Nukleīnskābēm ir liela nozīme dzīvo organismu šūnu vitālās aktivitātes nodrošināšanā. Svarīgs šīs organisko savienojumu grupas pārstāvis ir DNS, kas nes visu ģenētisko informāciju un ir atbildīga par nepieciešamo pazīmju izpausmi.
Kas ir replikācija?
Šūnu dalīšanās procesā ir nepieciešams palielināt nukleīnskābju daudzumu kodolā, lai procesā nezustu ģenētiskā informācija. Bioloģijā replikācija ir DNS dublēšanās, izmantojot jaunu pavedienu sintēzi.
Šī procesa galvenais mērķis ir pārnest ģenētisko informāciju uz meitas šūnām nemainītā veidā bez mutācijām.
Replikācijas fermenti un proteīni
DNS molekulas dublēšanos var salīdzināt ar jebkuru vielmaiņas procesu šūnā, kam nepieciešami atbilstoši proteīni. Tā kā bioloģijā replikācija ir svarīga šūnu dalīšanās sastāvdaļa, šeit ir iesaistīti daudzi palīgpeptīdi.
DNS polimerāze ir vissvarīgākais atbildīgais redublikācijas enzīmsdezoksiribonukleīnskābes meitas ķēdes sintēzei. Šūnas citoplazmā replikācijas procesā obligāta ir nukleīntrifosfātu klātbūtne, kas nes visas nukleīnbāzes
Šīs bāzes ir nukleīnskābju monomēri, tāpēc visa molekulas ķēde ir veidota no tām. DNS polimerāze ir atbildīga par montāžas procesu pareizajā secībā, pretējā gadījumā visa veida mutācijas ir neizbēgamas.
- Primase ir proteīns, kas ir atbildīgs par primera veidošanos DNS šablona ķēdē. Šo praimeru sauc arī par primeru, tam ir RNS struktūra. DNS polimerāzes enzīmam svarīga ir sākotnējo monomēru klātbūtne, no kuriem iespējama visas polinukleotīdu ķēdes tālāka sintēze. Šo funkciju veic primer un tam atbilstošais enzīms.
- Helikāze (helikāze) veido replikācijas dakšiņu, kas ir matricas ķēžu diverģence, pārtraucot ūdeņraža saites. Tādējādi polimerāzēm ir vieglāk pietuvoties molekulai un sākt sintēzi.
- Topoizomerāze. Ja jūs iztēlojaties DNS molekulu kā savītu virvi, polimerāzei virzoties pa ķēdi, spēcīgas vērpšanas dēļ izveidosies pozitīvs spriegums. Šo problēmu atrisina topoizomerāze, enzīms, kas uz īsu brīdi pārtrauc ķēdi un izvērš visu molekulu. Pēc tam bojātā vieta tiek atkal sašūta kopā, un DNS netiek noslogota.
- Ssb proteīni kā kopas pievienojas DNS virknēm pie replikācijas dakšas, lai novērstu ūdeņraža saišu atkārtotu veidošanos pirms reduplikācijas procesa beigām.
- Līgas. Enzīmu funkcijasastāv no Okazaki fragmentu sašūšanas uz atpalikušās DNS molekulas virknes. Tas notiek, izgriežot primerus un to vietā ievietojot dabiskos dezoksiribonukleīnskābes monomērus.
Bioloģijā replikācija ir sarežģīts daudzpakāpju process, kas ir ārkārtīgi svarīgs šūnu dalīšanās procesā. Tāpēc efektīvai un pareizai sintēzei ir nepieciešama dažādu proteīnu un fermentu izmantošana.
Reduplicēšanas mehānisms
Ir 3 teorijas, kas izskaidro DNS dublēšanās procesu:
- Konservatīvie paziņojumi, ka vienai nukleīnskābes meitas molekulai ir matricas raksturs, bet otrā ir pilnībā sintezēta no nulles.
- Daļēji konservatīvs, ko ierosināja Vatsons un Kriks un apstiprināja 1957. gadā eksperimentos ar E. Coli. Šī teorija saka, ka abām meitas DNS molekulām ir viena veca virkne un viena tikko sintezēta.
- Izkliedes mehānisms ir balstīts uz teoriju, ka meitas molekulām visā to garumā ir mainīgas sadaļas, kas sastāv gan no veciem, gan no jaunajiem monomēriem.
Tagad zinātniski pierādīts daļēji konservatīvais modelis. Kas ir replikācija molekulārā līmenī? Sākumā helikāze sarauj DNS molekulas ūdeņraža saites, tādējādi atverot abas ķēdes polimerāzes enzīmam. Pēdējie pēc sēklu veidošanās sāk jaunu ķēžu sintēzi virzienā 5'-3'.
DNS pretparalēlisma īpašība ir galvenais iemesls vadošo un atpalikušo šķiedru veidošanai. Vadošajā virknē DNS polimerāze pārvietojas nepārtraukti, savukārt atpaliektas veido Okazaki fragmentus, kurus nākotnē savienos ligase.
Replicēšanas funkcijas
Cik DNS molekulu ir kodolā pēc replikācijas? Pats process nozīmē šūnas ģenētiskā kopuma dubultošanos, tāpēc mitozes sintētiskajā periodā diploīdajā komplektā ir divreiz vairāk DNS molekulu. Šāds ieraksts parasti tiek atzīmēts kā 2n 4c.
Papildus replikācijas bioloģiskajai nozīmei zinātnieki ir atraduši procesa pielietojumu dažādās medicīnas un zinātnes jomās. Ja bioloģijā replikācija ir DNS dublēšanās, tad laboratorijā nukleīnskābju molekulu reprodukciju izmanto, lai izveidotu vairākus tūkstošus kopiju.
Šo metodi sauc par polimerāzes ķēdes reakciju (PCR). Šī procesa mehānisms ir līdzīgs replikācijai in vivo, tāpēc tā norisei tiek izmantoti līdzīgi fermenti un bufersistēmas.
Secinājumi
Replicēšanai ir liela bioloģiska nozīme dzīviem organismiem. Ģenētiskās informācijas pārnešana šūnu dalīšanās laikā nav pilnīga bez DNS molekulu dublēšanās, tāpēc koordinēts fermentu darbs ir svarīgs visos posmos.
