DNS molekula ir struktūra, kas atrodama hromosomā. Viena hromosoma satur vienu šādu molekulu, kas sastāv no diviem pavedieniem. DNS reduplikācija ir informācijas pārsūtīšana pēc pavedienu pašreproducēšanas no vienas molekulas uz otru. Tas ir raksturīgs gan DNS, gan RNS. Šajā rakstā ir aplūkots DNS redublikācijas process.
Vispārīga informācija un DNS sintēzes veidi
Ir zināms, ka pavedieni molekulā ir savīti. Tomēr, kad sākas DNS reduplikācijas process, tie despiralizējas, pēc tam pārvietojas uz sāniem, un katrā tiek sintezēta jauna kopija. Pēc pabeigšanas parādās divas absolūti identiskas molekulas, no kurām katra satur mātes un meitas pavedienu. Šo sintēzi sauc par daļēji konservatīvu. DNS molekulas attālinās, paliekot vienā centromērā, un beidzot atšķiras tikai tad, kad šis centromērs sāk dalīties.
Cits sintēzes veids tiek saukts par reparatīvo. Viņš, atšķirībā no iepriekšējā,saistīta ar jebkuru šūnu stadiju, bet sākas tad, kad rodas DNS bojājumi. Ja tie ir pārāk plaši, šūna galu galā nomirst. Taču, ja bojājums ir lokalizēts, tad to var novērst. Atkarībā no problēmas viens vai divi DNS pavedieni tiek atjaunoti. Šī, kā to mēdz dēvēt arī, neplānotā sintēze neaizņem ilgu laiku un neprasa lielas enerģijas izmaksas.
Bet, kad notiek DNS redublikācija, tiek patērēts daudz enerģijas, materiāla, tās ilgums stiepjas stundām ilgi.
Redublikācija ir sadalīta trīs periodos:
- iniciation;
- pagarinājums;
- pārtraukšana.
Apskatīsim šo DNS reduplikācijas secību tuvāk.
Iesākums
Cilvēka DNS ir vairāki desmiti miljonu bāzes pāru (dzīvniekiem ir tikai simts deviņi). DNS reduplikācija sākas daudzās ķēdes vietās šādu iemeslu dēļ. Apmēram tajā pašā laikā transkripcija notiek RNS, bet DNS sintēzes laikā tā tiek apturēta atsevišķās vietās. Tāpēc pirms šāda procesa šūnas citoplazmā uzkrājas pietiekams daudzums vielas, lai saglabātu gēnu ekspresiju un lai netiktu traucēta šūnas vitālā darbība. Ņemot to vērā, process ir jāveic pēc iespējas ātrāk. Šajā periodā tiek veikta apraide, un transkripcija netiek veikta. Pētījumi ir parādījuši, ka DNS reduplikācija notiek uzreiz vairākos tūkstošos punktu - mazos apgabalos ar noteiktunukleotīdu secība. Tiem pievienojas īpaši iniciatorproteīni, kuriem savukārt pievienojas citi DNS replikācijas enzīmi.
DNS fragmentu, kurā notiek sintēze, sauc par replikonu. Tas sākas no sākuma punkta un beidzas, kad ferments pabeidz replikāciju. Replikons ir autonoms un arī nodrošina visu procesu ar savu atbalstu.
Process var nesākties no visiem punktiem uzreiz, kaut kur tas sākas agrāk, kaut kur vēlāk; var plūst vienā vai divos pretējos virzienos. Notikumi ģenerēšanas laikā notiek šādā secībā:
- replicēšanas dakša;
- RNS primer.
Replicēšanas dakša
Šī daļa ir process, kurā dezoksiribonukleīna virknes tiek sintezētas uz atdalītajām DNS virknēm. Dakšas veido tā saukto reduplikācijas aci. Pirms procesa tiek veiktas vairākas darbības:
- atbrīvošanās no saistīšanās ar histoniem nukleozomā - DNS redublikācijas enzīmi, piemēram, metilēšana, acetilēšana un fosforilēšana, rada ķīmiskas reakcijas, kuru rezultātā proteīni zaudē pozitīvo lādiņu, kas atvieglo to izdalīšanos;
- despiralizācija ir attīšana, kas nepieciešama, lai vēl vairāk atbrīvotu pavedienus;
- pārraujot ūdeņraža saites starp DNS virknēm;
- to diverģence dažādos molekulas virzienos;
- fiksācija ar SSB proteīniem.
RNS primer
Sintēze tiek veiktaenzīms, ko sauc par DNS polimerāzi. Taču viņš pats to nevar uzsākt, tāpēc to dara citi enzīmi – RNS polimerāzes, ko sauc arī par RNS primeriem. Tie tiek sintezēti paralēli dezoksiribonukleīna virknēm saskaņā ar komplementāro principu. Tādējādi iniciācija beidzas ar divu RNS praimeru sintēzi uz divām DNS virknēm, kas ir sadalītas un atdalītas dažādos virzienos.
Pagarinājums
Šis periods sākas ar nukleotīda pievienošanu un RNS praimera 3' galu, ko veic jau minētā DNS polimerāze. Pirmajam viņa pievieno otro, trešo nukleotīdu utt. Jaunās virknes pamatnes ir savienotas ar mātes ķēdi ar ūdeņraža saitēm. Tiek uzskatīts, ka pavedienu sintēze notiek 5'-3' virzienā.
Ja tā notiek replikācijas dakšas virzienā, sintēze notiek nepārtraukti un pagarinās. Tāpēc šādu pavedienu sauc par vadošo vai vadošo. Uz tā vairs neveidojas RNS praimeri.
Tomēr pretējā mātes virknē DNS nukleotīdi turpina pievienoties RNS primeram, un dezoksiribonukleīniskā ķēde tiek sintezēta pretējā virzienā no reduplikācijas dakšas. Šajā gadījumā to sauc par kavēšanos vai atpalikšanu.
Atpaliekošajā virknē sintēze notiek fragmentāri, kur vienas sadaļas beigās sintēze sākas citā tuvumā esošajā vietā, izmantojot to pašu RNS praimeri. Tādējādi atpalikušajā virknē ir divi fragmenti, kurus savieno DNS un RNS. Tos sauc par Okazaki fragmentiem.
Tad viss atkārtojas. Tad atritinās vēl viens spirāles pagrieziens, ūdeņraža saites pārtrūkst, pavedieni novirzās uz sāniem, vadošā virkne pagarinās, uz atpalikušā tiek sintezēts nākamais RNS praimera fragments, pēc kura Okazaki fragments. Pēc tam atpalikušajā virknē RNS primeri tiek iznīcināti, un DNS fragmenti tiek apvienoti vienā. Tātad šajā ķēdē vienlaikus notiek:
- jaunu RNS primeru veidošanās;
- Okazaki fragmentu sintēze;
- RNS primeru iznīcināšana;
- atkalapvienošanās vienā ķēdē.
Izbeigšana
Process turpinās, līdz satiekas divas replikācijas dakšas vai viena no tām sasniedz molekulas galu. Pēc dakšu sadursmes DNS meitas virknes savieno ferments. Gadījumā, ja dakša ir pārvietojusies uz molekulas galu, DNS reduplikācija beidzas ar īpašu enzīmu palīdzību.
Labojums
Šajā procesā svarīga loma tiek dota reduplikācijas kontrolei (vai korekcijai). Visi četri nukleotīdu veidi tiek piegādāti sintēzes vietai, un, veicot izmēģinājuma savienošanu pārī, DNS polimerāze atlasa nepieciešamos.
Vēlamajam nukleotīdam jāspēj izveidot tikpat daudz ūdeņraža saišu kā vienam un tam pašam nukleotīdam DNS veidnes virknē. Turklāt starp cukura-fosfāta mugurkauliem ir jābūt noteiktam nemainīgam attālumam, kas atbilst trīs gredzeniem divās bāzēs. Ja nukleotīds neatbilst šīm prasībām, savienojums nenotiks.
Kontrole tiek veikta pirms tā iekļaušanas ķēdē un pirmsnākamā nukleotīda iekļaušana. Pēc tam cukura fosfāta mugurkaulā veidojas saite.
Mutācijas variācijas
DNS replikācijas mehānismā, neskatoties uz lielo precizitātes procentu, pavedienos vienmēr ir traucējumi, ko galvenokārt sauc par "gēnu mutācijām". Apmēram tūkstoš bāzes pāru ir viena kļūda, ko sauc par konvariantu reduplikāciju.
Tas notiek dažādu iemeslu dēļ. Piemēram, pie lielas vai pārāk zemas nukleotīdu koncentrācijas, citozīna deaminācijas, mutagēnu klātbūtnes sintēzes zonā u.c. Dažos gadījumos kļūdas var izlabot ar labošanas procesiem, citos labošana kļūst neiespējama.
Ja bojājums ir pieskāries neaktīvai vietai, kļūda neradīs nopietnas sekas, kad notiks DNS redublikācijas process. Konkrēta gēna nukleotīdu secība var parādīties ar neatbilstību. Tad situācija ir cita, un gan šīs šūnas, gan visa organisma nāve var kļūt par negatīvu rezultātu. Jāņem vērā arī tas, ka gēnu mutāciju pamatā ir mutācijas mainīgums, kas padara gēnu fondu plastiskāku.
Metilēšana
Sintēzes laikā vai tūlīt pēc tās notiek ķēdes metilēšana. Tiek uzskatīts, ka cilvēkiem šis process ir nepieciešams, lai veidotu hromosomas un regulētu gēnu transkripciju. Baktērijās šis process kalpo, lai aizsargātu DNS no fermentu izraisītas sagriešanas.
