Det replikering af DNA (deoxyribonukleinsyre) består i at kopiere genomet, det vil sige al den genetiske information, der er indeholdt i DNA'et fra en organisme, for at producere to identiske kopier. Genomet har de nødvendige oplysninger til at opbygge en komplet organisme.
Før celledeling finder DNA-replikation sted. Gennem meiose produceres gameter til seksuel reproduktion. Gennem mitose forekommer celleudskiftning (for eksempel hud og blod) og udvikling (for eksempel væv og organer).
At kende strukturen af DNA giver os mulighed for at forstå, hvordan dets replikering opstår. DNA-strukturen består af en dobbelt helix, der består af to antiparallelle kæder af successive nukleotider, hvis nitrogenholdige baser supplerer hinanden på en bestemt måde..
Under replikation fungerer hver streng af DNA-dobbeltstrengen som en skabelon til biosyntese af en ny streng. De to nyligt syntetiserede kæder har baser, der er komplementære til baserne i skabelonkæden: adenin (A) med thymin (T) og cytosin (C) med guanin (G).
Forskellige enzymer og proteiner er involveret i DNA-replikation. For eksempel åbning af DNA-dobbelthelix, holdning af DNA åbent og tilsætning af deoxyribonukleosider-5'-triphosphat (dNTP) for at danne den nye streng.
Artikelindeks
Baseret på strukturen af DNA foreslog Watson og Crick, at DNA-replikering finder sted semi-konservativt. Dette blev demonstreret af Meselson og Stahl ved at mærke DNA'et af Escherichia coli med tung nitrogenisotop, femtenN, efter fordelingsmønsteret i flere generationer i et dyrkningsmedium med let nitrogen, 14N.
Meselson og Stahl fandt ud af, at de to datter-DNA-molekyler i den første generation havde hvert molekyle mærket med en kæde med den tunge isotop af nitrogen og en anden med den lette isotop. I modsætning til det oprindelige DNA-molekyle, der havde begge tråde mærket med den tunge isotop, femtenN.
I anden generation var 50% af DNA-molekylerne som dem fra den første generation, og de andre 50% havde kun let nitrogen. Fortolkningen af dette resultat er, at datterens dobbelte helix har en moderkæde (som fungerer som en skabelon) og en ny kæde.
Den semi-konservative replikeringsmekanisme involverer DNA-strengeseparation og komplementær baseparring gennem successiv nukleotidparring, hvilket producerer to datter-dobbelthelixer..
Bakterielt DNA består af et cirkulært kromosom og har kun ét replikationssted. Fra dette sted forekommer biosyntese af de to datterkæder tovejs og danner to replikationsgafler, der bevæger sig i modsat retning af oprindelsen. I sidste ende mødes hårnålene og fuldender replikationen.
Replikering begynder med binding af DnaA-proteiner til oprindelsesstedet. Disse proteiner danner igen et kompleks. Derefter forbinder blandt andet HU- og IHF-proteinerne, som sammen folder DNA'et og forårsager adskillelse af de to DNA-kæder i en region rig på thymin og adenin..
Dernæst binder DNaC-proteiner, som får DNA-helikaser til at binde. De hjælper med at slappe af DNA og bryde hydrogenbindinger dannet mellem basepar. Så de to kæder adskilles yderligere og danner to enkle kæder.
Topoisomerase II eller DNA-gyrase bevæger sig foran DNA-helikase og falder positive superspoler. Enkeltstrengede DNA-bindende (SSB) proteiner holder DNA-strengene adskilt. Således kan biosyntese af datterkæden begynde.
Primaseenzymet er ansvarligt for at syntetisere korte RNA-kæder kaldet primere, som er 10 til 15 nukleotider lange. DNA-polymerase begynder at tilføje 5'-triphosphatdeoxynukleosider (dNTP'er) til 3'-OH-enden af primersukkeret, hvorefter strengen fortsætter med at vokse fra den samme ende.
Fordi DNA-strenge er antiparallelle, syntetiseres en primer på lederstrengen og mange primere på lagstrengen. På grund af dette er biosyntese af den forsinkede kæde diskontinuerlig. Selvom DNA-tråde er antiparallelle, bevæger replikationsgaffelen sig kun i én retning.
DNA-polymerase er ansvarlig for dannelsen af kovalente bindinger mellem tilstødende nukleotider i de nyligt syntetiserede kæder i 5'®3 '-retningen. På E coli, Der er fem DNA-polymeraser: DNA-polymeraser I og III udfører DNA-replikation; og DNA-polymeraser II, IV og V er ansvarlige for reparation og replikering af beskadiget DNA.
Det meste af replikationen udføres af DNA-polymerase III, som er et holoenzym, der har 10 forskellige underenheder med forskellige funktioner i DNA-replikation. For eksempel er alfa-underenheden ansvarlig for at skabe forbindelser mellem nukleotider.
DNA-helikase og primase går sammen om at danne et kompleks kaldet et primosom. Dette bevæger sig langs DNA'et og fungerer på en koordineret måde for at adskille de to forældrestråde og syntetiserer primerne hvert bestemt interval på den forsinkede streng..
Primosomet binder fysisk til DNA-polymerase III og danner replisomet. To DNA-polymeraser III er ansvarlige for replikering af DNA'et fra styrelinjen og forsinkede kæder. Med hensyn til DNA-polymerase III danner den forsinkede streng en udadgående sløjfe, som tillader tilsætning af nukleotider til denne streng at forekomme i samme retning som lederstrengen..
Tilsætningen af nukleotider til guidekæden er kontinuerlig. Mens det er forsinket, er det diskontinuerligt. Der dannes fragmenter på 150 nukleotider, der kaldes Okazaki-fragmenter.
5 '-> 3' exonukleaseaktiviteten af DNA-polymerase I er ansvarlig for at eliminere primerne og fylde, tilsætte nukleotider. Et ligaseenzym forsegler hullerne mellem fragmenter. Replikering slutter, når de to replikationskroge mødes i en afslutningssekvens.
Tus-proteinet binder til terminationssekvensen og stopper bevægelsen af replikationsgaflen. Topoisomerase II tillader adskillelse af de to kromosomer.
Deoxynukleosidtriphosphat (dNTP) indeholder tre phosphatgrupper bundet til 5'-carbon af deoxyribose. DNTP'erne (dATP, dTTP, dGTP og dCTP) binder til skabelonkæden efter AT / GC-reglen.
DNA-polymerase katalyserer følgende reaktion: 3'-hydroxylgruppen (-OH) i det voksende strengnukleotid reagerer med alfa-phosphatet i det indgående dNTP og frigiver uorganisk pyrophosphat (PPi). Hydrolysen af PPi producerer energi til dannelsen af den kovalente binding eller phosphodiesterbinding mellem nukleotider i den voksende kæde.
Under DNA-replikation laver DNA-polymerase III en fejl med 100 millioner nukleotider. Selvom sandsynligheden for fejl er meget lav, er der mekanismer, der sikrer troskab i DNA-replikation. Disse mekanismer er:
1) Stabilitet i baseparring. Hydrogenbindingsenergi mellem AT / GC er højere end i forkerte basepar.
2) Struktur af det aktive sted for DNA-polymerase. DNA-polymerase katalyserer fortrinsvis nukleotidkrydsninger med korrekte baser på den modsatte streng. Dårlig baseparring resulterer i en forvrængning af DNA-dobbelthelixen, hvilket forhindrer det forkerte nukleotid i at optage det aktive sted i enzymet.
3) Aflæsningstest. DNA-polymerase identificerer inkorporerede fejlagtige nukleotider og fjerner dem fra datterstrengen. Exonukleaseaktiviteten af DNA-polymerase bryder phosphodiesterbindingerne mellem nukleotider i 3'-enden af den nye streng.
I modsætning til replikering i prokaryoter, hvor replikering begynder på et enkelt sted, begynder replikering i eukaryoter på flere oprindelsessteder, og replikationsgaffelen bevæger sig tovejs. Derefter smelter alle replikationsgafler sammen og danner to søsterkromatider, der sluttede sig til centromeren..
Eukaryoter besidder mange typer DNA-polymerase, hvis navne bruger græske bogstaver. DNA-polymerase a danner et kompleks med primase. Dette kompleks syntetiserer korte primere bestående af 10 nukleotider af RNA efterfulgt af 20 til 30 nukleotider af DNA..
Derefter DNA-polymerase ε eller δ katalyserer forlængelsen af datterstrengen fra primeren. DNA-polymerase ε er involveret i syntesen af lederkæden, mens DNA-polymerase δ syntetisere den forsinkede kæde.
DNA-polymerase δ det forlænger Okazaki-fragmentet til venstre, indtil det når RNA-primeren til højre og frembringer en kort flap af primeren. I modsætning til prokaryoter, hvor en DNA-polymerase fjerner primeren, i eukaryoter fjerner et Flap-endonukleaseenzym RNA-primeren.
En DNA-ligase forsegler derefter de tilstødende DNA-fragmenter. Replikeringsterminering sker med dissociation af proteiner fra replikationsgaffelen.
Replikering i eukaryoter forekommer i S-fasen af cellecyklussen. De replikerede DNA-molekyler udskilles i to datterceller under mitose. G1- og G2-faserne adskiller S-fasen og mitosen. Progression gennem hver fase af cellecyklussen er stærkt reguleret af kinaser, phosphataser og proteaser..
I G1-fasen af cellecyklussen binder oprindelsesgenkendelseskomplekset (OCR) til oprindelsesstedet. Dette inducerer binding af MCM-helikaser og andre proteiner, såsom Cdc6 og Cdt1, til dannelse af et præ-replikationskompleks (preRC). MCM helicase binder sig til styrekæden.
I S-fase bliver preRC et aktivt replikationssted. OCR, Cdc6 og Cdt1 proteiner frigives, og MCM helicase bevæger sig i 3 'til 5' retning. Når replikeringen slutter, genstartes den i næste cellecyklus..
Enderne af kromosomer er kendt som telomerer, som består af gentagne tandemsekvenser og en 3'-region, der stikker ud, 12 til 16 nukleotider i længden..
DNA-polymerase er ikke i stand til at replikere 3'-enden af DNA-tråde. Dette skyldes, at DNA-polymerase kun kan syntetisere DNA i 5'-3'-retningen og kun kan forlænge eksisterende strenge uden at være i stand til at syntetisere en primer i denne region. Derfor forkortes telomerer med hver replikationsrunde..
Enzymet telomerase forhindrer forkortelse af telomer. Telomerase er et enzym, der har protein- og RNA-underenheder (TERC). Sidstnævnte binder til gentagne DNA-sekvenser og tillader telomerase at binde til 3'-enden af telomeren..
En RNA-sekvens bag krydsningsstedet fungerer som en skabelon til syntese af en seks nukleotidsekvens (polymerisering) i slutningen af DNA-strengen. Telomerforlængelse katalyseres af telomerase-underenheder, kaldet telomerase reverse transcriptase (TERT)..
Efter polymerisering finder translokation sted, der består af bevægelsen af telomerase til en ny ende af DNA-kæden, der forbinder yderligere seks nukleotider indtil slutningen.
DNA-polymerase β spiller en vigtig rolle i fjernelse af forkerte baser fra DNA, men er ikke involveret i DNA-replikation.
Mange opdagede DNA-polymeraser hører til gruppen af "translesions-replikerende" polymeraser. Disse polymeraser er ansvarlige for at syntetisere komplementære tråde i et område med beskadiget DNA.
Der er flere typer af "translesions-replikerende" polymeraser. For eksempel DNA-polymerase η kan replikere på thymindimerer, der produceres af UV-lys.
Arkæebakteriel DNA-replikation svarer til den i eukaryoter. Dette skyldes følgende: 1) proteinerne, der deltager i replikation, ligner mere dem af eukaryoter end prokaryoter; og 2) skønt der kun er ét replikationssted, såsom i prokaryoter, svarer dets sekvens til oprindelsesstedet for eukaryoter..
Ligheden i replikation mellem Archea og eukaryoter understøtter tanken om, at begge grupper er fylogenetisk mere beslægtede med hinanden end begge er til prokaryoter..
Endnu ingen kommentarer