Molekula DNK je struktura koja se nalazi na kromosomu. Jedan kromosom sadrži jednu takvu molekulu koja se sastoji od dvije niti. Reduplikacija DNK je prijenos informacija nakon samoreprodukcije niti s jedne molekule na drugu. Ona je svojstvena i DNK i RNA. Ovaj članak govori o procesu reduplikacije DNK.
Opći podaci i vrste sinteze DNK
Poznato je da su niti u molekuli uvrnute. Međutim, kada započne proces reduplikacije DNK, oni se despiraliziraju, zatim se pomiču u stranu i na svakoj se sintetizira nova kopija. Nakon završetka pojavljuju se dvije apsolutno identične molekule, od kojih svaka sadrži majčinu i kćer nit. Ova sinteza se naziva polukonzervativna. Molekule DNK se udaljavaju, ostajući u jednoj centromeri, i konačno se razilaze tek kada se ova centromera počne dijeliti.
Druga vrsta sinteze naziva se reparativna. On, za razliku od prethodnog,povezana s bilo kojim staničnim stadijem, ali počinje kada dođe do oštećenja DNK. Ako su preopsežne, tada stanica na kraju umire. Međutim, ako je oštećenje lokalizirano, onda se može popraviti. Ovisno o problemu, jedan ili dva lanca DNK podliježu restauraciji. Ova, kako je još nazivaju, neplanirana sinteza ne traje dugo i ne zahtijeva velike troškove energije.
Ali kada dođe do reduplikacije DNK, troši se puno energije, materijala, njegovo trajanje se proteže satima.
Umnožavanje je podijeljeno na tri razdoblja:
- inicijacija;
- izduženje;
- prekid.
Pogledajmo pobliže ovaj slijed reduplikacije DNK.
Inicijacija
U ljudskoj DNK postoji nekoliko desetaka milijuna parova baza (u životinja ih ima samo sto devet). Reduplikacija DNK počinje na mnogim mjestima u lancu iz sljedećih razloga. Otprilike u isto vrijeme dolazi do transkripcije u RNA, ali je suspendirana na nekim odvojenim mjestima tijekom sinteze DNK. Stoga se prije takvog procesa u citoplazmi stanice nakuplja dovoljna količina tvari kako bi se održala ekspresija gena i kako se ne bi poremetila vitalna aktivnost stanice. S obzirom na to, postupak treba provesti što je brže moguće. Emitiranje u tom razdoblju se odvija, a transkripcija se ne provodi. Studije su pokazale da se reduplikacija DNK događa odjednom u nekoliko tisuća točaka - malim područjima s određenimslijed nukleotida. Pridružuju im se posebni proteini inicijatori, kojima se pak pridružuju drugi enzimi replikacije DNK.
DNA fragment u kojem se odvija sinteza naziva se replikon. Počinje od početne točke i završava kada enzim završi replikaciju. Replicon je autonoman, a također opskrbljuje cijeli proces vlastitom podrškom.
Proces možda neće započeti sa svih točaka odjednom, negdje počinje ranije, negdje kasnije; može teći u jednom ili dva suprotna smjera. Događaji se javljaju sljedećim redoslijedom kada se generiraju:
- replikacijska vilica;
- RNA primer.
replikacijska vilica
Ovaj dio je proces kojim se deoksiribonukleinski lanci sintetiziraju na odvojenim nitima DNK. Vilice tvore takozvano reduplikacijsko oko. Procesu prethodi niz radnji:
- oslobađanje od vezivanja za histone u nukleosomu - enzimi za reduplikaciju DNA kao što su metilacija, acetilacija i fosforilacija proizvode kemijske reakcije koje uzrokuju gubitak pozitivnog naboja proteina, što olakšava njihovo oslobađanje;
- despiralizacija je odmotavanje koje je potrebno za daljnje oslobađanje niti;
- razbijanje vodikovih veza između lanaca DNK;
- njihova divergencija u različitim smjerovima molekule;
- fiksacija SSB proteinima.
RNA primer
Sinteza se provodienzim koji se zove DNA polimeraza. No, on to ne može sam pokrenuti, pa to rade drugi enzimi – RNA polimeraze, koje se još nazivaju i RNA primeri. Sintetiziraju se paralelno s deoksiribonukleinskim lancima prema komplementarnom principu. Dakle, inicijacija završava sintezom dva RNA prajmera na dva lanca DNK koji su prekinuti i odvojeni u različitim smjerovima.
Elongacija
Ovo razdoblje počinje dodatkom nukleotida i 3' kraja RNA primera, što provodi već spomenuta DNA polimeraza. Na prvi ona veže drugi, treći nukleotid i tako dalje. Baze novog lanca povezane su s matičnim lancem vodikovim vezama. Vjeruje se da se sinteza filamenta odvija u smjeru 5'-3'.
Tamo gdje se odvija prema replikacijskoj vilici, sinteza se nastavlja kontinuirano i produljuje se kako to čini. Stoga se takva nit naziva vodećom ili vodećom. Na njemu se više ne stvaraju RNA prajmeri.
Međutim, na suprotnoj majčinoj niti, nukleotidi DNA nastavljaju se vezati za RNA primer, a deoksiribonukleički lanac se sintetizira u suprotnom smjeru od vilice reduplikacije. U ovom slučaju, to se zove zaostajanje ili zaostajanje.
Na zaostalom lancu, sinteza se događa fragmentarno, pri čemu, na kraju jednog dijela, sinteza počinje na drugom mjestu u blizini koristeći isti RNA prajmer. Dakle, postoje dva fragmenta na zaostalom lancu koji su povezani DNK i RNA. Zovu se Okazaki fragmenti.
Onda se sve ponavlja. Zatim se drugi zavoj zavojnice odmotava, vodikove veze pucaju, niti se razilaze na strane, vodeći lanac se produžuje, sljedeći fragment RNA primera sintetizira se na zaostalom, nakon čega se Okazakijev fragment. Nakon toga, na zaostalom lancu, RNA primeri se uništavaju, a fragmenti DNA se spajaju u jedan. Dakle, na ovom krugu se događa istovremeno:
- formiranje novih RNA prajmera;
- sinteza fragmenata Okazaki;
- uništavanje RNA prajmera;
- ponovo ujedinjenje u jedan lanac.
Raskid
Proces se nastavlja sve dok se dvije replikacijske vilice ne sretnu ili jedna od njih ne dosegne kraj molekule. Nakon što se vilice spoje, kćeri lanci DNK su povezani enzimom. U slučaju da se vilica pomakne do kraja molekule, reduplikacija DNK završava uz pomoć posebnih enzima.
Ispravak
U ovom procesu, važna se uloga daje kontroli (ili korekciji) reduplikacije. Sve četiri vrste nukleotida dovode se do mjesta sinteze, a probnim uparivanjem DNA polimeraza odabire one koji su potrebni.
Željeni nukleotid mora biti sposoban formirati onoliko vodikovih veza kao isti nukleotid na lancu DNK šablona. Osim toga, mora postojati određena stalna udaljenost između šećerno-fosfatnih okosnica, što odgovara trima prstenima u dvije baze. Ako nukleotid ne ispunjava ove zahtjeve, do povezivanja neće doći.
Kontrola se provodi prije njegovog uključivanja u lanac i prijeuključivanje sljedećeg nukleotida. Nakon toga se stvara veza u okosnici šećernog fosfata.
Mutacijske varijacije
Mehanizam replikacije DNK, unatoč visokom postotku točnosti, uvijek ima poremećaje u nitima, uglavnom nazvane "genske mutacije". Otprilike tisuću parova baza ima jednu pogrešku, koja se naziva konvarijantna reduplikacija.
To se događa iz raznih razloga. Na primjer, pri visokoj ili preniskoj koncentraciji nukleotida, deaminacija citozina, prisutnost mutagena u području sinteze i drugo. U nekim slučajevima, pogreške se mogu ispraviti procesima reparacije, u drugima ispravljanje postaje nemoguće.
Ako je oštećenje dotaklo neaktivno mjesto, pogreška neće imati ozbiljne posljedice kada dođe do procesa reduplikacije DNK. Nukleotidni slijed određenog gena može se pojaviti s nepodudarnošću. Tada je situacija drugačija, i smrt ove stanice i smrt cijelog organizma može postati negativan rezultat. Također treba uzeti u obzir da se genske mutacije temelje na mutacijskoj varijabilnosti, što genetski fond čini plastičnijim.
metilacija
U vrijeme sinteze ili neposredno nakon nje dolazi do metilacije lanca. Vjeruje se da je kod ljudi ovaj proces neophodan kako bi se formirali kromosomi i regulirala transkripcija gena. U bakterijama ovaj proces služi za zaštitu DNK od rezanja enzimima.
