Nukleinske kiseline igraju važnu ulogu u osiguravanju vitalne aktivnosti stanica živih organizama. Važan predstavnik ove skupine organskih spojeva je DNK, koja nosi sve genetske informacije i odgovorna je za ispoljavanje potrebnih osobina.
Što je replikacija?
U procesu stanične diobe potrebno je povećati količinu nukleinskih kiselina u jezgri kako ne bi došlo do gubitka genetske informacije u procesu. U biologiji, replikacija je umnožavanje DNK kroz sintezu novih lanaca.
Glavna svrha ovog procesa je prijenos genetske informacije u stanice kćeri nepromijenjene bez ikakvih mutacija.
Enzimi i proteini replikacije
Duplikacija molekule DNA može se usporediti s bilo kojim metaboličkim procesom u stanici, koji zahtijeva odgovarajuće proteine. Budući da je replikacija važna komponenta stanične diobe u biologiji, ovdje su uključeni mnogi pomoćni peptidi.
DNA polimeraza je najvažniji enzim za reduplikaciju koji je odgovoranza sintezu lanca kćeri deoksiribonukleinske kiseline. U citoplazmi stanice, u procesu replikacije, obavezna je prisutnost nukleinskih trifosfata, koji donose sve nukleinske baze
Ove baze su monomeri nukleinskih kiselina, tako da je cijeli lanac molekule izgrađen od njih. DNA polimeraza je odgovorna za proces sklapanja ispravnim redoslijedom, inače su sve vrste mutacija neizbježne.
- Primase je protein koji je odgovoran za formiranje prajmera na lancu DNK šablona. Ovaj primer se također naziva početnim, ima strukturu RNA. Za enzim DNA polimerazu važna je prisutnost početnih monomera iz kojih je moguća daljnja sinteza cijelog polinukleotidnog lanca. Ovu funkciju obavlja temeljac i odgovarajući enzim.
- Helikaza (helikaza) tvori viljušku za replikaciju, što je divergencija matričnih lanaca razbijanjem vodikovih veza. To olakšava polimerazama da pristupe molekuli i započnu sintezu.
- Topoizomeraza. Zamislite li molekulu DNK kao upleteno uže, dok se polimeraza kreće duž lanca, zbog jakog uvijanja nastat će pozitivan napon. Taj problem rješava topoizomeraza, enzim koji na kratko razbija lanac i odvija cijelu molekulu. Nakon toga, oštećeno područje se ponovno šije, a DNK nije pod stresom.
- Ssb proteini vežu se poput klastera za DNA lance na replikacijskoj vilici kako bi spriječili ponovno formiranje vodikovih veza prije kraja procesa reduplikacije.
- Lige. Funkcija enzimasastoji se u šivanju Okazakijevih fragmenata na zaostalom lancu molekule DNA. To se događa izrezivanjem temeljnih premaza i umetanjem nativnih monomera deoksiribonukleinske kiseline na njihovo mjesto.
U biologiji, replikacija je složen proces u više koraka koji je iznimno važan u diobi stanica. Stoga je za učinkovitu i ispravnu sintezu neophodna upotreba različitih proteina i enzima.
Mehanizam reduplikacije
Postoje 3 teorije koje objašnjavaju proces umnožavanja DNK:
- Konzervativna navodi da jedna kćer molekula nukleinske kiseline ima matričnu prirodu, a druga je potpuno sintetizirana od nule.
- Polukonzervativan koji su predložili Watson i Crick i potvrđen 1957. u eksperimentima na E. Coli. Ova teorija kaže da obje kćeri DNK molekule imaju jedan stari lanac i jedan novosintetiziran.
- Mehanizam disperzije temelji se na teoriji da molekule kćeri imaju izmjenične dijelove duž cijele dužine, koji se sastoje od starih i novih monomera.
Sada znanstveno dokazan polukonzervativni model. Što je replikacija na molekularnoj razini? Na početku helikaza prekida vodikove veze molekule DNA, otvarajući tako oba lanca za enzim polimerazu. Potonji, nakon formiranja sjemena, započinju sintezu novih lanaca u smjeru 5'-3'.
Svojstvo antiparalelnosti DNK glavni je razlog za stvaranje vodećih i zaostalih niti. Na vodećem lancu DNA polimeraza se kreće kontinuirano, dok se na zaostatkuformira Okazaki fragmente, koji će se u budućnosti spojiti ligazom.
Značajke replikacije
Koliko je molekula DNK u jezgri nakon replikacije? Sam proces podrazumijeva udvostručenje genetskog skupa stanice, dakle, tijekom sintetskog razdoblja mitoze, diploidni skup ima dvostruko više molekula DNK. Takav se unos obično označava kao 2n 4c.
Pored biološkog značenja replikacije, znanstvenici su pronašli primjenu procesa u raznim područjima medicine i znanosti. Ako je u biologiji replikacija umnožavanje DNK, onda se u laboratoriju reprodukcija molekula nukleinske kiseline koristi za stvaranje nekoliko tisuća kopija.
Ova metoda se naziva polimerazna lančana reakcija (PCR). Mehanizam ovog procesa sličan je replikaciji in vivo, stoga se za njegov tijek koriste slični enzimi i puferski sustavi.
Zaključci
Replikacija je od velike biološke važnosti za žive organizme. Prijenos genetskih informacija tijekom stanične diobe nije potpun bez dupliciranja molekula DNK, pa je koordinirani rad enzima važan u svim fazama.
