System replikacji DNA

Kiedy dzieli się komórka, cząsteczka DNA w komórce także musi się podzielić i odtworzyć. System replikacji DNA u ludzi i innych organizmów żywych jest kolejnym systemem, który trudno wyjaśnić na drodze procesów ewolucyjnych. DNA jest kwasem nukleinowym. Składa się z nukleotydów. Każdy nukleotyd składa sie z dwóch części.

Pierwszym jest pierścień węglowodanowy (dezyksoryboza), drugim zaś podstawa dołączona o pierścienia węglowodanowego. Są cztery podstawy: adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Jedna podstawa przywiązuje się do każdego pierścienia węglowodanowego. Pierścienie węglowodanowe łączą się z sobą w łańcuch. Na jednym końcu łańcucha znajduje się grupa hydroksylowa 5’OH. Na drugim końcu łańcucha DNA znajduje się grupa hydroksylowa 3’OH.

Sekwencję par podstaw w łańcuchu DNA czyta się od końca grupy 5 do końca grupy 3. W komórkach dwa łańcuchy DNA są ze sobą skręcone w spiralę. Podstawy w nukleotydach każdego łańcucha łączą się ze sobą. A zawsze wiąże się z T, a G zawsze wiąże się z C. W ten sposób oba łańcuchy są komplementarne. Jeden z nich może odtworzyć drugi. Jeżeli znamy podstawową sekwencję jednego łańcucha DNA , znamy też podstawową sekwencję drugiego łańcucha spirali.

Np. jeżeli częścią sekwencji w jednym łańcuchu jest TTGAC, to wiemy, że ta sama część drugiego łańcucha musi mieć podstawy AACTG. Zatem każdy z dwóch łańcuchów może służyć do odtworzenia drugiego. Rezultatem końcowym będą dwa nowe łańcuchy podwójne DNA, pasujące do podwójnego łańcucha macierzystego. Stąd jeśli komórka dzieli się na dwie komórki, każda z nich posiada pasujący podwójny łańcuch DNA. Aby DNA mógł sie odtworzyć, oba skręcone łańcuchy muszą zostać rozdzielone. Lecz do dwóch komplementarnych łańcuchów DNA w komórce dołącza wiązanie chemiczne. Replikacja zachodzi w punktach na łańcuchu DNA, zwanych „początkami replikacji”. Białko przywiązuje się do DNA w jednym z tych punktów i odciąga od siebie łańcuchy. Wówczas przesuwa się tam inne białko, zwane helikazą, które korzystając z wolnej przestrzeni, zaczyna pchać łańcuch w dół (niczym pług śnieżny). Lecz kiedy dwa łańcuchy DNA zostaną od siebie odepchnięte, chcą się na nowo połączyć, a jeśli się to nie uda, każdy pojedynczy łańcuch może zaplątać się między swoimi różnymi częściami jako wiązanie wodorowe.

W celu rozwiązania tego problemu mamy SBB, jednołańcuchowe białko wiążące, które pokrywa pojedynczy łańcuch, zapobiegając jego zaplątaniu lub ponownemu połączeniu się z drugim łańcuchem DNA. Jest jednak jeszcze jeden problem. Wraz z posuwaniem się naprzód helikazy, oddzielającej od siebie dwa skręcone łańcuchy DNA, oba łańcuchy znajdujące się przed helikazą zasupłują się w węzeł. Aby go usunąć, enzym zwany gyrazą przecina, rozplątuje i łączy ze sobą łańcuchy DNA.

Właściwe odtwarzanie łańcucha DNA wykonuje zasadniczo enzym polimeraza, który przywiązuje się do niego. Polimeraza jest przywiązana do pierwotnych łańcuchów DNA pierścieniem „białek zaciskowych”. Istnieje złożony system białek, który załadowuje pierścień na łańcuch DNA. Specjalny rodzaj RNA rozpoczyna proces replikacji, łącząc kilka nukleotydów w krótki łańcuch DNA. Polimeraza kontynuuje następnie dodawanie komplementarnych podstaw nukleotydowych do 3’OH końca nowego łańcucha. Jeżeli np. na oryginalnym łańcuchu DNA istnieje podstawa G, polimeraza dodaje do nowego łańcucha komplementarną podstawę C.

Dodawanie podstaw nukleotydowych odbywa się na „widełkach replikacyjnych” , czyli w miejscu, gdzie odpychane są od siebie dwa oryginalne łańcuchy DNA. Kiedy widełki replikacyjne przesuwają się wzdłuż jednego łańcucha od końca 5’ do końca 3’, polimeraza nieustannie odtwarza ten łańcuch, zwany łańcuchem wiodącym. DNA może być odtwarzany tylko w kierunku końca 3’. Lecz dwa łańcuchy DNA tworzące podwójną spiralę DNA zwrócone są w kierunkach przeciwnych. Jak zatem odtwarzany jest ten drugi łańcuch? Podczas gdy enzym polimeraza odtwarza łańcuch wiodący w wyżej opisany sposób, posuwając się zawsze w kierunku końca 3’ łańcucha wiodącego, odtwarza jednocześnie w sposób nieciągły drugi, czyli opóźniający się łańcuch.

Proces ten zaczyna się od krótkiego segmentu RNA , który służy jako zapłon. Następnie kilka nukleotydów zostaje dodanych do tego fragmentu RNA , posuwając się do tyłu w kierunku końca 3’ łańcucha opóźniającego się. Po dodaniu tych kilku nukleotydów machina replikacyjna zwalnia zacisk, posuwa się naprzód, po czym zaciska się w nowym punkcie widełek replikacyjnych, posuwając sie nieustannie w kierunku końca 3’ łańcucha wiodącego i jednocześnie odsuwających się od końca 3’ łańcucha opóźniającego się. Polimeraza kontynuuje odtwarzanie łańcucha wiodącego, dodając więcej podstaw do nowego łańcucha komplementarnego, biegnącego naprzód, a jednocześnie kontynuuje odtwarzanie łańcucha opóźniającego się, dodając do nowego łańcucha komplementarnego kolejny zestaw podstaw, biegnących do tyłu.

Do nowego odcinka łańcucha opóźniającego się polimeraza dodaje kolejny fragment zapłonu RNA oraz kilka nowych nukleotydów, biegnących do tyłu, dopóki nie dotkną poprzedniego zestawu zapłonu RNA i nukleotydów. Każdy zestaw nukleotydów odtworzonych na nowym odcinku łańcucha opóźniającego się nazywamy fragmentem Okazaki. Specjalny enzym usuwa zapłon RNA między nowym fragmentem Okazaki a odcinkiem poprzednim, aby mogły tworzyć się ze sobą. Następnie dwa fragmenty Okazaki muszą zostać połączone przez enzym zwany ligazą DNA. Wówczas machina replikacyjna zwalnia zacisk, posuwa się naprzód, po czym zaciska w nowym punkcie.

Proces ten trwa dopóty, dopóki zarówno łańcuch wiodący, jak i opóźniający nie zostaną całkowicie odtworzone. Istnieje zatem dobrze rozwinięty system korekty, naprawiający ewentualne błędy w procesie odtwarzania.

Oce artyku:

Aktualna ocena:5

Wybierz tematyk artykuw