Nukleiinhapetel on oluline roll elusorganismide rakkude elutegevuse tagamisel. Selle orgaaniliste ühendite rühma oluline esindaja on DNA, mis kannab kogu geneetilist teavet ja vastutab vajalike tunnuste avaldumise eest.
Mis on replikatsioon?
Rakkude jagunemise protsessis on vaja suurendada nukleiinhapete hulka tuumas, et protsessi käigus ei kaoks geneetilise informatsiooni. Bioloogias on replikatsioon DNA dubleerimine uute ahelate sünteesi kaudu.
Selle protsessi põhieesmärk on geneetilise teabe ülekandmine tütarrakkudele muutumatul kujul ilma mutatsioonideta.
Replikatsiooniensüümid ja valgud
DNA molekuli dubleerimist võib võrrelda mis tahes rakus toimuva metaboolse protsessiga, mis nõuab vastavaid valke. Kuna replikatsioon on bioloogias rakkude jagunemise oluline komponent, on siin kaasatud palju abipeptiide.
DNA polümeraas on kõige olulisem vastutav reduplikatsiooniensüümdesoksüribonukleiinhappe tütarahela sünteesiks. Raku tsütoplasmas on replikatsiooniprotsessis kohustuslik nukleiintrifosfaatide olemasolu, mis toovad kaasa kõik nukleiinalused
Need alused on nukleiinhappe monomeerid, nii et kogu molekuli ahel on nendest üles ehitatud. DNA polümeraas vastutab monteerimisprotsessi õiges järjekorras, vastasel juhul on igasugused mutatsioonid vältimatud.
- Primaas on valk, mis vastutab praimeri moodustumise eest DNA matriitsi ahelas. Seda praimerit nimetatakse ka praimeriks, sellel on RNA struktuur. DNA polümeraasi ensüümi jaoks on oluline algsete monomeeride olemasolu, millest on võimalik kogu polünukleotiidahela edasine süntees. Seda funktsiooni täidavad praimer ja sellele vastav ensüüm.
- Helikaas (helikaas) moodustab replikatsioonikahvli, mis kujutab endast maatriksiahelate lahknemist vesiniksidemete purustamise tõttu. Nii on polümeraasidel lihtsam molekulile läheneda ja sünteesi alustada.
- Topoisomeraas. Kui kujutate DNA molekuli ette keerutatud trossina, siis polümeraasi mööda ahelat liikudes tekib tugeva keerdumise tõttu positiivne pinge. Selle probleemi lahendab topoisomeraas, ensüüm, mis katkestab ahela lühikeseks ajaks ja voldib lahti kogu molekuli. Pärast seda õmmeldakse kahjustatud piirkond uuesti kokku ja DNA-d ei koormata.
- Ssb valgud kinnituvad nagu klastrid DNA ahelatele replikatsioonikahvli juures, et vältida vesiniksidemete uuesti moodustumist enne reduplikatsiooniprotsessi lõppu.
- Liigad. Ensüümi funktsioonseisneb Okazaki fragmentide õmblemises DNA molekuli mahajäänud ahelale. Selleks lõigatakse välja praimerid ja sisestatakse nende asemele natiivsed desoksüribonukleiinhappe monomeerid.
Bioloogias on replikatsioon keeruline mitmeetapiline protsess, mis on rakkude jagunemisel äärmiselt oluline. Seetõttu on tõhusaks ja õigeks sünteesiks vajalik erinevate valkude ja ensüümide kasutamine.
Redubleerimismehhanism
DNA dubleerimise protsessi selgitavad kolm teooriat:
- Konservatiivne väidab, et nukleiinhappe ühel tütarmolekulil on maatriks iseloom ja teine sünteesitakse täielikult nullist.
- Poolkonservatiiv, mille pakkusid välja Watson ja Crick ja mida kinnitasid 1957. aastal E. Coli peal tehtud katsed. See teooria ütleb, et mõlemal DNA tütarmolekulil on üks vana ahel ja üks äsja sünteesitud ahel.
- Dispersioonimehhanism põhineb teoorial, et tütarmolekulidel on kogu pikkuses vahelduvad lõigud, mis koosnevad nii vanadest kui ka uutest monomeeridest.
Nüüd teaduslikult tõestatud poolkonservatiivne mudel. Mis on replikatsioon molekulaarsel tasemel? Alguses katkestab helikaas DNA molekuli vesiniksidemed, avades seeläbi polümeraasi ensüümi jaoks mõlemad ahelad. Viimased alustavad pärast seemnete moodustumist uute ahelate sünteesi suunas 5'-3'.
DNA antiparallelsuse omadus on juhtivate ja mahajäänud ahelate moodustumise peamine põhjus. Juhtahelal liigub DNA polümeraas pidev alt, samas kui mahajäänud ahelassee moodustab Okazaki fragmente, mis liidetakse tulevikus ligaasiga.
Replikatsiooni omadused
Mitu DNA molekuli on tuumas pärast replikatsiooni? Protsess ise tähendab raku geneetilise komplekti kahekordistamist, seetõttu on mitoosi sünteetilisel perioodil diploidses komplektis kaks korda rohkem DNA molekule. Selline kirje on tavaliselt tähistatud kui 2n 4c.
Lisaks replikatsiooni bioloogilisele tähendusele on teadlased leidnud protsessi rakendust erinevates meditsiini ja teaduse valdkondades. Kui bioloogias on replikatsioon DNA dubleerimine, siis laboris kasutatakse nukleiinhappemolekulide reprodutseerimist mitme tuhande koopia loomiseks.
Seda meetodit nimetatakse polümeraasi ahelreaktsiooniks (PCR). Selle protsessi mehhanism on sarnane in vivo replikatsiooniga, seetõttu kasutatakse selle käigus sarnaseid ensüüme ja puhversüsteeme.
Järeldused
Replikatsioonil on elusorganismide jaoks suur bioloogiline tähtsus. Geneetilise informatsiooni ülekanne raku jagunemise ajal ei ole täielik ilma DNA molekulide dubleerimiseta, seega on ensüümide koordineeritud töö oluline kõikides etappides.
