Molekul DNK je struktura koja se nalazi na hromozomu. Jedan hromozom sadrži jedan takav molekul koji se sastoji od dva lanca. Reduplikacija DNK je prijenos informacija nakon samoreprodukcije niti s jednog molekula na drugi. On je svojstven i DNK i RNK. Ovaj članak govori o procesu reduplikacije DNK.
Opće informacije i vrste sinteze DNK
Poznato je da su niti u molekulu uvrnute. Međutim, kada započne proces reduplikacije DNK, oni se despiralizuju, zatim se pomiču u stranu i na svakoj se sintetizira nova kopija. Po završetku, pojavljuju se dva apsolutno identična molekula, od kojih svaki sadrži majčinu i kćer nit. Ova sinteza se naziva polukonzervativna. Molekuli DNK se udaljavaju, ostajući u jednoj centromeri, i konačno divergiraju tek kada se ova centromera počne dijeliti.
Drugi tip sinteze naziva se reparativna. On, za razliku od prethodnog,povezan sa bilo kojom ćelijskom fazom, ali počinje kada dođe do oštećenja DNK. Ako su previše opsežni, tada ćelija na kraju umire. Međutim, ako je oštećenje lokalizirano, onda se može popraviti. Ovisno o problemu, jedan ili dva lanca DNK podliježu restauraciji. Ova, kako se još naziva, neplanirana sinteza ne traje dugo i ne zahtijeva velike troškove energije.
Ali kada dođe do reduplikacije DNK, troši se mnogo energije, materijala, njegovo trajanje se proteže satima.
Reduplikacija je podijeljena na tri perioda:
- inicijacija;
- elongacija;
- prekid.
Hajde da pobliže pogledamo ovu sekvencu reduplikacije DNK.
Inicijacija
U ljudskoj DNK postoji nekoliko desetina miliona parova baza (u životinja ih ima samo sto devet). Reduplikacija DNK počinje na mnogim mjestima u lancu iz sljedećih razloga. Otprilike u isto vreme dolazi do transkripcije u RNK, ali je suspendovana na nekim odvojenim mestima tokom sinteze DNK. Stoga se prije takvog procesa u citoplazmi ćelije nakuplja dovoljna količina supstance kako bi se održala ekspresija gena i kako se vitalna aktivnost ćelije ne bi poremetila. S obzirom na to, proces treba obaviti što je brže moguće. Emitovanje u ovom periodu se vrši, a transkripcija se ne vrši. Istraživanja su pokazala da se reduplikacija DNK događa odjednom u nekoliko hiljada tačaka - malih područja sa određenimsekvence nukleotida. Pridružuju im se specijalni proteini inicijatori, kojima se pridružuju drugi enzimi DNK replikacije.
Fragment DNK u kojem se odvija sinteza naziva se replikon. Počinje od početne tačke i završava se kada enzim završi replikaciju. Replikon je autonoman, i takođe snabdeva ceo proces sa sopstvenom podrškom.
Proces možda neće početi sa svih tačaka odjednom, negde počinje ranije, negde kasnije; može teći u jednom ili dva suprotna smjera. Događaji se javljaju sljedećim redoslijedom kada su generirani:
- replikacijska viljuška;
- RNA primer.
Replikacijska viljuška
Ovaj dio je proces kojim se deoksiribonukleinski lanci sintetiziraju na odvojenim lancima DNK. Vilice formiraju takozvano oko za reduplikaciju. Procesu prethodi niz radnji:
- oslobađanje od vezivanja za histone u nukleosomu - enzimi za reduplikaciju DNK kao što su metilacija, acetilacija i fosforilacija proizvode hemijske reakcije koje uzrokuju da proteini gube pozitivan naboj, što olakšava njihovo oslobađanje;
- despiralizacija je odmotavanje koje je neophodno za dalje oslobađanje niti;
- razbijanje vodikovih veza između lanaca DNK;
- njihova divergencija u različitim smjerovima molekula;
- fiksacija SSB proteinima.
RNA primer
Sinteza se izvodienzim koji se zove DNK polimeraza. Međutim, on to ne može sam pokrenuti, pa to rade drugi enzimi - RNA polimeraze, koje se nazivaju i RNA prajmeri. Sintetiziraju se paralelno sa deoksiribonukleinskim lancima prema komplementarnom principu. Dakle, inicijacija se završava sintezom dva RNA prajmera na dva lanca DNK koji su prekinuti i odvojeni u različitim smjerovima.
Elongacija
Ovaj period počinje dodatkom nukleotida i 3' kraja RNA prajmera, što se izvodi pomoću već pomenute DNK polimeraze. Za prvi ona vezuje drugi, treći nukleotid, itd. Baze novog lanca su povezane sa matičnim lancem vodoničnim vezama. Vjeruje se da se sinteza filamenta odvija u smjeru 5'-3'.
Tamo gdje se odvija prema replikacijskoj vilici, sinteza se nastavlja kontinuirano i produžava se kako to čini. Stoga se takva nit naziva vodeća ili vodeći. RNA prajmeri se više ne formiraju na njemu.
Međutim, na suprotnom majčinom lancu, nukleotidi DNK nastavljaju da se vežu za RNA prajmer, a dezoksiribonukleički lanac se sintetiše u suprotnom smeru od viljuške reduplikacije. U ovom slučaju, to se zove zaostajanje ili zaostajanje.
Na zaostalom lancu, sinteza se odvija fragmentarno, pri čemu, na kraju jednog dijela, sinteza počinje na drugom mjestu u blizini koristeći isti RNA prajmer. Dakle, postoje dva fragmenta na zaostalom lancu koji su povezani DNK i RNK. Zovu se Okazaki fragmenti.
Onda se sve ponavlja. Zatim se drugi zavoj spirale odmotava, vodikove veze pucaju, niti se razilaze na strane, vodeći lanac se produžava, sljedeći fragment RNA prajmera se sintetizira na zaostalom, nakon čega se Okazakijev fragment. Nakon toga, na lancu koji zaostaje, RNA prajmeri se uništavaju, a fragmenti DNK se spajaju u jedan. Dakle, na ovom krugu se dešava istovremeno:
- formiranje novih RNA prajmera;
- sinteza fragmenata Okazaki;
- uništavanje RNA prajmera;
- ponovo ujedinjenje u jedan lanac.
Raskid
Proces se nastavlja sve dok se dvije viljuške replikacije ne sretnu, ili dok jedna od njih ne dođe do kraja molekula. Nakon što se viljuške sretnu, kćerki lanci DNK su povezani enzimom. U slučaju da se viljuška pomakne do kraja molekule, reduplikacija DNK se završava uz pomoć posebnih enzima.
Ispravka
U ovom procesu, važna uloga je data kontroli (ili korekciji) reduplikacije. Sva četiri tipa nukleotida dovode se do mesta sinteze, a probnim uparivanjem, DNK polimeraza bira one koji su potrebni.
Željeni nukleotid mora biti u stanju da formira onoliko vodoničnih veza kao isti nukleotid na lancu DNK šablona. Osim toga, mora postojati određena konstantna udaljenost između šećerno-fosfatnih okosnica, što odgovara tri prstena u dvije baze. Ako nukleotid ne ispunjava ove zahtjeve, do povezivanja neće doći.
Kontrola se vrši prije njegovog uključivanja u lanac i prijeuključivanje sljedećeg nukleotida. Nakon toga se formira veza u okosnici šećernog fosfata.
Mutacijske varijacije
Mehanizam replikacije DNK, uprkos visokom procentu tačnosti, uvijek ima smetnje u nitima, koje se uglavnom nazivaju "genske mutacije". Otprilike hiljadu parova baza ima jednu grešku, koja se zove konvarijantna reduplikacija.
To se dešava iz raznih razloga. Na primjer, pri visokoj ili preniskoj koncentraciji nukleotida, deaminacija citozina, prisutnost mutagena u području sinteze i drugo. U nekim slučajevima, greške se mogu ispraviti procesima reparacije, u drugim, ispravljanje postaje nemoguće.
Ako je oštećenje dotaklo neaktivno mjesto, greška neće imati ozbiljne posljedice kada dođe do procesa reduplikacije DNK. Nukleotidna sekvenca određenog gena može se pojaviti s nepodudarnošću. Tada je situacija drugačija, i smrt ove ćelije i smrt cijelog organizma može postati negativan rezultat. Takođe treba uzeti u obzir da su mutacije gena zasnovane na mutacijskoj varijabilnosti, što genetski fond čini plastičnijim.
Metilacija
U vrijeme sinteze ili neposredno nakon nje dolazi do metilacije lanca. Smatra se da je kod ljudi ovaj proces neophodan kako bi se formirali hromozomi i regulisala transkripcija gena. U bakterijama, ovaj proces služi za zaštitu DNK od rezanja enzimima.
