Mekanisme replikasi DNA, dalam prokariot dan eukariot

The Replikasi DNA (Asid desoxyribonucleic) Ia terdiri daripada menyalin genom, iaitu, semua maklumat genetik yang terkandung dalam DNA organisma, untuk menghasilkan dua salinan yang sama. Genom mempunyai maklumat yang diperlukan untuk membina organisma lengkap.

Sebelum pembahagian sel, replikasi DNA berlaku. Melalui meiosis, gamet untuk pembiakan seksual berlaku. Melalui mitosis, penggantian sel berlaku (contohnya, kulit dan darah) dan perkembangan (contohnya, tisu dan organ).

Sumber: i, MadPrime [CC0]

Pengetahuan tentang struktur DNA membolehkan kita memahami cara replikasinya berlaku. Struktur DNA terdiri daripada kipas berganda, terdiri daripada dua rantai antipaallal nukleotida berturut -turut, yang pangkalan nitrogen dilengkapi secara khusus.

Semasa replikasi, setiap rantai rantai DNA berganda bertindak sebagai acuan untuk biosintesis rantai baru. Kedua -dua rantai yang baru disintesis mempunyai asas yang melengkapi asas rantai acuan: adenine (a) dengan timina (t), dan sitosin (c) dengan guanine (g).

Beberapa enzim dan protein mengambil bahagian dalam replikasi DNA. Sebagai contoh, membuka kipas DNA berganda, menjaga DNA terbuka, dan menambah deoxyribonucleosidos-5'-triphosphate (DNTP) untuk membentuk rantai baru.

[TOC]

Replikasi DNA adalah separa konservatif

Berdasarkan struktur DNA, Watson dan Crick mencadangkan bahawa replikasi DNA berlaku dengan cara separa -konservatif. Ini ditunjukkan oleh Meselson dan Stahl dengan menandakan DNA dari Escherichia coli Dengan isotop berat nitrogen, ^{lima belas}N, mengikuti beberapa generasi corak pengedaran dalam medium budaya dengan nitrogen ringan, ¹⁴N.

Messelson dan Stahl mendapati bahawa, pada generasi pertama, kedua -dua anak perempuan DNA molekul mempunyai, setiap molekul ditandakan dengan rantai dengan isotop nitrogen berat dan satu lagi dengan isotop cahaya. Tidak seperti molekul DNA ibu bapa, yang mempunyai dua rantai yang ditandai dengan isotop berat, ^{lima belas}N.

Pada generasi kedua, 50% molekul DNA adalah seperti generasi pertama, dan 50% yang lain hanya mempunyai nitrogen ringan. Tafsiran hasil ini adalah bahawa kipas anak perempuan berganda mempunyai rantai ibu bapa (yang berfungsi sebagai acuan) dan rantai baru.

Mekanisme replikasi separa konservatif membayangkan pemisahan rantai DNA dan mengawan pangkalan pelengkap dengan menggunakan nukleotida berturut -turut, menghasilkan dua anak perempuan anak perempuan dua anak perempuan.

Replikasi dalam bateri

Permulaan replikasi DNA dalam bakteria

DNA bakteria terdiri daripada kromosom bulat dan hanya mempunyai satu tapak asal replikasi. Dari laman web ini, biosintesis kedua -dua anak perempuan itu berlaku secara bidirection, membentuk dua garpu replikasi yang bergerak ke arah yang menentang asal. Akhirnya, garpu itu, menyelesaikan replikasi.

Replikasi bermula dengan kesatuan protein DNAA ke tapak asal. Protein ini pula membentuk kompleks. Kemudian protein Hu dan IHF mengikat.

Seterusnya, protein DNAC disertai, yang menjadikan heliks DNA menyertai. Ini membantu melepaskan DNA dan memecahkan ikatan hidrogen, terbentuk dalam pasangan asas. Jadi, kedua -dua rantai itu memisahkan lebih banyak lagi, membentuk dua rantai mudah.

Boleh melayani anda: Apakah permutasi kromosom?

Topoisomerase II, atau DNA Girasa, bergerak di hadapan DNA Helicy. Protein DNA Rantai Single (SSB) Protein Pastikan Rantaian DNA Berasingan. Oleh itu, biosintesis rantai anak perempuan boleh bermula.

Biosintesis anak perempuan DNA di bakteria

Enzim prima bertanggungjawab untuk mensintesis rantai RNA pendek yang dipanggil primer, yang mempunyai 10 hingga 15 nukleotida panjang. Polimerase DNA mula menambah 5'-triphosphate (dntps) ke 3'-oh gula priming, selepas itu rantai terus tumbuh dengan ujung yang sama.

Kerana rantai DNA adalah antiparallel, primer disintesis dalam rantaian panduan dan banyak primer dalam rantai tertunda. Oleh sebab itu, biosintesis rantaian yang ditangguhkan adalah tidak berterusan. Walaupun rantai DNA adalah antiparallel, garpu replikasi bergerak ke satu arah.

Polimerase DNA bertanggungjawab untuk pembentukan ikatan kovalen antara nukleotida bersebelahan rantai yang baru disintesis, dalam arah 5'®3 '. Dalam Dan. coli, Terdapat lima DNA polimerase: polimerase DNA I dan III melakukan replikasi DNA; dan polimerase DNA II, IV dan V bertanggungjawab untuk mereplikasi dan mereplikasi DNA yang rosak.

Kebanyakan replikasi dibuat oleh polimerase DNA III, yang merupakan holoenzim yang mempunyai 10 subunit yang berbeza dengan beberapa fungsi dalam replikasi DNA. Sebagai contoh, subunit alfa bertanggungjawab untuk membuat bon antara nukleotida.

Kompleks enzim bertanggungjawab untuk replikasi DNA dalam bakteria

Helikase DNA dan Prima bergabung untuk membentuk kompleks yang dipanggil Primosoma. Ini bergerak di sepanjang DNA, bertindak dengan cara yang diselaraskan untuk memisahkan kedua -dua rantai ibu bapa, mensintesis primer setiap selang tertentu pada rantaian yang ditangguhkan.

Primosome secara fizikal mengikat kepada polimerase DNA III, dan membentuk replisome. Dua polimerase DNA III bertanggungjawab untuk mereplikasi DNA panduan dan rantaian tertunda. Berkenaan dengan polimerase DNA III, rantai yang ditangguhkan membentuk gelung keluar, yang membolehkan penambahan nukleotida ke rantai ini berlaku dalam arah yang sama dari rantai panduan.

Penambahan nukleotida ke rantaian panduan berterusan. Sementara dalam kelewatan itu tidak berterusan. Fragmen 150 nukleotida panjang dibentuk, dipanggil serpihan Okazaki.

Aktiviti exonuclease 5 ' -> 3' polimerase DNA I bertanggungjawab untuk menghapuskan primer dan mengisi, menambah nukleotida. Ligase enzim menyegel jurang antara serpihan. Replikasi berakhir apabila dua hoquillas replikasi berada dalam urutan siap.

Protein anda mengikat urutan penamatan, menghentikan pergerakan garpu replikasi. Topoisomerase II membolehkan pemisahan dua kromosom.

Desoxiribonucleotides tryphosphates digunakan oleh polimerase DNA

Dexinucleoside tryphosphate (DNTP) mengandungi tiga kumpulan fosfat yang bersatu dengan karbon 5 'deoxyribosa. DNTPS (DATP, DTTP, DGTP dan DCTP) Sertai rantaian acuan berikutan peraturan AT/GC.

Boleh melayani anda: plesiomorphy

Polimerase DNA memangkinkan tindak balas berikut: kumpulan hidroksil (-OH) 3 'nukleotida rantai yang semakin meningkat bertindak balas dengan fosfat alfa dari DNTP yang masuk, melepaskan pyrophosphate anorganik (PPI) (PPI). Hidrolisis PPI menghasilkan tenaga untuk pembentukan ikatan kovalen, atau ikatan phosphodiéster, antara nukleotida rantai yang semakin meningkat.

Mekanisme yang memastikan kesetiaan replikasi DNA

Semasa replikasi DNA, polimerase DNA III membuat kesilapan setiap 100 juta nukleotida. Walaupun kebarangkalian kesilapan sangat rendah, terdapat mekanisme yang memastikan kesetiaan dalam replikasi DNA. Mekanisme ini adalah:

1) Kestabilan di apar asas. Tenaga ikatan hidrogen antara AT/GC lebih besar daripada pasangan asas yang salah.

2) Struktur tapak aktif polimerase DNA. Polimerase DNA secara sengaja memangkinkan nukleotida dengan pangkalan yang betul dalam rantai yang bertentangan. Pengawalan asas yang buruk menyebabkan penyimpangan kipas DNA berganda, yang menghalang nukleotida yang salah daripada menduduki tapak aktif enzim.

3) Ujian membaca. Polimerase DNA mengenal pasti nukleotida yang salah dan menghilangkannya dari rantai anak perempuan. Aktiviti exonuclease DNA polimerase memecahkan ikatan phosphodiéster antara nukleotida pada akhir 3 'rantai baru.

Replikasi DNA dalam eukariota

Tidak seperti replikasi dalam prokariot, replikasinya bermula di satu tapak, replikasi eukariotik bermula di beberapa tapak asal dan garpu replikasi bergerak secara dua arah. Seterusnya, semua garpu replikasi digabungkan, membentuk dua kromatid kakak yang bergabung di centromere.

Eukaryotas mempunyai banyak jenis polimerase DNA, yang namanya menggunakan huruf Yunani. Polimerase DNA α membentuk kompleks dengan prima. Kompleks ini mensintesis primer pendek yang terdiri daripada 10 nukleotida RNA diikuti oleh 20 hingga 30 nukleotida DNA.

Kemudian polimerase DNA ε Sama ada δ memangkinkan pemanjangan rantai anak perempuan dari primer. Polimerase DNA ε Ia terlibat dalam sintesis rantai terkemuka, sementara polimere DNA δ Sintesis rantai yang tertunda.

Polimerase DNA δ Memanjangkan serpihan Okazaki kiri sehingga mencapai primer RNA yang betul, menghasilkan pengangkat pendek primer ("Flap Pendek"). Tidak seperti prokariot, di mana DNA polimerase menghilangkan primer, dalam eukariot enzim flap endonuclease menghapuskan primer RNA.

Seterusnya, ligase DNA menyegel serpihan DNA yang bersebelahan. Penyempurnaan replikasi berlaku dengan pemisahan protein garpu replikasi.

The Replikasi DNA dalam eukariota dan kitaran sel

Replikasi dalam eukariota berlaku dalam fasa s kitaran sel. Molekul DNA yang direplikasi diasingkan dalam dua sel anak perempuan semasa mitosis. Fasa G1 dan G2 memisahkan fasa dan mitosis S. Kemajuan melalui setiap fasa kitaran sel sangat dikawal oleh kinase, fosfatase dan protease.

Dalam fasa G1 kitaran sel, kompleks pengiktirafan asal (OCR) menyertai tapak asal. Ini mendorong kesatuan helicas MCM dan protein lain, seperti CDC6 dan CDT1, untuk membentuk kompleks pra-replikasi (PrerC). Las Helicase MCM menyertai rantai panduan.

Boleh melayani anda: gen yang dipautkan

Dalam fasa s, Prerc menjadi laman web replikasi yang aktif. Protein OCR, CDC6 dan CDT1 dikeluarkan, dan helikase MCM bergerak ke arah 3 'hingga 5'. Setelah replikasi berakhir, ini akan dimulakan semula dalam kitaran sel seterusnya.

Replikasi hujung kromosom dalam eukariot

Hujung kromosom dikenali sebagai telomeres, yang terdiri daripada urutan berulang dalam tandem, dan 3 'rantau yang cemerlang, dari 12 hingga 16 nukleotida panjang.

Polimerase DNA tidak dapat meniru hujung 3 'rantai DNA. Ini kerana polimerase DNA hanya dapat mensintesis DNA dalam alamat 5'-3, dan hanya boleh memanjangkan rantai yang sedia ada, tanpa dapat mensintesis primer di rantau ini. Oleh itu, telomeres dipendekkan dalam setiap pusingan replikasi.

Enzim telomerase menghalang pemendekan telomeres. Telomerase adalah enzim yang mempunyai subunit protein dan RNA (ketiga). Yang terakhir mengikat ke urutan DNA berulang, dan membolehkan telomerase untuk menyertai 3 'akhir telomer.

Urutan RNA di belakang kesatuan yang terletak sebagai acuan untuk sintesis urutan enam nukleotida (pempolimeran) pada akhir rantai DNA. Pemanjangan telomer dipangkin oleh subunit telomerase, yang dipanggil transkripase telomerase terbalik (TERT).

Selepas pempolimeran, translocalization berlaku, yang terdiri daripada pergerakan telomerase ke hujung baru rantai DNA, menyertai enam nukleotida lain sehingga akhir.

Fungsi polimerase DNA lain dalam eukariot

Polimerase DNA β Ia mempunyai peranan penting dalam penghapusan pangkalan DNA yang salah, tetapi ia tidak terlibat dalam replikasi DNA.

Ramai yang menemui DNA polimerase tergolong dalam kumpulan polimerase "translesion-replicating". Polimerase ini bertanggungjawab untuk mensintesis rantai pelengkap di rantau DNA yang rosak.

Terdapat beberapa jenis polimerase "translesion-replicating". Contohnya, polimere DNA η Anda boleh meniru Timina Dímeros, yang dihasilkan oleh UV Light.

Replikasi DNA di Archeobacteria

Replikasi DNA Archeobacteria adalah serupa dengan yang diberikan dalam eukariota. Ini disebabkan oleh yang berikut: 1) protein yang mengambil bahagian dalam replikasi lebih seperti orang -orang eukariota daripada kepada prokariot; dan 2) walaupun terdapat hanya satu tapak replikasi seperti dalam prokariot, urutannya sama dengan tapak asal eukariotik.

Persamaan dalam replikasi antara gerbang dan eukariota menyokong idea bahawa kedua -dua kumpulan adalah filogenetik lebih berkaitan antara satu sama lain daripada mana -mana mereka dengan prokariota.

Rujukan

1. Brooker, r. J. 2018. Analisis dan Prinsip Genetik. McGraw-Hill, New York.
2. Hartwell, l. H., Goldberg, m. L., Fischer, J. Ke., Hood, l. 2018. Genetik - dari gen genom. McGraw-Hill, New York.
3. Kušić-Tišma, j. 2011. Aspek asas replikasi DNA. Intech Open Access, Croatia.
4. Lewis, r., 2015. Konsep dan aplikasi genetik manusia. McGraw-Hill, New York.
5. Pierce, b. Ke. 2005. Genetik - Pendekatan Konseptual. W. H. Freeman, New York.