Nukleinske kiseline igraju važnu ulogu u osiguravanju vitalne aktivnosti ćelija živih organizama. Važan predstavnik ove grupe organskih jedinjenja je DNK, koja nosi sve genetske informacije i odgovorna je za ispoljavanje potrebnih osobina.
Šta je replikacija?
U procesu diobe ćelije potrebno je povećati količinu nukleinskih kiselina u jezgru kako ne bi došlo do gubitka genetske informacije u procesu. U biologiji, replikacija je umnožavanje DNK kroz sintezu novih lanaca.
Glavna svrha ovog procesa je prenošenje genetskih informacija u ćelije kćeri nepromijenjene bez ikakvih mutacija.
Enzimi i proteini replikacije
Duplikacija molekula DNK može se uporediti sa bilo kojim metaboličkim procesom u ćeliji, koji zahtijeva odgovarajuće proteine. Pošto je replikacija važna komponenta ćelijske diobe u biologiji, stoga su ovdje uključeni mnogi pomoćni peptidi.
DNK polimeraza je najvažniji enzim za reduplikaciju koji je odgovoranza sintezu lanca kćeri deoksiribonukleinske kiseline. U citoplazmi ćelije, u procesu replikacije, obavezno je prisustvo nukleinskih trifosfata, koji donose sve nukleinske baze
Ove baze su monomeri nukleinskih kiselina, tako da je cijeli lanac molekula izgrađen od njih. DNK polimeraza je odgovorna za proces sklapanja ispravnim redoslijedom, inače su sve vrste mutacija neizbježne.
- Primase je protein koji je odgovoran za formiranje prajmera na lancu DNK šablona. Ovaj prajmer se još naziva i prajmer, ima strukturu RNK. Za enzim DNK polimerazu važno je prisustvo početnih monomera iz kojih je moguća dalja sinteza cijelog polinukleotidnog lanca. Ovu funkciju obavlja prajmer i njegov odgovarajući enzim.
- Helikaza (helikaza) formira viljušku za replikaciju, koja predstavlja divergenciju matričnih lanaca razbijanjem vodoničnih veza. Ovo olakšava polimerazama da pristupe molekuli i započnu sintezu.
- Topoizomeraza. Ako zamislite molekul DNK kao upleteno uže, dok se polimeraza kreće duž lanca, formirat će se pozitivan napon zbog jakog uvijanja. Ovaj problem rješava topoizomeraza, enzim koji na kratko razbija lanac i otvara cijeli molekul. Nakon toga, oštećeno područje se ponovo sašije, a DNK nije pod stresom.
- Ssb proteini se vezuju poput klastera za lance DNK na replikacijskoj vilici kako bi spriječili ponovno formiranje vodoničnih veza prije kraja procesa reduplikacije.
- Liga. Funkcija enzimasastoji se od spajanja fragmenata Okazakija na zaostali lanac DNK molekula. Ovo se dešava izrezivanjem prajmera i umetanjem nativnih monomera deoksiribonukleinske kiseline na njihovo mesto.
U biologiji, replikacija je složen proces u više koraka koji je izuzetno važan u diobi ćelija. Stoga je za efikasnu i ispravnu sintezu neophodna upotreba raznih proteina i enzima.
Mehanizam reduplikacije
Postoje 3 teorije koje objašnjavaju proces duplikacije DNK:
- Konzervativna navodi da jedna kćerka molekula nukleinske kiseline ima matričnu prirodu, a druga je potpuno sintetizirana od nule.
- Polukonzervativan koji su predložili Watson i Crick i potvrđen 1957. u eksperimentima na E. Coli. Ova teorija kaže da oba kćerka DNK molekula imaju jedan stari lanac i jedan novosintetiziran.
- Mehanizam disperzije je zasnovan na teoriji da kćerki molekuli imaju naizmjenične dijelove duž cijele dužine, koji se sastoje od starih i novih monomera.
Sada naučno dokazan polukonzervativni model. Šta je replikacija na molekularnom nivou? Na početku, helikaza prekida vodonične veze molekule DNK, otvarajući tako oba lanca za enzim polimerazu. Potonji, nakon formiranja sjemena, započinju sintezu novih lanaca u smjeru 5'-3'.
Svojstvo antiparalelnosti DNK je glavni razlog za formiranje vodećih i zaostalih niti. Na vodećem lancu DNK polimeraza se kreće kontinuirano, dok se na zaostatkuformira Okazaki fragmente, koji će u budućnosti biti spojeni ligazom.
Karakteristike replikacije
Koliko je DNK molekula u jezgru nakon replikacije? Sam proces podrazumijeva udvostručavanje genetskog skupa ćelije, dakle, tokom sintetičkog perioda mitoze, diploidni set ima duplo više DNK molekula. Takav unos se obično označava kao 2n 4c.
Pored biološkog značenja replikacije, naučnici su pronašli primenu procesa u različitim oblastima medicine i nauke. Ako je u biologiji replikacija umnožavanje DNK, onda se u laboratoriji reprodukcija molekula nukleinske kiseline koristi za stvaranje nekoliko hiljada kopija.
Ova metoda se zove polimerazna lančana reakcija (PCR). Mehanizam ovog procesa je sličan replikaciji in vivo, stoga se za njegov tok koriste slični enzimi i puferski sistemi.
Zaključci
Replikacija je od velike biološke važnosti za žive organizme. Prijenos genetskih informacija tokom diobe ćelije nije potpun bez dupliciranja molekula DNK, tako da je koordiniran rad enzima važan u svim fazama.
