Zmutowana komórka

System replikacji DNA

Kiedy dzieli si? komórka, cz?steczka DNA w komórce tak?e musi si? podzieli? i odtworzy?. System replikacji DNA u ludzi i innych organizmów ?ywych jest kolejnym systemem, który trudno wyja?ni? na drodze procesów ewolucyjnych. DNA jest kwasem nukleinowym. Sk?ada si? z nukleotydów. Ka?dy nukleotyd sk?ada sie z dwóch cz??ci.

Pierwszym jest pier?cie? w?glowodanowy (dezyksoryboza), drugim za? podstawa do??czona o pier?cienia w?glowodanowego. S? cztery podstawy: adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Jedna podstawa przywi?zuje si? do ka?dego pier?cienia w?glowodanowego. Pier?cienie w?glowodanowe ??cz? si? z sob? w ?a?cuch. Na jednym ko?cu ?a?cucha znajduje si? grupa hydroksylowa 5’OH. Na drugim ko?cu ?a?cucha DNA znajduje si? grupa hydroksylowa 3’OH.

Sekwencj? par podstaw w ?a?cuchu DNA czyta si? od ko?ca grupy 5 do ko?ca grupy 3. W komórkach dwa ?a?cuchy DNA s? ze sob? skr?cone w spiral?. Podstawy w nukleotydach ka?dego ?a?cucha ??cz? si? ze sob?. A zawsze wi??e si? z T, a G zawsze wi??e si? z C. W ten sposób oba ?a?cuchy s? komplementarne. Jeden z nich mo?e odtworzy? drugi. Je?eli znamy podstawow? sekwencj? jednego ?a?cucha DNA , znamy te? podstawow? sekwencj? drugiego ?a?cucha spirali.

Np. je?eli cz??ci? sekwencji w jednym ?a?cuchu jest TTGAC, to wiemy, ?e ta sama cz??? drugiego ?a?cucha musi mie? podstawy AACTG. Zatem ka?dy z dwóch ?a?cuchów mo?e s?u?y? do odtworzenia drugiego. Rezultatem ko?cowym b?d? dwa nowe ?a?cuchy podwójne DNA, pasuj?ce do podwójnego ?a?cucha macierzystego. St?d je?li komórka dzieli si? na dwie komórki, ka?da z nich posiada pasuj?cy podwójny ?a?cuch DNA. Aby DNA móg? sie odtworzy?, oba skr?cone ?a?cuchy musz? zosta? rozdzielone. Lecz do dwóch komplementarnych ?a?cuchów DNA w komórce do??cza wi?zanie chemiczne. Replikacja zachodzi w punktach na ?a?cuchu DNA, zwanych „pocz?tkami replikacji”. Bia?ko przywi?zuje si? do DNA w jednym z tych punktów i odci?ga od siebie ?a?cuchy. Wówczas przesuwa si? tam inne bia?ko, zwane helikaz?, które korzystaj?c z wolnej przestrzeni, zaczyna pcha? ?a?cuch w dó? (niczym p?ug ?nie?ny). Lecz kiedy dwa ?a?cuchy DNA zostan? od siebie odepchni?te, chc? si? na nowo po??czy?, a je?li si? to nie uda, ka?dy pojedynczy ?a?cuch mo?e zapl?ta? si? mi?dzy swoimi ró?nymi cz??ciami jako wi?zanie wodorowe.

W celu rozwi?zania tego problemu mamy SBB, jedno?a?cuchowe bia?ko wi???ce, które pokrywa pojedynczy ?a?cuch, zapobiegaj?c jego zapl?taniu lub ponownemu po??czeniu si? z drugim ?a?cuchem DNA. Jest jednak jeszcze jeden problem. Wraz z posuwaniem si? naprzód helikazy, oddzielaj?cej od siebie dwa skr?cone ?a?cuchy DNA, oba ?a?cuchy znajduj?ce si? przed helikaz? zasup?uj? si? w w?ze?. Aby go usun??, enzym zwany gyraz? przecina, rozpl?tuje i ??czy ze sob? ?a?cuchy DNA.

W?a?ciwe odtwarzanie ?a?cucha DNA wykonuje zasadniczo enzym polimeraza, który przywi?zuje si? do niego. Polimeraza jest przywi?zana do pierwotnych ?a?cuchów DNA pier?cieniem „bia?ek zaciskowych”. Istnieje z?o?ony system bia?ek, który za?adowuje pier?cie? na ?a?cuch DNA. Specjalny rodzaj RNA rozpoczyna proces replikacji, ??cz?c kilka nukleotydów w krótki ?a?cuch DNA. Polimeraza kontynuuje nast?pnie dodawanie komplementarnych podstaw nukleotydowych do 3’OH ko?ca nowego ?a?cucha. Je?eli np. na oryginalnym ?a?cuchu DNA istnieje podstawa G, polimeraza dodaje do nowego ?a?cucha komplementarn? podstaw? C.

Dodawanie podstaw nukleotydowych odbywa si? na „wide?kach replikacyjnych” , czyli w miejscu, gdzie odpychane s? od siebie dwa oryginalne ?a?cuchy DNA. Kiedy wide?ki replikacyjne przesuwaj? si? wzd?u? jednego ?a?cucha od ko?ca 5’ do ko?ca 3’, polimeraza nieustannie odtwarza ten ?a?cuch, zwany ?a?cuchem wiod?cym. DNA mo?e by? odtwarzany tylko w kierunku ko?ca 3’. Lecz dwa ?a?cuchy DNA tworz?ce podwójn? spiral? DNA zwrócone s? w kierunkach przeciwnych. Jak zatem odtwarzany jest ten drugi ?a?cuch? Podczas gdy enzym polimeraza odtwarza ?a?cuch wiod?cy w wy?ej opisany sposób, posuwaj?c si? zawsze w kierunku ko?ca 3’ ?a?cucha wiod?cego, odtwarza jednocze?nie w sposób nieci?g?y drugi, czyli opó?niaj?cy si? ?a?cuch.

Proces ten zaczyna si? od krótkiego segmentu RNA , który s?u?y jako zap?on. Nast?pnie kilka nukleotydów zostaje dodanych do tego fragmentu RNA , posuwaj?c si? do ty?u w kierunku ko?ca 3’ ?a?cucha opó?niaj?cego si?. Po dodaniu tych kilku nukleotydów machina replikacyjna zwalnia zacisk, posuwa si? naprzód, po czym zaciska si? w nowym punkcie wide?ek replikacyjnych, posuwaj?c sie nieustannie w kierunku ko?ca 3’ ?a?cucha wiod?cego i jednocze?nie odsuwaj?cych si? od ko?ca 3’ ?a?cucha opó?niaj?cego si?. Polimeraza kontynuuje odtwarzanie ?a?cucha wiod?cego, dodaj?c wi?cej podstaw do nowego ?a?cucha komplementarnego, biegn?cego naprzód, a jednocze?nie kontynuuje odtwarzanie ?a?cucha opó?niaj?cego si?, dodaj?c do nowego ?a?cucha komplementarnego kolejny zestaw podstaw, biegn?cych do ty?u.

Do nowego odcinka ?a?cucha opó?niaj?cego si? polimeraza dodaje kolejny fragment zap?onu RNA oraz kilka nowych nukleotydów, biegn?cych do ty?u, dopóki nie dotkn? poprzedniego zestawu zap?onu RNA i nukleotydów. Ka?dy zestaw nukleotydów odtworzonych na nowym odcinku ?a?cucha opó?niaj?cego si? nazywamy fragmentem Okazaki. Specjalny enzym usuwa zap?on RNA mi?dzy nowym fragmentem Okazaki a odcinkiem poprzednim, aby mog?y tworzy? si? ze sob?. Nast?pnie dwa fragmenty Okazaki musz? zosta? po??czone przez enzym zwany ligaz? DNA. Wówczas machina replikacyjna zwalnia zacisk, posuwa si? naprzód, po czym zaciska w nowym punkcie.

Proces ten trwa dopóty, dopóki zarówno ?a?cuch wiod?cy, jak i opó?niaj?cy nie zostan? ca?kowicie odtworzone. Istnieje zatem dobrze rozwini?ty system korekty, naprawiaj?cy ewentualne b??dy w procesie odtwarzania. 

Apoptoza

A co si? dzieje, je?li uszkodzenie powsta?e w czasie cyklu s? tak powa?ne, ?e systemy naprawcze komórek nie s? w stanie ich usun??? Komórka zostaje wówczas skierowana na ?cie?k? programowanej ?mierci (apoptozy), czyli -obrazowo mówi?c - pope?nia samobójstwo.

Proces apoptozy mo?na podzieli? na dwa etapy. W pierwszym etapie komórka musi podj?? decyzj? o pope?nieniu samobójstwa, w czym pomagaj? jej informacje otrzymywane zarówno z innych komórek, jak i z w?asnego wn?trza. Sygna?y wewn?trzne dotycz? przebiegu procesów metabolizmu i procesów zwi?zanych z podzia?ami. Informacje ?rodowiskowe to m.in. hormony docieraj?ce do komórki wraz z krwi? lub od s?siednich komórek. W drugim etapie apoptozy uaktywniaj? si? „geny ?mierci", których produkty bia?kowe bior? udzia? w autodestrukcji komórki. Jednym z nich jest gen zwany BCL2, który wspó?pracuje z genem MYC. Poziom produktu bia?kowego genu MYC decyduje, czy komórka zostanie skierowana na drog? ?mierci czy podzia?u. Natomiast o tym, która z tych dróg zostanie wybrana, decyduj? inne sygna?y docieraj?ce do komórki. Je?li przewa?aj? sygna?y prze?ycia - komórka zaczyna si? dzieli?. Je?li zwyci??? sygna?y ?mierci - komórka pope?nia samobójstwo. Naukowcy przypuszczaj?, ?e to w?a?nie produkt genu BLC2 jest jednym z najwa?niejszych sygna?ów prze?ycia, gdy? jego wysoka aktywno?? sprzyja prze?yciu komórki, a os?abienie jest równoznaczne ze skierowaniem komórki na drog? apoptozy.

Wykazanie roli onkogenów w programowanej ?mierci komórki nasun??o pytanie o udzia? genów supresorowych w transformacji nowotworowej. Okaza?o si?, ?e produkt genu supresorowego TP53, którego uszkodzenia spotyka si? blisko w 50% przypadków nowotworów, nie tylko bierze udzia? w regulacji cyklu komórkowego, ale bezpo?rednio uczestniczy w aktywacji genów uruchamiaj?cych apoptoz?.

Tajemnica nie?miertelno?ci

W ka?dej komórce cia?a cz?owieka, maj?cej ?rednic? mierzon? w tysi?cznych cz??ciach milimetra, znajduje si? oko?o dwóch metrów DNA. Jak to mo?liwe? DNA jest nawini?te na bia?ka jak ni? na szpulk?, tworz?c ostatecznie pa?eczkowate struktury, zwane chromosomami. Na ko?cach ka?dego z chromosomów znajduj? si? tzw. telomery, czyli powtarzaj?ce si? sekwencje DNA, nie koduj?ce ?adnego bia?ka. Chroni? one chromosomy przed rozpadem i zapobiegaj? ich ??czeniu si? miedzy sob?. Telomery przy ka?dym podziale komórki ulegaj? skróceniu. Jest to rodzaj „zegara biologicznego" komórki. Gdy po kolejnym z rz?du podziale telomery osi?gn? krytycznie ma?? d?ugo??, komórka umiera ze staro?ci, wchodz?c na szlak apoptozy.

W niektórych zdrowych komórkach, np. komórkach macierzystych, komórkach linii p?ciowej oraz w niektórych limfocytach, istnieje enzym zwany telomeraza, maj?cy zdolno?? odbudowy telomerów po ka?dym podziale. W ten sposób komórki te mog? dzieli? si? nieograniczon? liczb? razy. W przypadku tych komórek jest to zjawisko prawid?owe. Problem pojawia si? wówczas, gdy telomeraza uaktywnia si? w komórkach „nieuprawnionych" do jej posiadania. To w?a?nie ten mechanizm (poza utrat? mo?liwo?ci wej?cia w apoptoz?) jest jednym z gwarantów nie?miertelno?ci (a ?ci?lej: nie starzenia si?) komórek nowotworu.

Oceń artykuł:

Aktualna ocena:0

Wybierz tematykę artykułów