Що таке редупликация днк? Процес редуплікаціі днк
Молекула ДНК - це що знаходиться в хромосомі структура. Одна хромосома містить одну таку молекулу, що складається з двох ниток. Редуплікація ДНК - це передача інформації після самовідтворення ниток від однієї молекули на іншу. Вона властива як ДНК, так і РНК. У даній статті розглядається процес редуплікації ДНК.
Содержание
Загальні відомості і види синтезу ДНК
Відомо, що нитки в молекулі закручені. Однак, коли починається процес редуплікації ДНК, вони деспирализуются, потім відходять в сторони, і на кожній синтезується нова копія. По завершенні з`являються дві абсолютно ідентичні молекули, в кожній з яких присутня материнська і дочірня нитки. Такий синтез отримав назву напівконсервативний. Молекули ДНК відсуваються, залишаючись при цьому в єдиній центромере, і остаточно розходяться лише тоді, коли у цій центромери починається процес поділу.
Інший вид синтезу отримав назву репаративний. Він, на відміну від попереднього, не пов`язаний з якою-небудь клітинної стадією, але починається при виникненні пошкоджень ДНК. Якщо вони носять занадто великий характер, то клітина врешті-решт гине. Однак, якщо пошкодження локальні, то їх можна відновити. Залежно від проблеми відновленню підлягає окрема або дві відразу ланцюжка ДНК. Цей, як його ще називають, позаплановий синтез не займає багато часу і не вимагає великих енерговитрат.
Але коли відбувається редуплікація ДНК, то витрачається багато енергії, матеріалу, тривалість його розтягується на годинник.
Редуплікація ділиться на три періоди:
- ініціацію;
- елонгацію;
- терминацию.
Розглянемо докладніше цю послідовність редуплікаціі ДНК.
ініціація
У ДНК людини - кілька десятків мільйонів пар нуклеотидів (у тварин їх налічується всього сто дев`ять). Редуплікація ДНК починається в багатьох місцях ланцюжка з наступних причин. Приблизно в цей же час в РНК відбувається транскрипція, але на час синтезу ДНК вона припиняється в деяких окремих місцях. Тому перед таким процесом в цитоплазмі клітини накопичується достатня кількість речовини для того, щоб підтримати експресію генів і щоб життєдіяльність клітини не була порушена. Зважаючи на це процес повинен проходити якомога швидше. Трансляція в цей період здійснюється, а транскрипція не ведеться. Як показали дослідження, редуплікація ДНК відбувається відразу в декількох тисячах точок - невеликих ділянках з певною послідовністю нуклеотидів. До них приєднуються спеціальні ініціаторние білки, до яких в свою чергу приєднуються інші ферменти редуплікації ДНК.
Фрагмент ДНК, де відбувається синтез, називається репліконом. Він починається від точки початку і закінчується тоді, коли фермент завершує реплікацію. Реплікон автономний, а також постачає весь процес власним забезпеченням.
Процес може початися не з усіх точок відразу, десь він починається раніше, десь - пізніше-може протікати в одному або в двох протилежних напрямках. Події відбуваються в наступному порядку, коли утворюються:
- репликационная вилка;
- РНК-запал.
репликативная вилка
Ця частина являє собою процес, при якому на відокремлених нитках ДНК відбувається синтез дезоксирибонуклеїнової ниток. Вилки при цьому утворюють так званий вічко редуплікаціі. Процесу передує цілий ряд дій:
- звільнення від зв`язку з гистонами в нуклеосоме - такі ферменти редуплікації ДНК як метилювання, ацетилювання і фосфорилювання виробляють хімічні реакції, в результаті яких білки втрачають свій позитивний заряд, що сприяє їх вивільнення;
- деспіралізация - це розкручування, яке необхідно для подальшого звільнення ниток;
- розрив зв`язків водню між нитками ДНК;
- їх розбіжність в різні боки молекули;
- фіксація, яка відбувається за допомогою білків SSB.
РНК-запал
Синтез здійснює фермент, під назвою ДНК-полімераза. Однак почати його самостійно він не може, тому це роблять інші ферменти - РНК-полімерази, які називають ще РНК-затравки. Вони синтезуються паралельно дезоксирибонуклеїнової ниткам по комплементарному принципом. Таким чином, ініціація закінчується синтезом двох РНК-запалів на двох розірваних і відійшли в різні боки нитках ДНК.
елонгація
Даний період починається з приєднання нуклеотиду і 3 `кінця РНК-затравки, що здійснює вже згадана ДНК-полімераза. До першого вона приєднує другий, третій нуклеотид, і так далі. Підстави нової нитки з`єднуються з материнської ланцюжком водневими зв`язками. Вважається, що синтез нитки йде в напрямку 5 `- 3`.
Там, де він відбувається в сторону вилки реплікації, синтез протікає безперервно і подовжується при цьому. Тому таку нитку називають провідною або лідируючої. На ній РНК-затравки більше не формуються.
Однак на протилежній материнської нитки ДНК-нуклеотиди продовжують приєднуватися до РНК-затравки, і дезоксирибонуклеиновая ланцюг синтезується в протилежному від вилки редуплікації напрямку. Її в цьому випадку називають запізнілої або відстає.
На відстає нитки синтез відбувається фрагментарно, де після закінчення однієї ділянки починається синтез на іншій ділянці поблизу за допомогою все тієї ж РНК-затравки. Таким чином, на запізнілої ланцюга є два фрагмента, які з`єднані ДНК і РНК. Вони отримали назву фрагменти Окадзакі.
Далі все повторюється. Тоді розплітається інший виток спіралі, розриваються зв`язку водню, нитки розходяться в сторони, ведуча ланцюг подовжується, на відстає синтезується наступний фрагмент РНК-затравки, після чого - фрагмент Окадзакі. Після цього на запізнілої нитки РНК-затравки руйнуються, а фрагменти ДНК з`єднуються в одну. Так на цьому ланцюзі відбувається одночасно:
- утворення нових РНК-запалів;
- синтез фрагментів Окадзакі;
- руйнування РНК-запалів;
- возз`єднання в одну єдину ланцюг.
Терминация
Процес триває до тих пір, поки дві реплікативні вилки не зустрінуться, або одна з них не підійде до кінця молекули. Після зустрічі вилок дочірні нитки ДНК з`єднуються ферментом. У разі ж, якщо вилка відійшла до кінця молекули, редуплікація ДНК закінчується за допомогою спеціальних ферментів.
корекція
В даному процесі важлива роль відводиться контролю (або корекції) редуплікаціі. До місця синтезу чинять усі чотири види нуклеотидів, а шляхом пробного спаровування ДНК-полімераза відбирає ті, які необхідні.
Потрібний нуклеотид повинен бути здатний сформувати стільки ж зв`язків водню, скільки аналогічний нуклеотид на матричної нитки ДНК. Крім того, між сахарофосфатнимі остовами має бути певна постійне відстань, відповідне трьом кільцям в двох підставах. Якщо нуклеотид не відповідає цим вимогам, з`єднання відбуватися не буде.
Контроль проводиться перед включенням його до складу ланцюга і перед включенням подальшого нуклеотиду. Після цього формується зв`язок в остові сахарофосфата.
мутационная мінливість
Механізм редуплікації ДНК, незважаючи на високий відсоток точності, завжди має порушення в нитках, які назвалися в основному «генними мутаціями». Приблизно на тисячу нуклеотидних пар доводиться одна помилка, яка називається конваріантной редуплікаціі.
Вона трапляється з різних причин. Наприклад, при високій або надто низькій концентрації нуклеотидів, дезамінування цитозину, присутності мутагенів в області синтезу, і інше. У деяких випадках помилки можуть виправитися репараційними процесами, в інших виправлення стає неможливим.
Якщо пошкодження торкнулося неактивного місця, помилка не матиме тяжких наслідків, коли відбувається процес редуплікації ДНК. Послідовність нуклеотиду того чи іншого гена може виявитися з помилкою спарювання. Тоді інша справа, і негативним результатом може стати як загибель цієї клітини, так і загибель всього організму. Слід також враховувати, що генні мутації засновані на мутаційної мінливості, яка робить генофонд пластичнее.
метилирование
У момент синтезу або відразу після нього відбувається метилування ланцюгів. Вважається, що у людини цей процес потрібен для того, щоб сформувати хромосоми і регулювати транскрипцію генів. В бактеріях даний процес служить захистом ДНК від розрізання його ферментами.
