DNA Replicatie Proces en Stappen
Waarom DNA dupliseer?
DNA is die genetiese materiaal wat elke sel definieer. Voordat 'n sel dupliseer en verdeel word in nuwe dogterselle deur middel van mitose of meiose , moet biomolekules en organelle gekopieer word om onder die selle versprei te word. DNA, wat binne die kern voorkom , moet herhaal word om te verseker dat elke nuwe sel die korrekte aantal chromosome ontvang . Die proses van DNA duplisering word DNS replikasie genoem . Replikasie volg verskeie stappe wat verskeie proteïene genaamd repliseringsensieme en RNA behels . In eukariotiese selle, soos diere selle en plantselle , vind DNS replikasie plaas in die S fase van interfase gedurende die selsiklus . Die proses van DNA-replisering is noodsaaklik vir selgroei, herstel en voortplanting in organismes.
DNA of deoksiribonukleïensuur is 'n tipe molekuul wat bekend staan ​​as 'n nukleïensuur . Dit bestaan ​​uit 'n 5-koolstof deoksiribose suiker, 'n fosfaat, en 'n stikstofbasis. Dubbelstrengige DNA bestaan ​​uit twee spiraal nukleïensuurkettings wat in 'n dubbele helixvorm gedraai word. Hierdie draai laat DNA toe om meer kompak te wees. Om binne-in die kern te pas, word DNA in styf gewikkelde strukture verpak wat chromatin genoem word. Chromatien kondenseer om chromosome tydens seldeling te vorm. Voordat DNA-replikasie losgemaak word, gee die chromatien losselverkrygingsmasjien toegang tot die DNA-stringe.
Voorbereiding vir replisering
EQUINOX GRAFIKA / Wetenskapfoto Biblioteek / Getty Images
Stap 1: Replikasie Vorming
Voordat DNA herhaal kan word, moet die dubbelstrengende molekuul in twee enkelstrings "ontgrendel" word. DNA het vier basisse genaamd adenien (A) , tymien (T) , sitosien (C) en guanien (G) wat pare tussen die twee stringe vorm. Adeniene alleenpare met tymien en sitosien bind slegs met guanien. Om DNA te ontspan, moet hierdie interaksies tussen basispare gebreek word. Dit word uitgevoer deur 'n ensiem wat bekend staan ​​as DNA helikase . DNA helikase ontwrig die waterstofbinding tussen basispare om die stringe te skei in 'n Y-vorm wat bekend staan ​​as die repliseringsvurk . Hierdie gebied sal die sjabloon wees vir replikasie om te begin.
DNA is rigtinggewend in albei stringe, aangedui deur 'n 5'- en 3'-einde. Hierdie notasie dui aan watter sygroep die DNA-ruggraat is. Die 5'-einde het 'n fosfaat (P) -groep aangeheg, terwyl die 3'-einde 'n hidroksiel (OH) -groep aangeheg het. Hierdie rigting is belangrik vir replikasie, aangesien dit slegs in die 5 'tot 3' rigting vorder. Die replikasievurk is egter tweerigting; een string is georiënteerd in die 3 'tot 5' rigting (voorste string), terwyl die ander 5 'tot 3' (agterliggende strand) georiënteer is. Die twee kante word dus gerepliseer met twee verskillende prosesse om die rigtingsverskil te akkommodeer.
Stap 2: Primer Binding
Die voorste string is die eenvoudigste om te herhaal. Sodra die DNA-stringe geskei is, bind 'n kort stuk RNA 'n primer aan die 3'-einde van die strand. Die primer bind altyd as die beginpunt vir replisering. Primers word gegenereer deur die ensiem- DNA-primase .
DNA Replicatie: Verlenging
Ensieme wat bekend staan ​​as DNA-polimerases, is verantwoordelik om die nuwe strand te skep deur 'n proses genoem verlenging. Daar is vyf verskillende bekende tipes DNA-polimerase in bakterieë en menslike selle . In bakterieë soos E. coli is polimerase III die hoof repliseringsensiem, terwyl polimease I, II, IV en V verantwoordelik is vir foutkontrole en herstel. DNA-polimerase III bind aan die strand op die terrein van die primer en begin met die byvoeging van nuwe basepare wat aanvullend tot die strand is tydens replikasie. In eukariotiese selle is polimease alfa, delta en epsilon die primêre polimeases betrokke by DNS-replisering. Aangesien replikasie in die 5 'tot 3' rigting op die voorste string beweeg, is die nuutgevormde strand kontinu.
Die agterliggende strand begin replikasie deur te bind met veelvoudige primers. Elke primer is slegs 'n paar basisse uitmekaar. DNA-polimerase voeg dan stukkies DNA, Okazaki-fragmente , by die strand tussen primers. Hierdie proses van replikasie is diskontinueer aangesien die nuutgeskepte fragmente onversoenbaar is.
Sodra beide die deurlopende en diskontinue stringe gevorm word, verwyder 'n ensiem genaamd exonuclease alle RNA primers uit die oorspronklike stringe. Hierdie primers word dan vervang met toepaslike basisse. Nog 'n eksonuclease "proofreads" die nuutgevormde DNA om enige foute na te gaan, te verwyder en te vervang. Nog 'n ensiem genaamd DNA ligase verbind Okazaki-fragmente saam en vorm 'n enkele verenigde string. Die eindes van die lineêre DNA bied 'n probleem, aangesien DNA-polimerase slegs nukleotiede in die 5 'tot 3' rigting kan voeg. Die ente van die ouerstringe bestaan ​​uit herhaalde DNA-reekse wat telomere genoem word. Telomere dien as beskermende pette aan die einde van chromosome om te voorkom dat nabygeleë chromosome versmelt. 'N Spesiale tipe DNS-polimerase ensiem genoem telomerase kataliseer die sintese van telomere-reekse aan die einde van die DNA. Sodra dit voltooi is, rol die ouerstreng en die komplementêre DNA-string in die bekende dubbelhelix- vorm. Op die ou end lewer replikasie twee DNA molekules , elk met een string van die ouer molekule en een nuwe string.
DNA-replisering sal nie plaasvind sonder ensieme wat verskillende stappe in die proses kataliseer nie. Ensieme wat deelneem aan die eukariotiese DNA-repliseringsproses, sluit in:
DNA helikase - ontwinde en skei dubbelstrengs DNA soos dit beweeg langs die DNA. Dit vorm die replikasievurk deur waterstofbindings tussen nukleotiedpare in DNA te breek.
DNA primase - 'n tipe RNA polimerase wat RNA primers genereer. Primers is kort RNA molekules wat dien as templates vir die beginpunt van DNA-replisering.
DNA-polimerase - Sintetiseer nuwe DNA-molekules deur nukleotiede by te voeg tot DNA-stringe wat lei en daal.
Topoisomerase of DNA Gyrase - ontwinde en terugspoel DNA-strings om te verhoed dat die DNS verstrengel of supercoiled raak.
Exonucleases - groep ensieme wat nukleotiedbasisse verwyder vanaf die einde van 'n DNA-ketting.
DNA ligase - verbind DNA-fragmente saam deur fosfodiesterbindings tussen nukleotiede te vorm.
DNA Replicatie Opsomming
Francis Leroy, BIOCOSMOS / Wetenskapfotobiblioteek / Getty Images
DNA-replisering is die produksie van identiese DNA-helse uit 'n enkele dubbelstrengige DNA-molekuul. Elke molekule bestaan ​​uit 'n string van die oorspronklike molekuul en 'n nuutgevormde string. Voor replikasie skei die DNA- uncoils en strings apart. 'N Replikasievurk word gevorm wat dien as 'n templaat vir replisering. Primers bind aan die DNA en DNA-polimerase voeg nuwe nukleotiedvolgorde in die 5 'tot 3' rigting. Hierdie toevoeging is deurlopend in die voorste string en gefragmenteerd in die agterliggende strand. Sodra verlenging van die DNA-stringe voltooi is, word die stringe nagegaan vir foute, herstelwerk word gemaak en telomere-reekse word by die ente van die DNA gevoeg.