DNR molekulė yra struktūra, randama chromosomoje. Vienoje chromosomoje yra viena tokia molekulė, susidedanti iš dviejų gijų. DNR reduplikacija – tai informacijos perdavimas po savaiminio gijų atgaminimo iš vienos molekulės į kitą. Jis būdingas tiek DNR, tiek RNR. Šiame straipsnyje aptariamas DNR dauginimosi procesas.
Bendra informacija ir DNR sintezės tipai
Žinoma, kad molekulės siūlai yra susisukę. Tačiau prasidėjus DNR reduplikacijos procesui, jie despiralizuojasi, tada pasislenka į šonus ir ant kiekvieno susintetinama nauja kopija. Baigus atsiranda dvi visiškai identiškos molekulės, kurių kiekvienoje yra motinos ir dukters siūlai. Ši sintezė vadinama pusiau konservatyvia. DNR molekulės tolsta, likdamos vienoje centromeroje, ir galiausiai išsiskiria tik tada, kai ši centromera pradeda dalytis.
Kitas sintezės tipas vadinamas reparatyvine. Jis, skirtingai nei ankstesnis,susijusi su bet kuria ląstelių stadija, bet prasideda, kai įvyksta DNR pažeidimas. Jei jie yra per dideli, ląstelė galiausiai miršta. Tačiau jei pažeidimas yra lokalizuotas, jį galima ištaisyti. Priklausomai nuo problemos, viena arba dvi DNR grandinės turi būti atkurtos. Ši, kaip dar vadinama, neplaninė sintezė neužtrunka ilgai ir nereikalauja didelių energijos sąnaudų.
Bet kai vyksta DNR reduplikacija, sunaudojama daug energijos, medžiagos, jos trukmė tęsiasi valandas.
Pakartotinis kopijavimas padalintas į tris laikotarpius:
- inicija;
- pailgėjimas;
- nutraukimas.
Pažvelkime atidžiau į šią DNR dauginimosi seką.
Iniciacija
Žmogaus DNR yra kelios dešimtys milijonų bazinių porų (gyvūnų jų yra tik šimtas devynios). DNR dauginimasis prasideda daugelyje grandinės vietų dėl šių priežasčių. Maždaug tuo pačiu metu transkripcija vyksta ir RNR, tačiau vykstant DNR sintezei ji sustoja kai kuriose atskirose vietose. Todėl prieš tokį procesą ląstelės citoplazmoje susikaupia pakankamas kiekis medžiagos, kad būtų palaikoma genų ekspresija ir nebūtų sutrikdyta ląstelės gyvybinė veikla. Atsižvelgiant į tai, procesas turėtų būti atliktas kuo greičiau. Per šį laikotarpį transliuojama, o transkripcija nevykdoma. Tyrimai parodė, kad DNR reduplikacija įvyksta vienu metu keliuose tūkstančiuose taškų – mažose srityse su tam tikranukleotidų seka. Prie jų prisijungia specialūs iniciatoriai, prie kurių savo ruožtu prisijungia kiti DNR replikacijos fermentai.
DNR fragmentas, kuriame vyksta sintezė, vadinamas replikonu. Jis prasideda nuo pradžios taško ir baigiasi, kai fermentas baigia replikaciją. Replikonas yra savarankiškas ir palaiko visą procesą.
Procesas gali prasidėti ne nuo visų taškų vienu metu, kai kur jis prasideda anksčiau, kažkur vėliau; gali tekėti viena ar dviem priešingomis kryptimis. Sugeneruoti įvykiai įvyksta tokia tvarka:
- replikacijos šakutė;
- RNR pradmenys.
Replikacijos šakutė
Ši dalis yra procesas, kurio metu dezoksiribonukleininės grandinės sintezuojamos atskirtose DNR grandinėse. Šakės sudaro vadinamąją reduplikacinę akį. Prieš procesą atliekama eilė veiksmų:
- atpalaidavimas nuo prisijungimo prie histonų nukleozomoje – DNR dauginimosi fermentai, tokie kaip metilinimas, acetilinimas ir fosforilinimas, sukelia chemines reakcijas, dėl kurių b altymai praranda teigiamą krūvį, o tai palengvina jų išsiskyrimą;
- despiralizacija yra išsivyniojimas, būtinas norint toliau atlaisvinti siūlus;
- vandenilinių jungčių tarp DNR grandžių nutraukimas;
- jų skirtumai skirtingomis molekulės kryptimis;
- fiksavimas SSB b altymais.
RNR pradmenys
Sintezė atliekamafermentas, vadinamas DNR polimeraze. Tačiau jis negali pats to pradėti, todėl tai daro kiti fermentai – RNR polimerazės, kurios dar vadinamos RNR pradmenimis. Jie sintetinami lygiagrečiai su dezoksiribonukleininėmis grandinėmis pagal komplementarumo principą. Taigi iniciacija baigiasi dviejų RNR pradmenų sinteze dviejose DNR grandinėse, kurios yra suskaidytos ir atskirtos skirtingomis kryptimis.
Pailgėjimas
Šis laikotarpis prasideda pridedant nukleotidą ir RNR pradmenų 3' galą, kurį vykdo jau minėta DNR polimerazė. Prie pirmojo ji prikabina antrą, trečią nukleotidą ir t.t. Naujos grandinės pagrindai vandeniliniais ryšiais sujungti su pradine grandine. Manoma, kad gijų sintezė vyksta 5'-3' kryptimi.
Jei ji vyksta replikacijos šakutės link, sintezė vyksta nuolat ir pailgėja. Todėl toks siūlas vadinamas vedančiu arba vedančiu. Ant jo nebesusidaro RNR pradmenys.
Tačiau priešingoje motinos grandinėje DNR nukleotidai ir toliau jungiasi prie RNR pradmens, o dezoksiribonukleino grandinė sintetinama priešinga kryptimi nei reduplikacijos šakutė. Šiuo atveju tai vadinama atsilikimu arba atsilikimu.
Atsiliekančioje grandinėje sintezė vyksta fragmentiškai, kai vienos sekcijos pabaigoje sintezė prasideda kitoje netoliese esančioje vietoje, naudojant tą patį RNR pradmenį. Taigi atsiliekančioje grandinėje yra du fragmentai, kuriuos jungia DNR ir RNR. Jie vadinami Okazaki fragmentais.
Tada viskas kartojasi. Tada išsivynioja dar vienas spiralės posūkis, vandeniliniai ryšiai nutrūksta, gijos nukrypsta į šonus, pirmaujanti grandinė pailgėja, atsiliekančioje susintetinamas kitas RNR pradmens fragmentas, po kurio Okazaki fragmentas. Po to atsiliekančioje grandinėje RNR pradmenys sunaikinami, o DNR fragmentai sujungiami į vieną. Taigi šioje grandinėje vienu metu vyksta:
- naujų RNR pradmenų susidarymas;
- Okazaki fragmentų sintezė;
- RNR pradmenų sunaikinimas;
- susijungimas į vieną grandinę.
Nutraukimas
Procesas tęsiasi tol, kol susitinka dvi replikacijos šakės arba viena iš jų pasiekia molekulės galą. Kai šakutės susitinka, dukterinės DNR grandinės yra sujungiamos fermentu. Jei šakutė pasislenka į molekulės galą, DNR dauginimasis baigiasi specialių fermentų pagalba.
Pataisymas
Šiame procese svarbus vaidmuo skiriamas pakartotinio kopijavimo kontrolei (arba korekcijai). Visų keturių tipų nukleotidai tiekiami į sintezės vietą, o bandomuoju poravimu DNR polimerazė atrenka tuos, kurių reikia.
Norimas nukleotidas turi sudaryti tiek vandenilio jungčių, kiek tas pats nukleotidas DNR šablono grandinėje. Be to, tarp cukraus ir fosfato stuburo turi būti tam tikras pastovus atstumas, atitinkantis tris žiedus dviejose bazėse. Jei nukleotidas neatitinka šių reikalavimų, ryšys neįvyks.
Kontrolė atliekama prieš įtraukiant jį į grandinę ir prieškito nukleotido įtraukimas. Po to cukraus fosfato pagrinde susidaro jungtis.
Mutacinė variacija
DNR replikacijos mechanizmas, nepaisant didelio tikslumo procento, visada turi gijų trikdžių, daugiausia vadinamų „genų mutacijomis“. Apytiksliai tūkstantis bazinių porų turi vieną klaidą, kuri vadinama kintamuoju dubliavimu.
Taip nutinka dėl įvairių priežasčių. Pavyzdžiui, esant didelei arba per mažai nukleotidų koncentracijai, citozino deaminacijai, mutagenų buvimui sintezės srityje ir kt. Kai kuriais atvejais klaidas galima ištaisyti taisant, kitais atvejais ištaisymas tampa neįmanomas.
Jei pažeidimas palietė neaktyvią vietą, klaida neturės rimtų pasekmių, kai įvyks DNR dauginimosi procesas. Tam tikro geno nukleotidų seka gali neatitikti. Tada situacija yra kitokia, ir neigiamu rezultatu gali tapti ir šios ląstelės, ir viso organizmo žūtis. Taip pat reikėtų atsižvelgti į tai, kad genų mutacijos yra pagrįstos mutacijų kintamumu, todėl genų fondas tampa plastiškesnis.
Metilinimas
Sintezės metu arba iškart po jos vyksta grandinės metilinimas. Manoma, kad žmonėms šis procesas yra būtinas norint formuotis chromosomoms ir reguliuoti genų transkripciją. Bakterijose šis procesas padeda apsaugoti DNR nuo fermentų pjaustymo.
