DNA-replikeringssteg och process

DNA är det genetiska materialet som definierar varje cell. Före en cell duplicerar och delas in i nytt dotterceller genom antingen mitos eller meios, biomolekyler och organeller måste kopieras för att fördelas mellan cellerna. DNA, finns inom kärna, måste replikeras för att säkerställa att varje ny cell får rätt antal kromosomer. Processen för DNA-duplicering kallas DNA-replikation. Replikering följer flera steg som involverar flera proteiner kallas replikationsenzymer och RNA. I eukaryota celler, såsom djurceller och växtceller, DNA-replikation sker i S-fas av intervallet under cellcykel. Processen för DNA-replikering är avgörande för celltillväxt, reparation och reproduktion i organismer.

DNA eller deoxiribonukleinsyra är en typ av molekyl som kallas en nukleinsyra. Det består av ett 5-kol deoxiribosesocker, ett fosfat och en kvävehaltig bas. Dubbelsträngat DNA består av två spirala nukleinsyrakedjor som är tvinnade till en dubbel helix form. Denna vridning gör att DNA kan vara mer kompakt. För att passa in i kärnan packas DNA i tätt spiralstrukturer som kallas

Innan DNA kan replikeras måste den dubbelsträngade molekylen "packas upp" i två enstaka strängar. DNA har fyra baser som heter adenin (A), tymin (T), cytosin (C) och guanin (G) som bildar par mellan de två strängarna. Adenin parar bara med tymin och cytosin binder bara med guanin. För att varva ner DNA måste dessa interaktioner mellan baspar brytas. Detta utförs av ett enzym som kallas DNA helikas. DNA-helikas stör störningen vätebindning mellan baspar för att separera trådarna i en Y-form känd som replikationsgaffel. Detta område kommer att vara mallen för replikering att börja.

DNA är riktad i båda strängarna, betecknas med en 5 'och 3' ände. Denna notering betyder vilken sidogrupp som är fäst DNA-ryggraden. De 5 'slut har en fosfatgrupp (P) kopplad, medan 3 'slut har en hydroxylgrupp (OH) bunden. Denna riktning är viktig för replikering eftersom den bara fortskrider i 5 'till 3' riktning. Replikationsgaffeln är emellertid dubbelriktad; en tråd är orienterad i 3 'till 5' -riktningen (Ledande sträng) medan den andra är orienterad 5 'till 3' (släparsträng). De två sidorna replikeras därför med två olika processer för att rymma riktningsskillnaden.

Den ledande strängen är den enklaste att replikera. När DNA-strängarna har separerats, en kort bit av RNA kallas a primer binder till 3'-änden av strängen. Primern binder alltid som utgångspunkt för replikering. Primers genereras av enzymet DNA-primas.

Enzymer kända som DNA-polymeraser ansvarar för att skapa den nya strängen genom en process som kallas förlängning. Det finns fem olika kända typer av DNA-polymeraser i bakterie och mänskliga celler. I bakterier som E. coli, polymeras III är det huvudsakliga replikationsenzymet, medan polymeras I, II, IV och V ansvarar för felkontroll och reparation. DNA-polymeras III binder till strängen på primerplatsen och börjar lägga till nya baspar komplementära till strängen under replikering. I eukaryota celler är polymeraser alfa, delta och epsilon de primära polymerasema som är involverade i DNA-replikering. Eftersom replikering fortsätter i 5 'till 3' -riktningen på den ledande strängen är den nybildade strängen kontinuerlig.

De släparsträng börjar replikering genom bindning med flera primrar. Varje grundare är bara flera baser isär. DNA-polymeras lägger sedan till delar av DNA, kallad Okazaki-fragment, till strängen mellan primrar. Denna replikationsprocess är diskontinuerlig eftersom de nyligen skapade fragmenten är osammanhängande.

När både de kontinuerliga och diskontinuerliga strängarna har bildats kallas ett enzym exonukleas tar bort alla RNA-primrar från de ursprungliga trådarna. Dessa primrar ersätts sedan med lämpliga baser. En annan exonukleas "korrekturläser" det nybildade DNA: t för att kontrollera, ta bort och ersätta eventuella fel. Ett annat enzym heter DNA-ligas sammanfogar Okazaki-fragment tillsammans och bildar en enda enhetlig tråd. Ändarna på det linjära DNA utgör ett problem eftersom DNA-polymeras endast kan lägga till nukleotider i riktningen 5 ′ till 3 ′. Ändarna på modersträngarna består av upprepade DNA-sekvenser som kallas telomerer. Telomerer fungerar som skyddslock i slutet av kromosomer för att förhindra kromosomer i närheten att smälta samman. En speciell typ av DNA-polymerasenzym kallas telomeras katalyserar syntesen av telomersekvenser vid DNA-ändarna. När den är klar har modersträngen och dess komplementära DNA-sträng spolats in i den bekanta dubbel helix form. I slutändan ger replikering två DNA-molekyler, var och en med en tråd från modermolekylen och en ny tråd.

DNA-replikation är produktion av identisk DNA-helices från en enda dubbelsträngad DNA-molekyl. Varje molekyl består av en tråd från den ursprungliga molekylen och en nybildad tråd. Innan replikering separeras DNA-rullarna och strängarna. En replikationsgaffel bildas som fungerar som en mall för replikering. Primrar binder till DNA och DNA-polymeraser lägger till nya nukleotidsekvenser i riktningen 5 ′ till 3 ′.

Denna tillsats är kontinuerlig i den ledande strängen och fragmenterad i den släpande strängen. När förlängningen av DNA-strängarna är klar kontrolleras strängarna för fel, reparationer görs och telomersekvenser läggs till DNA-ändarna.