REPLICATION NG DNA: MGA MEKANISMO, SA PROKARYOTES AT EUKARYOTES - BIOLOGY - 2026

Ang pagtitiklop ng DNA (deoxyribonucleic acid) ay upang kopyahin ang genome, ibig sabihin, ang lahat ng impormasyon ng genetic sa DNA ng isang organismo upang makagawa ng dalawang magkaparehong kopya. Ang genome ay may impormasyong kinakailangan upang makabuo ng isang kumpletong organismo.

Bago ang cell division, nangyayari ang pagtitiklop ng DNA. Sa pamamagitan ng meiosis, ang mga gamet ay ginawa para sa sekswal na pagpaparami. Sa pamamagitan ng mitosis, ang pagpapalit ng cell (halimbawa, balat at dugo) at pag-unlad (halimbawa, mga tisyu at organo) ay nangyayari.

Pinagmulan: Ako, Madprime

Ang pag-alam ng istraktura ng DNA ay nagpapahintulot sa amin na maunawaan kung paano nangyayari ang pagtitiklop nito. Ang istraktura ng DNA ay binubuo ng isang dobleng helix, na binubuo ng dalawang antiparallel chain ng sunud-sunod na mga nucleotide, na ang mga base sa nitrogenous ay umaakma sa bawat isa sa isang tiyak na paraan.

Sa panahon ng pagtitiklop, ang bawat strand ng DNA double strand ay kumikilos bilang isang template para sa biosynthesis ng isang bagong strand. Ang dalawang bagong synthesized chain ay may mga base na pantulong sa mga base ng chain chain: adenine (A) kasama ang thymine (T), at cytosine (C) na may guanine (G).

Ang iba't ibang mga enzyme at protina ay kasangkot sa pagtitiklop ng DNA. Halimbawa, ang pagbubukas ng dobleng helix ng DNA, pinapanatili ang pagbukas ng DNA, at pagdaragdag ng deoxyribonucleosides-5′-triphosphate (dNTP) upang mabuo ang bagong strand.

Ang pagtitiklop ng DNA ay semi-konserbatibo

Batay sa istraktura ng DNA, iminungkahi ni Watson at Crick na ang pagtitiklop ng DNA ay nangyayari nang semi-konserbatibo. Ito ay ipinakita nina Meselson at Stahl sa pamamagitan ng pag-label ng DNA ng Escherichia coli na may mabibigat na isotope ng nitrogen, ¹⁵ N, kasunod ng pattern ng pamamahagi sa isang medium ng kultura na may light nitrogen, ¹⁴ N para sa ilang mga henerasyon .

Natagpuan nina Meselson at Stahl na, sa unang henerasyon, ang dalawang anak na babae na DNA molecule ay mayroong bawat molekula na may label na may chain na may mabibigat na isotope ng nitrogen at isa pa na may ilaw na isotope. Hindi tulad ng molekula ng magulang ng DNA, na parehong strands na may label na may mabibigat na isotope, ¹⁵ N.

Sa ikalawang henerasyon, ang 50% ng mga molekula ng DNA ay katulad ng sa mga unang henerasyon, at ang iba pang 50% ay may kaunting nitrogen lamang. Ang interpretasyon ng resulta na ito ay ang anak na dobleng helix ay may kadena ng magulang (na gumaganap bilang isang template) at isang bagong chain.

Ang mekanismo ng semi-conservative replication ay nagsasangkot sa paghihiwalay ng mga strands ng DNA at pantulong na pagpapares sa pamamagitan ng sunud-sunod na pagpapares ng nucleotide, na gumagawa ng dalawang anak na dobleng helice.

Pagtitiklop ng baterya

Pagsisimula ng pagtitiklop ng DNA sa mga bakterya

Ang bacterial DNA ay binubuo ng isang circular chromosome at may isang site lamang na pinagmulan ng pagtitiklop. Mula sa site na ito, ang biosynthesis ng dalawang anak na kadena ay nangyayari nang bidirectionally, na bumubuo ng dalawang mga tinik na pagtitiklop na lumilipat sa mga direksyon na kabaligtaran sa pinagmulan. Sa huli, nakakatugon ang mga hairpins, na nakumpleto ang pagtitiklop.

Ang pagtitikim ay nagsisimula sa pagbubuklod ng mga protina ng DnaA sa lugar ng pinagmulan. Ang mga protina na ito ay bumubuo ng isang kumplikado. Pagkatapos ang mga protina ng HU at IHF, bukod sa iba pa, ay nagsasama-sama, na sama-sama na nakatiklop ang DNA, na nagiging sanhi ng paghihiwalay ng dalawang mga strand ng DNA sa isang rehiyon na mayaman sa thymine at adenine.

Susunod, ang mga protina ng DNaC ay nagbubuklod, na nagiging sanhi ng pagbubuklod sa mga helicases ng DNA. Tinutulungan nila ang pag-alis ng DNA at sirain ang mga bono ng hydrogen, na nabuo sa pagitan ng mga pares ng base. Kaya't ang dalawang chain ay karagdagang pinaghiwalay, na bumubuo ng dalawang simpleng kadena.

Ang Topoisomerase II, o gyrase ng DNA, ay gumagalaw sa harap ng helicase ng DNA, na bumababa ng mga positibong supercoil. Ang mga solong-stranded na DNA-binding (SSB) na mga protina ay nagpapalayo sa mga strand ng DNA. Kaya, maaaring magsimula ang biosynthesis ng chain ng anak na babae.

Ang biosynthesis ng anak na babae ay strands sa bakterya

Ang primase enzyme ay may pananagutan para sa synthesizing maikling RNA chain na tinatawag na primers, na haba ng 10-15 nucleotides. Ang polymerase ng DNA ay nagsisimula upang magdagdag ng 5′-triphosphate deoxynucleosides (dNTPs) sa 3 end-OH na pagtatapos ng panimulang asukal, pagkatapos nito ang strand ay patuloy na lumalaki mula sa parehong pagtatapos.

Dahil ang mga strand ng DNA ay antiparallel, ang isang panimulang aklat ay synthesized sa strand ng pinuno at maraming mga primer sa strand ng lag. Dahil dito, ang biosynthesis ng naantala na kadena ay walang tigil. Bagaman ang mga strand ng DNA ay antiparallel, ang pagtitiklop na tinidor ay gumagalaw sa isang direksyon lamang.

Ang polymerase ng DNA ay may pananagutan para sa pagbuo ng mga covalent bond sa pagitan ng katabing mga nucleotide ng bagong synthesized chain, sa direksyon na 5'®3 ′. Sa E. coli, mayroong limang DNA polymerases: DNA polymerases I at III isinasagawa ang pagtitiklop ng DNA; at ang mga polymerases ng II, IV at V ay may pananagutan sa pag-aayos at pagtitiklop sa mga nasirang DNA.

Karamihan sa mga pagtitiklop ay isinasagawa ng DNA polymerase III, na kung saan ay isang holoenzyme na mayroong 10 iba't ibang mga subunits na may iba't ibang mga pag-andar sa pagtitiklop ng DNA. Halimbawa, ang mga subunit ng alpha ay may pananagutan sa paggawa ng mga link sa pagitan ng mga nucleotide.

Ang isang kumplikadong mga enzyme ay responsable para sa pagtitiklop ng DNA sa bakterya

Ang DNA helicase at primase ay sumali upang makabuo ng isang komplikadong tinatawag na isang primosome. Ito ay gumagalaw kasama ang DNA, kumikilos sa isang nakakaugnay na paraan upang paghiwalayin ang dalawang strand ng magulang, synthesizing ang mga primer bawat tiyak na agwat sa naantala na strand.

Ang primosome na pisikal na nagbubuklod sa DNA polymerase III, at bumubuo ng muling pagsusuri. Ang dalawang DNA polymerases III ay may pananagutan sa pagtitiklop ng DNA ng gabay at naantala ang mga kadena. Kaugnay ng DNA polymerase III, ang naantala na strand ay bumubuo ng isang panlabas na loop, na pinapayagan ang pagdaragdag ng mga nucleotides sa strand na ito ay maganap sa parehong direksyon tulad ng strand ng pinuno.

Ang pagdaragdag ng mga nucleotide sa chain chain ay patuloy. Habang sa pagkaantala ay walang tigil ito. Ang mga fragment 150 na mga nucleotide sa haba ay nabuo, na tinatawag na mga fragment ng Okazaki.

Ang 5 ′ -> 3 ′ aktibidad ng exonuclease ng DNA polymerase I ay may pananagutan sa pag-alis ng mga primer at pagpuno, pagdaragdag ng mga nucleotide. Ang isang ligase enzyme ay nagtatakip ng mga gaps sa pagitan ng mga fragment. Nagtatapos ang pagtitiklop kapag nagtagpo ang dalawang kawit ng pagtitiklop sa pagkakasunud-sunod ng pagtatapos.

Ang protina ng Tus ay nagbubuklod sa pagkakasunud-sunod ng pagwawakas, na huminto sa paggalaw ng tinik ng pagtitiklop. Pinapayagan ng Topoisomerase II ang paghihiwalay ng dalawang kromosom.

Ang Deoxyribonucleotide triphosphates ay ginagamit ng DNA polymerase

Ang Deoxynucleoside triphosphate (dNTP) ay naglalaman ng tatlong pangkat na pospeyt na nakakabit sa 5 ′ carbon ng deoxyribose. Ang mga dNTP (dATP, dTTP, dGTP at dCTP) ay nagbubuklod sa chain chain na sumusunod sa AT / GC rule.

Ang cat polymerase ng DNA ay sumusunod sa reaksyon: Ang 3 ′ hydroxyl group (–OH) ng lumalagong strand nucleotide ay tumutugon sa alpha phosphate ng papasok na DNTP, na naglalabas ng mga organikong pyrophosphate (PPi). Ang hydrolysis ng PPi ay gumagawa ng enerhiya para sa pagbuo ng covalent bond, o phosphodiester bond, sa pagitan ng mga nucleotides ng lumalagong kadena.

Mga mekanismo na matiyak ang pagiging matapat ng pagtitiklop ng DNA

Sa panahon ng pagtitiklop ng DNA, nagkakamali ang DNA polymerase III ng 100 milyong mga nucleotides. Bagaman ang posibilidad ng pagkakamali ay napakababa, mayroong mga mekanismo na matiyak ang katapatan sa pagtitiklop ng DNA. Ang mga mekanismong ito ay:

1) Katatagan sa base pagpapares. Ang enerhiya na nagbubuklod ng hydrogen sa pagitan ng AT / GC ay mas mataas kaysa sa mga maling pares ng base.

2) Istraktura ng aktibong site ng DNA polymerase. Mas gusto ng polymerase ng DNA ang mga pag-uugali ng nucleotide na may tamang mga base sa kabaligtaran na strand. Ang isang masamang pagpapares ng base ay nagdudulot ng isang pagbaluktot ng dobleng helix ng DNA, na pinipigilan ang maling nucleotide na sakupin ang aktibong site ng enzyme.

3) Pagsubok sa pagbasa. Kinikilala ng DNA polymerase ang mga nakasama na maling mga nucleotide at tinanggal ang mga ito mula sa strand ng anak na babae. Ang aktibidad ng exonuclease ng DNA polymerase ay sumisira sa mga bono ng phosphodiester sa pagitan ng mga nucleotide sa 3 ′ dulo ng bagong strand.

Ang pagtitiklop ng DNA sa mga eukaryotes

Hindi tulad ng pagtitiklop sa prokaryote, kung saan nagsisimula ang pagtitiklop sa isang solong site, ang pagtitiklop sa mga eukaryote ay nagsisimula sa maraming mga site na pinagmulan at ang pagtitiklop sa tinidor ay gumagalaw sa bidirectionally. Kasunod nito, ang lahat ng mga pagtitiklop ng hairpins ay fuse, na bumubuo ng dalawang kapatid na chromatids ay sumali sa sentromere.

Ang mga Eukaryotes ay nagtataglay ng maraming uri ng DNA polymerase, na ang mga pangalan ay gumagamit ng mga titik na Greek. Ang polymerase ng DNA ay bumubuo ng isang kumplikadong may primase. Ang kumplikadong ito synthesizes maikling panimulang aklat na binubuo ng 10 mga nucleotides ng RNA na sinusundan ng 20 hanggang 30 mga nucleotide ng DNA.

Susunod, ang ε o δ na DNA polymerase ay nagpapagana ng pagpahaba ng anak na strand mula sa panimulang aklat. Ang DNA polymerase ε ay kasangkot sa synthesis ng pinuno ng chain, habang ang DNA polymerase δ ay synthesize ang retarded chain.

Ang DNA polymerase δ ay nagpahaba ng fragment ng Okazaki sa kaliwa hanggang sa maabot nito ang RNA primer sa kanan, na gumagawa ng isang maikling flap ng panimulang aklat. Hindi tulad ng prokaryotes, kung saan tinanggal ng isang polymerase ng DNA ang panimulang aklat, sa eukaryotes isang tinanggal na Flap endonuclease enzyme ang panimulang RNA.

Susunod, ang isang DNA ligase ay nagtatakot sa mga katabing mga fragment ng DNA. Ang pagkumpleto ng pagtitiklop ay nangyayari sa dissociation ng mga protina mula sa tinitiklop na tinidor.

Ang pagtitiklop ng DNA sa eukaryotic cell cycle at

Ang pagtitiklop sa mga eukaryote ay nangyayari sa S phase ng cell cycle. Ang mga replicated na molekula ng DNA ay naitago sa dalawang selula ng anak na babae sa panahon ng mitosis. Ang mga phase ng G1 at G2 ay pinaghiwalay ang S phase at mitosis. Ang pag-unlad sa bawat yugto ng cell cycle ay lubos na kinokontrol ng kinases, phosphatases, at mga protease.

Sa G1 phase ng cell cycle, ang pinagmulan ng pagkilala kumplikado (OCR) ay nagbubuklod sa site na pinagmulan. Pinasisigla nito ang pagbubuklod ng mga helicases ng MCM at iba pang mga protina, tulad ng Cdc6 at Cdt1, upang mabuo ang isang pre-replication complex (preRC). Ang helicase ng MCM ay nagbubuklod sa gabay na chain.

Sa phase ng S, ang preRC ay nagiging isang aktibong site ng pagtitiklop. Ang OCR, Cdc6 at Cdt1 protina ay pinakawalan, at ang MCM helicase ay gumagalaw sa direksyon na 3 ′ hanggang 5 ′. Kapag natapos ang pagtitiklop, mai-restart ito sa susunod na siklo ng cell.

Pagtitiklop ng mga dulo ng chromosome sa eukaryotes

Ang mga dulo ng chromosome ay kilala bilang mga telomeres, na binubuo ng paulit-ulit na mga pagkakasunud-sunod ng tandem, at isang 3 ′ na rehiyon na nakausli, 12 hanggang 16 na mga nucleotide ang haba.

Ang polimerase ng DNA ay hindi maaaring magtiklop sa 3 ′ dulo ng mga strand ng DNA. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang polymerase ng DNA ay maaari lamang synthesize ang DNA sa direksyon ng 5'-3 ', at maaari lamang itong pahabain ang mga pre-umiiral na mga strand, nang hindi magagawang synthesize ang isang panimulang aklat sa rehiyon na ito. Dahil dito, ang mga telomeres ay pinaikling sa bawat pag-ikot ng pagtitiklop.

Pinipigilan ng enzyme telomerase ang pag-urong ng mga telomeres. Ang Telomerase ay isang enzyme na nagtataglay ng protina at RNA subunits (TERC). Ang huli ay nagbubuklod sa paulit-ulit na mga pagkakasunud-sunod ng DNA, at pinapayagan ang telomerase na magbigkis sa 3 ′ dulo ng telomere.

Ang isang pagkakasunud-sunod ng RNA sa likod ng site ng junction ay gumana bilang isang template para sa synthesis ng isang anim na pagkakasunud-sunod ng nucleotide (polymerization) sa dulo ng strand ng DNA. Ang pagpapahaba ng Telomere ay catalyzed ng mga subunits ng telomerase, na tinatawag na telomerase reverse transcriptase (TERT).

Matapos ang polimeralisasyon, naganap ang pag-translate, na binubuo ng kilusan ng telomerase sa isang bagong pagtatapos ng chain ng DNA, na sumali sa isa pang anim na nucleotides hanggang sa katapusan.

Ang mga pag-andar ng iba pang mga DNA polymerases sa eukaryotes

Ang polymerase ng DNA ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-alis ng hindi wastong mga batayan mula sa DNA, ngunit hindi ito kasangkot sa pagtitiklop ng DNA.

Maraming natuklasan ang mga polymerase ng DNA ay kabilang sa pangkat ng mga "translesion-replicating" polymerases. Ang mga polymerase na ito ay may pananagutan para sa synthesizing mga pantulong na strands sa isang rehiyon ng nasira na DNA.

Mayroong maraming mga uri ng "translesion-replicating" polymerases. Halimbawa, ang DNA polymerase η ay maaaring magtiklop sa mga thymine dimer, na gawa ng UV light.

Ang pagtitiklop ng DNA sa archaebacteria

Ang replication ng Archaebacterial DNA ay katulad ng sa eukaryotes. Ito ay dahil sa mga sumusunod: 1) ang mga protina na nakikilahok sa pagtitiklop ay mas katulad sa mga eukaryotes kaysa sa mga prokaryotes; at 2) bagaman mayroon lamang isang site ng pagtitiklop tulad ng sa prokaryotes, ang pagkakasunud-sunod nito ay katulad ng lugar ng pinagmulan ng mga eukaryotes.

Ang pagkakapareho sa pagtitiklop sa pagitan ng Archea at eukaryotes ay sumusuporta sa ideya na ang parehong mga pangkat ay phylogenetically na higit na nauugnay sa bawat isa kaysa sa alinman sa prokaryotes.

Mga Sanggunian

1. Brooker, RJ 2018. Pagsusuri at mga prinsipyo ng genetika. McGraw-Hill, New York.
2. Si Hartwell, LH, Goldberg, ML, Fischer, JA, Hood, L. 2018. Mga genetika - mula sa mga gen hanggang sa genom. McGraw-Hill, New York.
3. Kušić-Tišma, J. 2011. Pangunahing mga aspeto ng pagtitiklop ng DNA. Pag-access sa InTech, Croatia.
4. Lewis, R., 2015. Mga konsepto at aplikasyon ng genetics ng tao. McGraw-Hill, New York.
5. Pierce, BA 2005. Mga Genetika - isang diskarte sa konsepto. WH Freeman, New York.