DNAren erreplikazio

DNAren erreplikazioa DNA (azido desoxirribonukleikoa) bikoiztean datzan prozesua da. Zelula batek bere informazio genetikoa DNA molekuletan dauka gordeta eta hau ez da aldatzen -mutazioak gertatzen ez badira- bizitza osoan zehar.

Gure ehunetan dauden zelulak etengabe eraberritzen ari dira eta zelula bat eraberritzeko gertatzen den prozesua mitosia da. Prozesu hau gertatzen denean, zelula alabak sortzen dira eta hauetako bakoitzak amaren informazio genetiko bera izango du. Horretarako, amaren DNA molekulak erreplikatu behar dira.

DNAren erreplikazioa ez da prozesu konplexua, zailtzen duen faktore bakarra molekularen tamaina handia da. Hala ere, prozesua oso azkar gertatzen da (segundo gutxi batzuetan) eta fidagarritasun handia du. Hor gertatzen diren akats gehienak zuzendu egiten dira, erreplikazioa gertatzen ari den bitartean; besteak, erreplikazioa bukatu ondoren zuzentzen dira. DNA zuzentzen den molekula bakarra da.

Erreplikazioa gertatzeko, DNA molekula kremailera bat bailitzan irekitzen da base osagarrien arteko hidrogeno zubiak puskatuz. Ondoren, DNA polimerasak harizpi bakoitzarentzat osagarria den kate bat sintetizatuko du nukleotidoak gehituz.

Erreplikazioaren ezaugarriak 

DNAren erreplikazioa erdikontserbakorra da, hots, DNA molekula bat erreplikatu behar denean, bere bi harizpiak banandu egiten dira eta kate bakoitzak beste kate berri bat sintetizatzeko eredu bezala balio du. Honela, sortzen diren bi molekula berriak berdin-berdinak dira. Bakoitzak harizpi zahar bat eta sintetizatu berri bat izango ditu.

Erreplikazioa DNA molekulan puntu oso zehatz batean hasten da. Puntu horri erreplikazio jatorria deritzo. Erreplikazioa hastean, erreplikazio sardexka deiturikoa agertzen da bertan.

DNA molekulak sintetizatzen direnean, kateak beti 5´ muturretik hasi eta 3´ muturrerantz luzatzen dira. Ezaugarri honek arazo bat du, parean dauden kateak antiparaleloak baitira. Harizpietako baten osagaiak ez du arazorik izango sintesian, baina parekoak bai. Kate hau ezin da jarraian sintetizatu, zatika baizik. Jarraian sintetizatzen den kateari, harizpi gidaria deritzo, besteari berriz, harizpi atzeratua.

Harizpi gidariaren sintesia erraza da, bestearena oso konplexua. Harizpi atzeratuaren sintesia Okazaki izeneko zientzialari batek aurkitu zuen eta horregatik zati bakoitzari okazaki deritzo. Gero, zati hauek elkartu egiten dira kate jarrai bat sortuz.

DNA polimerasak 

DNAren erreplikazioa gertatzeko, zelulak proteina eta entzima asko behar ditu. Entzima nagusia DNA polimerasa da. Honek nukleotidoak bata bestearen atzetik lotzen ditu katea osatuz.

Lehenengo DNA polimerasa Arthur Kronbergek aurkitu zuen 1957an. Entzima honi DNA polimerasa I deitu zion. Gerora, gehiago aurkitu ziren, DNA polimerasa II eta III. Orain gutxi, DNA polimerasa IV eta V aurkitu dira. Azken hauen funtzioa ez da hain garrantzitsua ordea, DNAren konponketetan aritzen baitira.

DNA polimerasak hazten ari den DNA kateari nukleotido berri bat lotzen dio. Horretarako, polimerasek substratu bezala nukleotido trifosfatoak erabiltzen dituzte. Hauek erreakzio itzulezinak dira.

 (DNA)n + dNTP ↔ (DNA)n+1 + PPi

DNA polimerasak eredu bat behar du posizio bakoitzean zein nukleotido jarri behar duen jakiteko. Lehenengo jartzen duen nukleotidoa 5´ muturrekoa da eta ondoren 3´ muturrerantz doa.

Entzima honen beste ezaugarri bat, kate berri bat ezin duela hasieratik sintetizatu da. Beti kate txiki bat behar du, abiarazle moduan, (gaztelaniaz cebador) edo primer izeneko ARN kate txiki bat, berari nukleotidoak eransten joateko. Primer honen sintesiaz arduratzen den entzima primasa da (ARN polimerasa bat). Entzima hau polimerizazioa katalizatzeko gai izateaz gain, beste funtzio garrantzitsu bat ere badu, exonukleasa aktibitatea du. Aktibitate hau katalizatzen duen erreakzioak nukleotidoak kentzen ditu, 3´->5´ norabidean zein 5´->3´ norabidean.

 (DNA)n + H2O ↔ (DNA)n-1 + dNMP

Erreplikazioan akatsen bat egonez gero, DNA polimerasak segituan antzeman eta inhibizioa eragiten du. 3´ muturrean atzera joan eta akatsa zuzentzen du. Hau, "irakurketa froga" bezala ezagutzen da eta erreplikazioa fidagarriagoa egiten du.

ARN primer zati txikia luzatuz, DNA lortzen da. Gero, primer hori DNAz betetzen da, 5´->3´ exonukleasak nukleotidoak banan-banan kentzen baititu.

Polimerizazio abiadura, nukleotidoak jartzen edo kentzen diren abiaduraren araberakoa izango da. III polimerasak du abiadura handien, oso azkar lotzen baititu nukleotidoak.

Entzima hauek prozesiboak dira, hau da, eredua bere gune aktiboan lotu, substratuak sartu eta erreakzioa behin eta berriz katalizatzen dute produktua askatu baino lehen. Prozesibitateak produktua askatu baino lehen zenbat erreakzio ziklo betetzen dituen jarraian esaten digu. Prozesibitate handiena berriro, III polimerasak izango du.

I polimerasaren funtzioa primer-a kendu eta uzten duen hutsunea DNAz betetzea da. II polimerasa konponketaz arduratzen da.

Erreplikazioaren etapak 

Lehenik eta behin prozesua bakterioetan gertatzen den bezala adierazten da, sinpleagoa baita eta ondoren, eukariotoetan agertzen diren desberdintasunak azaltzen dira.

Escherichia coli bakterioak 5 milioi base bikotetako DNA molekula du, zirkularra eta itxia dena. Erreplikazioa beti puntu berean hasten da, molekula ireki eta bi noranzkoetan hasten da.

Erreplikazioan hiru etapa bereizten dira:

Hasiera 
Erreplikazioa hasten den gune berezia ezagutzeko proteinak behar dira, DNA proteinak. Gune berezi hau aurkitutakoan, bertan kokatzen dira proteina hauek. DNA jatorri puntuan ireki egin behar da.

Bi kateak era plektonikoan tolestuta daudenez, banandu ahal izateko helizea desegin behar da. Hemen tentsioa sortzen da eta hau leuntzeko topoisomerasak daude. Topoisomerasek katea puntu batean moztu, buelta batzuk desegin eta berriro lotzen dute, bananduta egotea baimenduz. Helikasa honetaz arduratzen den topoisomerasa bat da. SSB proteinak (single-stranded DNA binding proteins edo DNA monokatenarioari lotutako proteinak) kateak bananduta mantentzen dituzte, elkartzeko joera baitute.

Erreplikazioa gertatzen den puntuan erreplikazio sardexka deiturikoa sortzen da. Hau, beti puntu berean agertzen da, erreplikazioaren jatorria adierazten duen sekuentziari ori C deritzo. DNA proteinek sekuentzia hori ezagutzeko, ARN molekula txikiak izaten dituzte eta hauek sekuentzia horrekin osagarriak dira.

Suspertzea 
Fase honen barruan bi motatako luzapenak bereiz daitezke:
 Harizpi gidariaren luzapena (modu jarraian egiten dena).
 Harizpi atzeratuaren luzapena (zatika egiten dena).
Hala ere, bi harizpiak modu koordinatuan luzatzen dira.

Erreplikazioa puntu batean hasi eta gero bi aldeetara zabaltzen da. Bi aldeetan kate berriak sortuko dira, bata era jarraian eta bestea zatika.

Harizpi gidariaren luzapena era oso errazean gertatzen da. Hasieran ezer ez dagoenez, DNA polimerasak ezin du katea eraikitzen hasi. Horregatik, RNA polimerasak RNA kate txiki bat sintetizatzen du, haslea edo primer izenekoa. Honek 10-60 nukleotido izango ditu eta DNArekiko osagarria da. Hortik aurrera, DNA polimerasak nukleotidoak gehituko dizkio kateari. Kate berria sintetizatzen ari garen neurrian, hasierako helizea gehiago banatuko da eta katea luzatzen joango da.

Harizpi atzeratuaren sintesiak konplexutasun handiagoa du. Kasu honetan ere, hasieran hasle bat sintetizatzea beharrezkoa izango da, baina beste aldean, antiparaleloak direnez 3´ muturra beste aldean baitago. Katea beste puntu batean irekitzean, beste okazaki zati bat sintetizatzen da eta horretarako, beste hasle bat behar da. Okazaki zati bakoitzak 200-500 nukleotido izan ditzake. Hori etengabe gertatuko da.

Lehen aipatu bezala, bigarren kate honen sintesia konplexuagoa den arren, bi kateen sintesia era koordinatuan eta abiadura berean gertatzen da.

Beraz, bigarren katea ez-jarraitua izango da eta bertan ARN kate txikiak daude. Hau ezin da horrela gelditu, hasleak kendu, haien ordez DNA jarri, eta kate zatiak elkartu egin behar dira. Hau, katea luzatzen ari den neurrian gertatzen da eta ez amaieran.

RNA zatiak kendu eta DNAz betetzeaz DNA polimerasa I arduratzen da, katea luzatzeaz aldiz, DNA polimerasa III. RNA zatiak kentzeko 5´->3´ exonukleasa aktibitatea behar da. Honi esker, 5´ muturretik nukleotidoak banan-bana kentzen dira eta aldi berean, ARN horren aurrean dagoen kateari nukleotidoak gehitzen zaizkio.

nukleotidoak jarri
5´———————↑ :::: ↓———————— 3´
nukleotidoak kendu

Kentzen direnak erribonukleotidoak dira eta jartzen direnak desoxirribonukleotidoak, hots, RNAren ordez DNA jartzen da. Ondoren, okazaki zatiak elkartzeko DNA ligasa entzima erabiltzen da. Honek bi muturren artean ester lotura eratzen du. Erreakzio honetan ATPak koentzima gisa jokatzen du.

Amaiera 
DNA molekuletan amaiera azaltzen duen sekuentzia berezi bat dago, Ter bezala ezagutzen dena. Kasu honetan ez da beharrezkoa, DNA zirkularra baita.

Erreplikazioa eukariotoetan 

Eukariotoetan prozesua oso antzekoa da, baina badaude zenbait desberdintasun. Alde batetik, DNA kateak askoz luzeagoak dira, 100 milioi base bikote inguru izaten dituzte. Bestetik, molekula lineala da, eta ez zirkularra. Gainera, eukariotoetan DNA polimerasa gehiago eta espezializatuagoak daude.

Handiagoak izan arren, abiadura oso antzekoan erreplikatzen dira. Hau, jatorri puntu asko dituztelako gertatzen da. Erreplikazioari hasiera ematen dion sekuentzia berezi hori askotan errepikatzen da, 300.000 base bikotez behin. Erreplikazioa puntu guzti horietan aldi berean hasten da eta bi aldeetara luzatzen da katea. Honek, prozesua asko azkartzen du.

Lineala izateak duen arazo bat, puntu desberdinetan hasitako kateek bat egiten dutenean, katearen mutur batean bete gabeko zati bat geratzen dela da. Zati bat galdu eta katea laburtu egiten da. Arazo hau konpontzeke dago, haslea kentzen denean ez dagoelako katea luzatzeko beste mutur bat. Honek DNA lineal bat erreplikatzen den bakoitzean molekularen zati txiki bat galtzen dela esan nahi du.

Bera, erreplikazio bakoitzean informazio genetikoaren zati bat galtzen da. Honek eraginik ez izateko, gure DNA molekulen muturretan dauden sekuentziak bereziak dira. Telomero izena ematen zaie. Sekuentzia errepikakorrak dira eta ez dute informazio genetikorik gordetzen, beren funtzioa informazioa babestea da. Zahartzean ordea, telomeroak agortzen joaten dira eta horrek arazoak dakartza.

Gure organismoko zenbait zelulek telomeroak eraberritzeko ahalmena dute. Hauek zelula birsortzaileak dira, hau da, gametoak (obulu eta espermatozoideak). Izaki berriak sortzen dituztenez, ahalik eta telomero gehien sortu behar dituzte. Zelula hauetan telomerasa izeneko entzima bat dago eta honek telomeroak eraberritzeko balio du.

Berez, zelula guztiek dute telomerasa sintetizatzeko gaitasuna, baina zelula birsortzaileetan gene hori erabilgarria den bitartean, besteetan ez da horrela. Hau, zelulen espezializazioagatik gertatzen da, denek informazio bera baitute.

Honekin erlazionatuta minbizia dago. Minbizian zelulak etengabe erreplikatzen dira. Horretarako, telomerasa beharrezkoa dute. Entzima hau inhibituz, erreplikazioa eten egiten da.

Mutazioak eta DNAren konponketa 

DNA molekula konposatu kimikoa da eta beraz, aldatu egin daiteke. Gure zelulek ordea, aldaketa gehienak konpontzeko gaitasuna dute. Mutazioak konpontzen ez diren aldaketak dira, iraunkorrak eta belaunaldiz belaunaldi hedatzen direnak.

Mutazioek informazio genetikoan eragina izan dezakete, eta horrela izaten da gehienetan. Aldaketa gene batean gertatzen da eta honek proteina bat sintetizatzeko informazioa duenez, aldaketa hori dela eta, jada ez da posible izango. Horregatik, normalean mutazioak kaltegarriak izaten dira. Hala ere, batzuetan onuragarriak ere izan daitezke. Gero eta izaki hobeak lortuz eta garapenean lagunduz. Gutxi batzuetan aldaketa hauek ez dute eraginik, ez mesederako eta ez kalterako ere. Hauek, mutazio isilak bezala ezagutzen dira.

Ugaztunen zeluletan 24 ordutan milaka aldaketa gertatzen dira, baina 1000tik bakarra bihurtzen da mutazio, besteak konpondu egiten dira.

Gertatzen diren aldaketa arruntenak base bikoteen ordezkapenak, bikote berriak gehitzea eta kentzea izaten da. Base nitrogenatuen desaminazioak askotan ikusten dira, amino talde hori nahiko erraz askatzen baita. Desaminazioari esker, zitosina urazilo bihurtzen da. Hau aldaketa handia da, C≡G zegoen tokian U≡G agertuko baita. Ondorioz, uraziloa adeninarekin parekatuko da, U=A, eta adenina hau timinarekin, T=A. Beste base nitrogenatuen desaminazioa ez da hain arrunta.

Beste aldaketa arrunt bat kate eta base nitrogenatuaren arteko lotura apurtzean datza. Horrela, base nitrogenatugabeko nukleotido bat gelditzen da. Hau depurinazioa bezala ezagutzen da, gehienetan base nitrogenatu purikoa galtzen delako.

Gure zeluletan gertatzen diren aldaketa asko eguzkiaren izpi ultramoreek eragiten dituzte. Hauek eragiten duten erreakzio nagusia jarraian dauden base nitrogenatuen elkarketa da, batez ere bi timina badira. Honen ondorioz sortutako egiturak, DNAren distortsioa aldatzen du eta erreplikazioa ez da behar bezala gertatuko. Izpi hauek katea erdibitzeko ahalmena ere badute. Azken hau, askoz okerragoa da.

Aitzitik, gertatzen diren aldaketa gehienak konpondu egiten dira, gure organismoak badituelako horretarako mekanismoak. Gaizki parekatutako base bikoteen konponketan, bietako zein dagoen gaizki ezagutzean datza gakoa. Horretarako, erreplikazioan Dam metilasa izeneko entzima berezi bat dago. Honek erreplikazioan zehar eredu bezala erabiltzen den katea metilatu egiten du. Honi esker jatorrizko katea zein den jakiten da eta konpondu beharrekoa bestea dela ere bai.

Mut proteinek gaizki dagoen sekuentzia ezagutu eta bertan kokatzen dira. Gero, bikote okerrik dagoen ikusteko errepasatu egiten dute. Proteina hauek 1000 base bikoteko sekuentziak errepasatzen dituzte bi aldeetara. Gaizki dauden nukleotidoak kendu eta berriak jartzen dira. Horretarako, katearen barruan dauden nukleotidoen lotura hidrolizatzeko endonukleasa entzima erabiltzen da.

Batzuetan nukleotido bat zuzentzeko 1000 berritu behar izaten dira. Nukleotidoen sintesian trifosfatoak behar direnez, energetikoki oso garestia da hori. Gainera, zuzenketa hauek erreplikazioan zehar egin behar dira, denbora pasa eta gero, detektatzeko zailagoak baitira.

Gure DNA molekuletan gertatzen diren aldaketa eta mutazioak minbiziarekin lotuta daude. Urteak pasa ala, aldaketa hauek pilatzen doaz eta konpontzeko gaitasuna ere galtzen joaten gara. Horregatik, minbizia garatzeko arriskua handiagoa da.

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 DNA
 RNA
 DNAren konpontzea
 Transkripzioa
 Itzulpena

Kanpo estekak 

 DNAren erreplikaziori buruzko bideoa
 Erreplikazioari buruzko animazioa 

Biologia molekularra
Genetika
DNA
Seneszentzia