Kroki replikacji DNA: 5 ważnych pojęć

by

Spis treści

Jaki jest pierwszy krok w replikacji DNA?

Proces replikacji DNA składa się zwykle z trzech etapów, a mianowicie: inicjacji, elongacji i terminacji. 

Inicjacja jest pierwszym z etapów replikacji DNA. Powiązane białka, enzymy i pozostałe czynniki rozpoznają określone miejsca w DNA, znane jako początek replikacji, i wyzwalają proces replikacji.

Inicjacja etap replikacji DNA toczy się w sequelu:

  • Rozpoczyna się w określonych punktach wewnątrz nici DNA zwanych „początkami replikacji” (rozpoznawanych przez określone sekwencje nukleotydowe lub kody).
  • Pochodzenie replikacji) są rozpoznawane przez białka inicjujące
  • Białka inicjujące nazywają więcej białek, które wspierają replikacja proces, otaczający kompleks replikacyjny wokół początku replikacji w DNA. 
  • Na ogół istnieje wiele miejsc początkowych replikacji, a te zlokalizowane miejsca są znane jako widełki replikacyjne (struktura w kształcie litery Y). 
  • Każdy początek replikacji ma bliźniacze widełki replikacyjne, oddalające się od równoważnego punktu początku replikacji na dowolny koniec podwójnej helisy DNA.
  • Helikaza DNA, która rozluźnia podwójną helisę DNA i oddziela dwie nici, które mają być wykorzystane jako nić matrycowa do syntezy nowej nici DNA (repliki).
  • Odwijanie DNA następuje poprzez hydrolizę ATP.
  • Jednoniciowe białka wiążące (SSB) współpracują z helikazą, aby utrzymać podwójną helisę rodzicielskiego DNA w stanie nieuszkodzonym.
  • DNA Primase zawiera starter RNA o małej długości, który pełni rolę „inicjatora” polimerazy DNA.
  • Ta polimeraza DNA wydłuża nowe nici DNA poprzez rozpoznawanie starterów RNA.
  • Polimeraza DNA przeprowadza syntezę w kolejności od 5′ do 3′.
  • Jeden dodaje nukleotydy pojedynczo w kierunku widełek replikacyjnych, a drugi jest gotowy do dodania tylko we fragmentach.
  • Nić, w której nukleotydy są stale dodawane, nazywana jest nić wiodącą, podczas gdy druga nić, syntetyzowana w postaci fragmentów, nazywana jest nić opóźnioną.

Które etapy replikacji DNA obejmują ATP?

Tam są kilkakrotnie w replikacji DNA proces, w którym obserwuje się zużycie, transakcję lub zaangażowanie ATP. 

Istnieją specyficzne enzymy, takie jak helikazy, zaangażowane w proces replikacji, które wykorzystują ATP do pełnienia funkcji rozwijania podwójnej helisy DNA. ATP jest również stosowany w fosforylacji enzymów replikacji DNA, gdy nowy nukleotyd przyłącza się do rosnącej nici DNA.

Poniżej przedstawiono ATP wykorzystujące etapy procesu replikacji:

  • DNA helikazy to w zasadzie ATP wykorzystujące enzymy które rozwijają się i oddzielają dwie nici rodzicielskie i ostatecznie powodują powstanie widełek replikacyjnych, które dynamicznie oddalają się od miejsca pochodzenia. Helikaza DNA hydrolizuje ATP, wiążąc się z pojedynczymi nićmi DNA. 
  • Kolejne miejsce, Podczas polimeryzacji DNA, polimeraza DNA promuje syntezę wiązania fosfodiestrowego hydrolizowanego przez 2 cząsteczki fosforanu, które są dostarczane przez (beta i gamma) fosforan bezpośrednio pozyskiwany z dNTP, najczęściej ATP.

Czym jest replikacja DNA w biologii?

replikacja DNA jest niezbędnym procesem dla utrzymania żywych organizmów, ponieważ jest to warunek wstępny podziału komórek

Replikacja DNA to interakcja, dzięki której podwójne DNA jest duplikowane w celu utworzenia dwóch nici DNA identycznych w naturze. Replikacja jest podstawowym procesem DNA, ponieważ dwie nowo powstałe komórki powinny zawierać podobne DNA jak komórka rodzicielska w dowolnym punkcie podziału komórki. 

Poniżej znajduje się krótki opis procesu replikacji:

  • Replikacja DNA rozpoczyna się w dokładnym punkcie, zwanym początkiem replikacji, gdzie rozpoczyna się rozwijanie podwójnej helisy DNA.
  • Następnie tworzy się krótki odcinek RNA, znany jako starter, który stanowi początek etap syntezy DNA.
  • Białko zwane polimerazą DNA rozpoczyna następnie replikację DNA poprzez koordynację z zasadami pierwszej nici.
  • Po zakończeniu replikacji starter RNA jest zastępowany DNA, a wszelkie przerwy między niedawno utworzoną nicią DNA są ustalane wraz z enzymami.
  • Replikacja DNA jest procesem krytycznym; w ten sposób komórka edytuje ostatnio wprowadzone DNA, aby zagwarantować, że nie zostaną przedstawione błędy lub mutacje.
  • Kiedy DNA w komórce jest powielane, komórka może podzielić się na dwa przedziały, każdy z nieodróżnialną (identyczną) kopią pierwszego DNA.

W jaki sposób proces replikacji DNA jest odpowiedzialny za zachowanie dziedziczności?

Proces replikacja DNA zachowuje integralność genomu, a także dziedziczność. Sekret tkwi we wzorze replikacji DNA.

Replikacja DNA ma miejsce, gdy komórka duplikuje swoje DNA, a następnie DNA jest dzielone między dwie nowo powstałe komórki. Kiedy DNA się powiela, to występuje w okresie S komórki cykl (S oznacza Syntezę). Środki te mają swoje miejsce zarówno w Mitozie, jak i Mejozie I. 

Proces replikacja DNA zachowuje dziedziczność (integralność genetyczną) w następujący sposób:

  • Dwie repliki są wykonane z nowo zsyntetyzowanego DNA i nici starego DNA wykorzystywanej jako matryca dla potomnej nici DNA. W ten sposób dwie komórki potomne będą miały „to samo DNA” (mam na myśli podobną sekwencję) jak komórki macierzyste. 
  • Podczas replikacji DNA istnieje wiele elementów edycyjnych, co oznacza środki, które mogą rozpoznać błąd podczas replikacji i ostatecznie go naprawić. Gwarantuje to, że podobna informacja genetyczna przekazywana przez komórkę rodzicielską jest bezbłędnie przesyłana do jej komórek potomnych. 
  • Sama polimeraza DNA ma funkcję edycji/korekty. Jeśli zdarzy się błąd, cofa się i usuwa (jak klawisz kasowania na komputerze) właśnie dodaną niedopuszczalną bazę. 
  • Tak czy inaczej, w niektórych przypadkach błędy nie są rozpoznawane, a jeśli nie zostaną usunięte, dodanie niedopuszczalnej zasady może spowodować mutację i powiedzieć, że mutacja zostanie „naprawiona”.

Czym jest starter w replikacji DNA?

Podkład jest wymagany do uruchomienia proces replikacji, ponieważ polimeraza DNA wymaga RNA starter do inicjacji syntezy DNA.

Starter to krótka sekwencja kwasu rybonukleinowego (RNA), która rozpoczyna replikację DNA. W żywych formach życia startery to krótkie fragmenty RNA. Podkład powinien być uformowany za pomocą enzymu zwanego primase. To rodzaj RNA polimeraza przed replikacją DNA może się zdarzyć. 

Tworzenie podkładu jest niezbędne, ponieważ enzymy replikujące DNA, zwane polimerazami DNA, mogą łączyć nowe nukleotydy DNA z obecną nicią nukleotydów. Starter służy zatem do przygotowania i ustanowienia podstawy replikacji DNA.

Starter jest usuwany przed zakończeniem replikacji DNA, a luki w nici DNA są wypełniane za pomocą polimeraz DNA. Startery można również zaprojektować i zoptymalizować z dokładnymi sekwencjami nukleotydowymi komplementarnymi do matrycowej nici DNA. W procesie łańcuchowej reakcji polimerazy wykorzystywane są startery DNA.

Elementarz
Rysunek: Polimeraza DNA wymaga starterów RNA do rozpoczęcia procesu replikacji. Źródło obrazu: Wikimedia

Jakie są inhibitory replikacji DNA?

Inhibitory replikacji DNA są regularnie wykorzystywane w preparatach przeciwnowotworowych i przeciwwirusowych. Inhibitory utrudniają replikację DNA na dwa powiązane ze sobą sposoby: 

•        Bezpośrednio oddziałujące z warunkami wstępnymi potrzebnymi do polimeryzacji DNA i początku replikacji

•        Ingerowanie w punkty kontrolne. Bezpośrednim miejscem przeznaczenia „celów farmakologicznych” są kinazy zależne od cyklin, matryce DNA, polimerazy DNA, wydłużanie łańcucha, pule prekursorów nukleotydów. 

Oto kilka powodów, dla których punkty kontrolne są ważne podczas podziału komórki i procesu replikacji DNA:

  • Odpowiedź punktu kontrolnego („Intra S-stage”) została po raz pierwszy rozpoznana ze względu na jej nieadekwatność od dłuższego czasu u pacjentów z ataksją-teleangiektazją (AT).
  • Te punkty kontrolne pozwalają na utrzymanie uszkodzeń DNA zainicjowanych przez inhibitor.
  • Te punkty kontrolne mogą również wywołać apoptozę (zaprogramowaną śmierć komórki).
  • Praktycznie odpowiedź punktu kontrolnego można odróżnić od bezpośredniego bloku replikacji, gdy utrudnienie replikacji można złagodzić przez wyznaczone inhibitory punktów kontrolnych, na przykład inhibitory Chk1 lub Chk2, ATM/ATR.
Zahamowanie
Rysunek: Możliwe podejścia do hamowania procesu replikacji DNA. Źródło obrazu: Wikimedia

Przeczytaj także:

     

Zostaw komentarz