Co to jest widelec replikacji?



The widelec replikacyjny jest to punkt, w którym zachodzi replikacja DNA, nazywany jest również punktem wzrostu. Ma kształt litery Y i wraz z postępem replikacji, szpilka do włosów jest wypierana przez cząsteczkę DNA.

Replikacja DNA jest procesem komórkowym, który obejmuje duplikację materiału genetycznego w komórce. Struktura DNA jest podwójną helisą i aby ją odtworzyć, musi zostać otwarta. Każda z nici będzie częścią nowego łańcucha DNA, ponieważ replikacja jest procesem półkonserwatywnym.

Widelec replikacyjny tworzy się między połączeniem między nowo oddzielonymi łańcuchami matrycy lub szablonu a dupleksem DNA, który nie został jeszcze zduplikowany. Podczas inicjowania replikacji DNA, jedna z nici może być łatwo powielona, ​​podczas gdy druga nić ma problem z polaryzacją.

Enzym odpowiedzialny za polimeryzację łańcucha - polimerazę DNA - syntetyzuje tylko nić DNA w kierunku 5'-3 '. Zatem jedna nić jest ciągła, a druga cierpi na nieciągłą replikację, generując fragmenty Okazaki.

Indeks

  • 1 Replikacja DNA i widełek replikacyjnych
    • 1.1 Replikacja jednokierunkowa i dwukierunkowa
    • 1.2 Zaangażowane enzymy
    • 1.3 Początek replikacji i tworzenie widelca
    • 1.4 Wydłużenie i ruch widelca
    • 1.5 Wypowiedzenie
  • 2 Replikacja DNA jest półkonserwatywna
  • 3 Problem z polaryzacją
    • 3.1 Jak działa polimeraza?
    • 3.2 Produkcja fragmentów Okazaki
  • 4 odniesienia

Replikacja DNA i widełek replikacyjnych

DNA to cząsteczka, która zawiera niezbędną informację genetyczną wszystkich żywych organizmów - z wyjątkiem niektórych wirusów.

Ten ogromny polimer złożony z czterech różnych nukleotydów (A, T, G i C) znajduje się w jądrze eukariontów, w każdej z komórek tworzących tkanki tych istot (z wyjątkiem dojrzałych czerwonych krwinek ssaków, którym brakuje rdzenia).

Za każdym razem, gdy komórka dzieli się, DNA musi być replikowane w celu utworzenia komórki potomnej z materiałem genetycznym.

Replikacja jednokierunkowa i dwukierunkowa

Replikacja może być jednokierunkowa lub dwukierunkowa, w zależności od formowania widełek replikacji w punkcie początkowym.

Logicznie rzecz biorąc, w przypadku replikacji w jednym kierunku powstaje tylko jeden widelec, podczas gdy w replikacji dwukierunkowej tworzą się dwa widelce.

Zaangażowane enzymy

W tym procesie potrzebna jest złożona maszyneria enzymatyczna, która działa szybko i może replikować DNA w precyzyjny sposób. Najważniejszymi enzymami są polimeraza DNA, primaza DNA, helikaza DNA, ligaza DNA i topoizomeraza.

Początek replikacji i formowania widelca

Replikacja DNA nie rozpoczyna się w żadnym przypadkowym miejscu w cząsteczce. W DNA występują specyficzne regiony, które wyznaczają początek replikacji.

W większości bakterii chromosom bakteryjny ma pojedynczy punkt początkowy bogaty w AT. Ta kompozycja jest logiczna, ponieważ ułatwia otwarcie regionu (pary AT są połączone przez dwa mostki wodorowe, podczas gdy para GC przez trzy).

Gdy DNA zaczyna się otwierać, tworzy się struktura w kształcie litery Y: widelec replikacyjny.

Wydłużenie i ruch widelca

Polimeraza DNA nie może rozpocząć syntezy łańcuchów potomnych od podstaw. Potrzebujesz cząsteczki, która ma koniec 3 ', aby polimeraza mogła zacząć polimeryzować.

Ten wolny koniec 3 'jest oferowany przez małą cząsteczkę nukleotydów zwaną starterem lub starterem. Pierwsze działa jak rodzaj haka dla polimerazy.

Wraz z przebiegiem replikacji widelec replikacyjny może poruszać się wzdłuż DNA. Wysokość widelca replikacji pozostawia dwie jednopasmowe cząsteczki DNA, które kierują tworzeniem dwuzakresowych cząsteczek potomnych.

Widelec może posuwać się naprzód dzięki działaniu enzymów helikazy, które rozwijają cząsteczkę DNA. Enzym ten rozrywa wiązania wodorowe między parami podstawowymi i umożliwia przemieszczenie widelca.

Wypowiedzenie

Replikacja kończy się, gdy dwa widelce są w 180 ° C od początku.

W tym przypadku mówimy o tym, w jaki sposób proces replikacji w bakteriach płynie i konieczne jest podkreślenie całego procesu skręcania okrągłej cząsteczki, która obejmuje replikację. Topoizomerazy odgrywają ważną rolę w rozwijaniu cząsteczki.

Replikacja DNA jest półkonserwatywna

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak zachodzi replikacja w DNA? Oznacza to, że z podwójnej helisy musi powstać kolejna podwójna helisa, ale jak to się dzieje? Przez kilka lat było to otwarte pytanie wśród biologów. Może być kilka permutacji: dwie stare nici razem i dwie nowe razem lub nowy wątek i stary wątek tworzący podwójną helisę.

W 1957 r. Na to pytanie odpowiedzieli badacze Matthew Meselson i Franklin Stahl. Zaproponowany przez autorów model replikacji był półkonserwatywny.

Meselson i Stahl stwierdzili, że wynikiem replikacji są dwie dwuniciowe cząsteczki DNA. Każda z powstałych cząsteczek składa się ze starej nici (od matki lub początkowej cząsteczki) i nowo zsyntetyzowanej nowej nici..

Problem z polaryzacją

Jak działa polimeraza?

Spirala DNA jest utworzona przez dwa łańcuchy biegnące w sposób antyrównoległy: jeden biegnie w kierunku 5'-3 ', a drugi 3'-5'.

Najważniejszym enzymem w procesie replikacji jest polimeraza DNA, która jest odpowiedzialna za katalizowanie wiązania nowych nukleotydów, które zostaną dodane do łańcucha. Polimeraza DNA może tylko przedłużać łańcuch w kierunku 5'-3 '. Fakt ten utrudnia jednoczesne powielanie łańcuchów w widełkach replikacyjnych.

Dlaczego? Dodatek nukleotydów występuje na wolnym końcu 3 ', gdzie znajduje się grupa hydroksylowa (-OH). Zatem tylko jeden z łańcuchów może być łatwo amplifikowany przez końcowe dodanie nukleotydu do końca 3 '. Nazywa się to pasmem przewodzącym lub ciągłym.

Produkcja fragmentów Okazaki

Druga nić nie może się wydłużać, ponieważ wolny koniec ma 5 ', a nie 3' i żadna polimeraza nie katalizuje dodawania nukleotydów do końca 5 '. Problem rozwiązuje synteza wielu krótkich fragmentów (130 do 200 nukleotydów), każdy w normalnym kierunku replikacji od 5 'do 3'.

Ta nieciągła synteza fragmentów kończy się połączeniem każdej części, reakcją katalizowaną przez ligazę DNA. Na cześć odkrywcy tego mechanizmu, Reiji Okazaki, małe zsyntetyzowane segmenty nazywane są fragmentami Okazaki.

Referencje

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... i Walter, P. (2015). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
  2. Cann, I. K., i Ishino, Y. (1999). Replikacja DNA Archaeala: identyfikacja elementów do rozwiązania zagadki. Genetyka, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M. i Hausman, R. E. (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M. i Bebenek, K. (2007). Wiele funkcji polimeraz DNA. Krytyczne recenzje w naukach o roślinach, 26(2), 105-122.
  5. Lewin, B. (2008). geny IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
  6. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., i Kunkel, T. A. (2003). Funkcje eukariotycznych polimeraz DNA. SAGE KE Science, 2003(8), 3.
  7. Steitz, T. A. (1999). Polimerazy DNA: różnorodność strukturalna i wspólne mechanizmy. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395-17398.
  8. Watson, J. D. (2006). Biologia molekularna genu. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., i Wilson, S. H. (2013). Strukturalne porównanie architektury polimerazy DNA sugeruje bramkę nukleotydową do miejsca aktywnego polimerazy. Opinie chemiczne, 114(5), 2759-74.