DNR replikacija

https://www.thoughtco.com/dna-replication-3981005

DNR replikacijos metu, iš vienos „tėvinės“ dvigrandės DNR molekulės yra gaunamos dvi identiškos „dukterinės“ molekulės. Tam, kad būtų lengviau suprasti DNR replikaciją, svarbu žinoti azotinių bazių sekos komplementarumą (adeninas poruojasi su timinu, o guaninas su citozinu) DNR molekulėje. Kadangi bazės tarp dviejų dvigubos DNR spiralės grandinių yra komplementarios, viena iš grandinių yra šablonas kitos grandinės sintezei.

DNR replikacijai yra reikalingi keletas ląstelės baltymų, kurie dalyvauja tam tikruose etapuose. Fermentai, dalyvaujantys DNR replikacijoje, pateikti lentelėje.

DNR girazė	Judant replikacijos šakutei atpalaiduoja superspiralizaciją
DNR ligazė	Sukuria kovalentinius ryšius tarp DNR grandinių; sujungia Okazaki fragmentus ir naujus fragmentas DNR taisyme
DNR polimerazė	Atlieka DNR sintezę; tikrina klaidas ir taiso DNR
Endonukleazė	Kerpa DNR grandinės karkasą; palengvina taisymą ir insercijas
Egzonukleazė	Kerpa DNR nuo jos galų; palengvina taisymą
Helikazė	Atskiria dvigrandės DNR grandines
Metilazė	Prijungia metilo grupes prie naujos DNR bazių
Fotoliazė	Naudoja matomos šviesos energiją, kad atskirtų dėl UV susidariusius pirimidino dimerus
Ribozimas	RNR fermentas, kuris iškerpa intronus ir sujungia egzonus
RNR polimerazė	Sintetina RNR, naudodama DNR šabloną
RNR praimazė	RNR polimerazė, kuri sintetina RNR pradmenis nuo DNR šablono
snRNP	RNR ir baltymų kompleksas, kuris iškerpa intronus ir sujungia egzonus
Topoizomerazė	Judant replikacijos šakutei atpalaiduoja superspiralizaciją; atskiria DNR žiedus pasibaigus DNR replikacijai
Transpozazė	Kerpa DNR karkasą, palikdama viengrandžius „lipnius galus“

DNR replikacija prasideda nuo superspiralizuotos DNR atpalaidavimo. Tą atlieka fermentas topoizomerazė ar girazė. Kai panaikinama DNR superspiralizacija, fermentas helikazė trumpais segmentais atskiria dvi tėvinės DNR grandines vieną nuo kitos. Ląstelės citoplazmoje esantys nukleotidai suporuojami su eksponuotomis viengrandės tėvinės DNR bazėmis: ten, kur yra timinas, antrosios grandinės sintezei tiks adeninas, ten, kur yra guaninas, tik citozinas ir t.t. Netinkamai suporuotos bazės yra pašalinamos ir pakeičiamos replikacijos fermentų. Vos jį sulygavus (suporavus) su šablono baze, naujai pridėtas nukleotidas augančioje DNR grandinėje yra prijungiamas fermento DNR polimerazės. Nauji nukleotidai yra prijungiami, kai tik tėvinės DNR grandinės yra atskiriamos jomis judant tolyn. Vieta, kurioje vyksta replikacija ir telkiasi joje dalyvaujantys fermentai, yra vadinama replikacijos šakute.

Kai replikacijos šakutė juda tėvine DNR, prie kiekvienos iš atskirtų grandinių yra prijungiami nauji nukleotidai. Originali (iš tėvinės DNR gauta) grandinė ir naujai susintetinta grandinė yra sujungiamos ir suvyniojamos (superspiralizuojamos). Kadangi kiekviena nauja dvigrandė DNR molekulė turi vieną originalią (konservatyvią) grandinę ir vieną naują grandinę, replikacijos procesas vadinamas semikonservatyvia replikacija.

https://www.pathwayz.org/Tree/Plain/DNA+REPLICATION+(STAGES+%26+ENZYMES)

DNR replikacijos supratimui, svarbu žinoti ir DNR grandinių padėtį viena kitos atžvilgiu. DNR grandinės yra orientuotos priešingomis kryptimis. Atkreipkite dėmesį, kad kiekvieno nukleotido cukraus molekulėje anglies atomai yra sunumeruoti nuo 1‘ (tariama vienas štricht) iki 5‘. Kad suporuotos bazės būtų viena šalia kitos, cukraus dalis vienoje grandinėje turi būti atvirkščioje padėtyje kitos grandinės atžvilgiu. Galas, su prie 3‘ anglies atomo prijungta hidroksilo (-OH) grupe, vadinamas DNR grandinės 3‘ galu, o galas, su prie 5‘ anglies atomo prijungta fosfato grupe, vadinamas DNR grandinės 5‘ galu. Taip, kaip dvi grandinės susijungia, nurodo, kad vienos grandinės 5‘ → 3‘ kryptis yra priešinga kitos grandinės 5‘ → 3‘ krypčiai. Tokia DNR molekulės struktūra paveikia replikacijos procesą, nes DNR polimerazė naują nukleotidą gali prijungti tik prie 3‘ galo. Be to, kai replikacijos šakutė juda tėvine DNR, dvi naujos grandinės auga priešingomis kryptimis.

DNR replikacija – didelio energijos kiekio reikalaujantis procesas. Reakcijai energijos suteikia nukleotidai – ATP (adenozintrifosfatas). Vienintelis skirtumas tarp ATP ir DNR grandinėje esančio adenino yra cukrus, esantis jų sudėtyse: deoksirobozė įeina į nukleozidus, naudojamus DNR sintezei, o ATP sudėtyje yra ribozė. Kad nukleotidas būtų prijungtas prie augančios DNR grandinės, yra nuskeliamos dvi fosfato grupės (iš trijų). Nukleozido hidrolizė yra egzergoninė ir suteikia energijos naujoms DNR grandinių jungtims.

Dauguma bakterijų, pavyzdžiui, E. coli, turi žiedinę DNR mokulę, todėl DNR replikacija vyksta dvejomis kryptimis vienu metu (tačiau yra ir kitų replikacijos mechanizmų). Dvi replikacijos šakutės juda priešingomis kryptimis nuo replikacijos pradžios taško. Kadangi bakterijų chromosoma yra uždaras ratas, replikacijos šakutės galiausiai susitinka ir replikacija yra užbaigiama. Susidariusius du žiedus vieną nuo kito atskiria fermentas topoizomerazė. Turima įrodymų, kad replikacijos pradžios taškas yra susijęs su bakterijos plazmine membrana. Tai yra svarbu bakterijos dalijimosi metu. Po duplikacijos, kiekviena kopija prijungiama prie membranos priešinguose ląstelės poliuose, kad kiekviena dukterinė ląstelė gautų po vieną DNR molekulės kopiją, tai yra, visą chromosomą.



DNR replikacija yra itin tikslus procesas. Įprastais atvejais replikacijos metu yra padaroma viena klaida iš 1010 įterptų bazių! Toks tikslumas yra pasiekiamas dėl DNR polimerazės gebėjimo taisyti klaidas. Prieš prijungiant naują nukleotidą, fermentas įvertina kiekvienos iš bazių komplementarumą – ar sudarytos taisyklingos poros. Jei buvo padaryta klaida, tai fermentas pašalina neteisingą bazę ir pakeičia ją tinkama. Tokiu būdu DNR yra replikuojama dideliu tikslumu, leidžiančiu kiekvienai dukterinei chromosomai būti identiškai tėvinei DNR.

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai:

• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.210-215