCM helicase binder till styrkedjan.
I S-fas blir preRC en aktiv replikeringsplats. OCR-, Cdc6- och Cdt1-proteinerna frigörs och MCM-helikaset rör sig i 3 'till 5' -riktningen. När replikeringen slutar startas den om i nästa cellcykel..
Ändarna på kromosomer är kända som telomerer, som består av upprepade tandemsekvenser, och en 3'-region som skjuter ut, 12 till 16 nukleotider i längd..
DNA-polymeras kan inte replikera 3'-änden av DNA-strängar. Detta beror på att DNA-polymeras endast kan syntetisera DNA i 5'-3'-riktningen och bara kan förlänga befintliga strängar utan att kunna syntetisera en primer i denna region. Följaktligen förkortas telomerer med varje replikeringsomgång..
Enzymet telomeras förhindrar telomerförkortning. Telomeras är ett enzym som har protein- och RNA-underenheter (TERC). Den senare binder till de upprepade DNA-sekvenserna och tillåter telomeras att binda till 3'-änden av telomeren..
En RNA-sekvens bakom korsningsstället fungerar som en mall för syntesen av en sex nukleotidsekvens (polymerisation) i slutet av DNA-strängen. Telomerförlängning katalyseras av telomerasunderenheter, som kallas telomeras omvänd transkriptas (TERT)..
Efter polymerisation sker translokation, bestående av förflyttning av telomeras till en ny ände av DNA-kedjan, som sammanfogar ytterligare sex nukleotider till slutet.
DNA-polymeras β spelar en viktig roll för att ta bort felaktiga baser från DNA, men är inte inblandad i DNA-replikering.
Många upptäckta DNA-polymeraser tillhör gruppen "translesions-replikerande" polymeraser. Dessa polymeraser är ansvariga för att syntetisera komplementära strängar i ett område med skadat DNA.
Det finns flera typer av "translesions-replikerande" polymeraser. Till exempel DNA-polymeras η kan replikera på tymindimerer, som produceras av UV-ljus.
Archaebacterial DNA-replikering liknar den i eukaryoter. Detta beror på följande: 1) proteinerna som deltar i replikation liknar de hos eukaryoter än prokaryoter; och 2) även om det bara finns ett replikeringsställe, såsom i prokaryoter, liknar dess sekvens platsen för eukaryoternas ursprung..
Likheten i replikering mellan Archea och eukaryoter stöder tanken att båda grupperna är fylogenetiskt mer besläktade med varandra än någon av dem är till prokaryoter..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.