Nukleino rūgštys atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant gyvybinę gyvų organizmų ląstelių veiklą. Svarbus šios organinių junginių grupės atstovas yra DNR, kuri neša visą genetinę informaciją ir yra atsakinga už būtinų savybių pasireiškimą.
Kas yra replikacija?
Ląstelių dalijimosi procese būtina padidinti nukleorūgščių kiekį branduolyje, kad proceso metu nebūtų prarasta genetinė informacija. Biologijoje replikacija yra DNR dubliavimasis sintezuojant naujas grandines.
Pagrindinis šio proceso tikslas – perduoti genetinę informaciją į dukterines ląsteles nepakitusią be jokių mutacijų.
Replikacijos fermentai ir b altymai
DNR molekulės dubliavimąsi galima palyginti su bet kokiu medžiagų apykaitos procesu ląstelėje, kuriam reikalingi atitinkami b altymai. Kadangi replikacija yra svarbus ląstelių dalijimosi biologijoje komponentas, čia dalyvauja daug pagalbinių peptidų.
DNR polimerazė yra svarbiausias dauginimosi fermentasdezoksiribonukleino rūgšties dukterinės grandinės sintezei. Ląstelės citoplazmoje replikacijos procese privaloma turėti nukleorinių trifosfatų, kurie atneša visas nukleino bazes
Šios bazės yra nukleorūgščių monomerai, todėl visa molekulės grandinė yra sudaryta iš jų. DNR polimerazė atsakinga už surinkimo procesą teisinga tvarka, kitaip neišvengiama visų rūšių mutacijų.
- Primasė yra b altymas, atsakingas už pradmenų susidarymą DNR šablono grandinėje. Šis pradmuo dar vadinamas pradmeniu, jis turi RNR struktūrą. DNR polimerazės fermentui svarbus pradinių monomerų buvimas, iš kurių galima tolesnė visos polinukleotidinės grandinės sintezė. Šią funkciją atlieka pradmuo ir atitinkamas fermentas.
- Helikazė (helikazė) sudaro replikacijos šakutę, kuri yra matricos grandinių nukrypimas, nutraukiant vandenilio ryšius. Taip polimerazėms lengviau priartėti prie molekulės ir pradėti sintezę.
- Topoizomerazė. Jei įsivaizduojate DNR molekulę kaip susuktą virvę, polimerazei judant išilgai grandinės, dėl stipraus sukimo susidarys teigiama įtampa. Šią problemą išsprendžia topoizomerazė – fermentas, kuris trumpam nutraukia grandinę ir išskleidžia visą molekulę. Po to pažeista vieta vėl susiuvama, o DNR neapkraunama.
- Ssb b altymai kaip klasteriai prisitvirtina prie DNR grandžių replikacijos šakutėje, kad išvengtų vandenilio ryšių susidarymo dar nepasibaigus reduplikacijos procesui.
- Lygos. Fermentų funkcijasusideda iš Okazaki fragmentų susiuvimo ant atsiliekančios DNR molekulės grandinės. Tai nutinka išpjaunant pradmenis ir į jų vietą įterpiant natūralius dezoksiribonukleino rūgšties monomerus.
Biologijoje replikacija yra sudėtingas kelių etapų procesas, itin svarbus ląstelių dalijimuisi. Todėl efektyviai ir teisingai sintezei būtina naudoti įvairius b altymus ir fermentus.
Dubliavimo mechanizmas
Yra 3 teorijos, paaiškinančios DNR dubliavimosi procesą:
- Konservatyvus teigia, kad viena dukterinė nukleorūgšties molekulė yra matricinė, o antroji yra visiškai susintetinta nuo nulio.
- Pusiau konservatyvus, kurį pasiūlė Watson ir Crick ir patvirtino 1957 m. atliekant eksperimentus su E. Coli. Ši teorija teigia, kad abi dukterinės DNR molekulės turi vieną seną grandinę ir vieną naujai susintetintą.
- Sklaidos mechanizmas pagrįstas teorija, kad dukterinės molekulės turi kintamus skyrius per visą jų ilgį, sudarytą ir iš senų, ir iš naujų monomerų.
Dabar moksliškai įrodytas pusiau konservatyvus modelis. Kas yra replikacija molekuliniu lygiu? Pradžioje helikazė nutraukia DNR molekulės vandenilio ryšius, taip atverdama abi grandines polimerazės fermentui. Pastarieji, susiformavę sėkloms, pradeda naujų grandinių sintezę 5'-3' kryptimi.
DNR antilygiagretumo savybė yra pagrindinė pirmaujančių ir atsiliekančių grandinių susidarymo priežastis. Pirmojoje grandinėje DNR polimerazė nuolat juda, o atsiliekatai sudaro Okazaki fragmentus, kurie ateityje bus sujungti ligaze.
Replikacijos ypatybės
Kiek DNR molekulių yra branduolyje po replikacijos? Pats procesas reiškia, kad ląstelės genetinis rinkinys padvigubėja, todėl sintetiniu mitozės periodu diploidiniame rinkinyje yra dvigubai daugiau DNR molekulių. Toks įrašas paprastai žymimas 2n 4c.
Be biologinės replikacijos prasmės, mokslininkai atrado šio proceso pritaikymą įvairiose medicinos ir mokslo srityse. Jei biologijoje replikacija yra DNR dubliavimas, tai laboratorijoje nukleorūgščių molekulių atkūrimas naudojamas keliems tūkstančiams kopijų sukurti.
Šis metodas vadinamas polimerazės grandinine reakcija (PGR). Šio proceso mechanizmas panašus į replikaciją in vivo, todėl jo eigai naudojami panašūs fermentai ir buferinės sistemos.
Išvados
Replikacija turi didelę biologinę reikšmę gyviems organizmams. Genetinės informacijos perdavimas ląstelių dalijimosi metu nėra baigtas be DNR molekulių dubliavimosi, todėl koordinuotas fermentų darbas yra svarbus visuose etapuose.
