DNA molekul on kromosoomis leiduv struktuur. Üks kromosoom sisaldab ühte sellist molekuli, mis koosneb kahest ahelast. DNA reduplikatsioon on teabe ülekandmine pärast niitide isereproduktsiooni ühest molekulist teise. See on omane nii DNA-le kui ka RNA-le. Selles artiklis käsitletakse DNA reduplikatsiooni protsessi.
Üldine teave ja DNA sünteesi tüübid
On teada, et niidid molekulis on keerdunud. Kui aga DNA reduplikatsiooniprotsess algab, siis nad despiraliseerivad, seejärel liiguvad külgedele ja igaühel sünteesitakse uus koopia. Lõpetamisel ilmuvad kaks absoluutselt identset molekuli, millest igaüks sisaldab ema- ja tütarniiti. Seda sünteesi nimetatakse poolkonservatiivseks. DNA molekulid eemalduvad, jäädes samas ühte tsentromeeri, ja lõpuks lahknevad alles siis, kui see tsentromeer hakkab jagunema.
Teist tüüpi sünteesi nimetatakse reparatiivseks. Ta, erinev alt eelmisest,mis on seotud mis tahes raku staadiumiga, kuid algab siis, kui tekib DNA kahjustus. Kui need on liiga ulatuslikud, sureb rakk lõpuks. Kui kahjustus on aga lokaalne, saab seda parandada. Olenev alt probleemist tuleb taastada üks või kaks DNA ahelat. See, nagu seda ka nimetatakse, planeerimata süntees ei võta kaua aega ega nõua suuri energiakulusid.
Kuid kui toimub DNA reduplikatsioon, kulub palju energiat, materjali, selle kestus venib tundideks.
Redubleerimine jaguneb kolmeks perioodiks:
- algatamine;
- pikenemine;
- lõpetamine.
Vaatleme seda DNA reduplikatsioonijärjestust lähem alt.
Algatamine
Inimese DNA-s on mitukümmend miljonit aluspaari (loomadel on neid vaid sada üheksa). DNA reduplikatsioon algab ahelas paljudes kohtades järgmistel põhjustel. Umbes samal ajal toimub transkriptsioon RNA-s, kuid see suspendeeritakse DNA sünteesi käigus mõnes eraldi kohas. Seetõttu koguneb enne sellist protsessi raku tsütoplasmasse piisav kogus ainet, et säilitada geeniekspressiooni ja et raku elutegevus ei oleks häiritud. Seda silmas pidades tuleks protseduur läbi viia nii kiiresti kui võimalik. Sel perioodil edastatakse ja transkriptsiooni ei tehta. Uuringud on näidanud, et DNA reduplikatsioon toimub korraga mitmes tuhandes punktis – väikestes piirkondades teatud kindlaganukleotiidide järjestus. Nendega liituvad spetsiaalsed initsiaatorvalgud, millega omakorda liituvad teised DNA replikatsiooni ensüümid.
DNA fragmenti, kus süntees toimub, nimetatakse replikoniks. See algab alguspunktist ja lõpeb siis, kui ensüüm on replikatsiooni lõpetanud. Replikon on autonoomne ja varustab kogu protsessi ka oma toega.
Protsess ei pruugi alata kõigist punktidest korraga, kuskil algab see varem, kuskil hiljem; võib voolata ühes või kahes vastassuunas. Sündmused toimuvad genereerimisel järgmises järjekorras:
- replikatsioonikahvel;
- RNA praimer.
Replikatsioonikahvel
See osa on protsess, mille käigus desoksüribonukleiinsed ahelad sünteesitakse DNA eraldunud ahelatel. Kahvlid moodustavad nn reduplikatsioonisilma. Protsessile eelneb rida toiminguid:
- vabanemine nukleosoomi histoonidega seondumisest – DNA reduplatsiooniensüümid, nagu metüülimine, atsetüülimine ja fosforüülimine, tekitavad keemilisi reaktsioone, mis põhjustavad valkude positiivse laengu kaotust, mis hõlbustab nende vabanemist;
- despiralisatsioon on lahtikeeramine, mis on vajalik niitide edasiseks vabastamiseks;
- DNA ahelate vaheliste vesiniksidemete katkestamine;
- nende lahknemine molekuli eri suundades;
- fiksatsioon SSB valkudega.
RNA praimer
Süntees viiakse läbiensüüm nimega DNA polümeraas. Kuid ta ei saa seda iseseisv alt käivitada, seega teevad seda teised ensüümid - RNA polümeraasid, mida nimetatakse ka RNA praimeriteks. Neid sünteesitakse paralleelselt desoksüribonukleiinsete ahelatega vastav alt komplementaarsele põhimõttele. Seega lõpeb initsiatsioon kahe RNA praimeri sünteesiga kahel DNA ahelal, mis on erinevates suundades katki ja eraldunud.
Pikenemine
See periood algab nukleotiidi ja RNA praimeri 3' otsa lisamisega, mille viib läbi juba mainitud DNA polümeraas. Esimese külge kinnitab ta teise, kolmanda nukleotiidi ja nii edasi. Uue ahela alused on põhiahelaga ühendatud vesiniksidemetega. Arvatakse, et filamentide süntees toimub 5'-3' suunas.
Kui see toimub replikatsioonikahvli suunas, toimub süntees pidev alt ja pikeneb seda tehes. Seetõttu nimetatakse sellist lõime juhtivaks või juhtivaks. Sellel ei teki enam RNA praimereid.
Kuid vastassuunalisel emaahelal jätkavad DNA nukleotiidide kinnitumist RNA praimeri külge ja desoksüribonukleiinahelat sünteesitakse reduplikatsioonikahvlile vastupidises suunas. Sel juhul nimetatakse seda mahajäämiseks või mahajäämiseks.
Mahajäänud ahelal toimub süntees fragmentaarselt, kus ühe lõigu lõpus algab süntees teisest lähedalasuvast kohas, kasutades sama RNA praimerit. Seega on mahajäänud ahelal kaks fragmenti, mis on ühendatud DNA ja RNA kaudu. Neid nimetatakse Okazaki fragmentideks.
Siis kõik kordub. Seejärel rullub lahti veel üks spiraali pööre, vesiniksidemed katkevad, ahelad lahknevad külgedele, juhtiv ahel pikeneb, mahajäävale sünteesitakse järgmine RNA praimeri fragment, mille järel Okazaki fragment. Pärast seda hävitatakse mahajäänud ahelal RNA praimerid ja DNA fragmendid ühendatakse üheks. Nii et sellel vooluringil toimub korraga:
- uute RNA praimerite moodustumine;
- Okazaki fragmentide süntees;
- RNA praimerite hävitamine;
- taasühendamine üheks ahelaks.
Lõpetamine
Protsess jätkub, kuni kaks replikatsioonikahvlit kohtuvad või üks neist jõuab molekuli lõpuni. Pärast kahvlite kohtumist ühendatakse DNA tütarahelad ensüümi abil. Juhul, kui kahvel on liikunud molekuli lõppu, lõpeb DNA reduplikatsioon spetsiaalsete ensüümide abil.
Parandus
Selles protsessis on oluline roll reduplikatsiooni juhtimisel (või korrigeerimisel). Kõik neli tüüpi nukleotiidid suunatakse sünteesikohta ja katsepaarimise teel valib DNA polümeraas need, mis on vajalikud.
Soovitav nukleotiid peab suutma moodustada sama palju vesiniksidemeid kui sama nukleotiid DNA matriitsi ahelas. Lisaks peab suhkru-fosfaadi selgroo vahel olema teatud konstantne vahemaa, mis vastab kolmele rõngale kahes aluses. Kui nukleotiid nendele nõuetele ei vasta, siis ühendust ei teki.
Kontroll viiakse läbi enne selle ahelasse kaasamist ja ennejärgmise nukleotiidi kaasamine. Pärast seda moodustub suhkrufosfaadi karkassis side.
Mutatsiooniline variatsioon
DNA replikatsiooni mehhanismis on vaatamata suurele täpsusprotsendile alati keermetes häireid, mida nimetatakse peamiselt "geenimutatsioonideks". Ligikaudu tuhandel aluspaaril on üks viga, mida nimetatakse konvariantseks reduplikatsiooniks.
See juhtub erinevatel põhjustel. Näiteks nukleotiidide kõrgel või liiga madalal kontsentratsioonil, tsütosiini deaminatsioonil, mutageenide esinemisel sünteesipiirkonnas jne. Mõnel juhul saab vigu parandada parandusprotsesside abil, mõnel juhul muutub parandamine võimatuks.
Kui kahjustus on puudutanud mitteaktiivset kohta, ei ole veal DNA reduplikatsiooniprotsessi toimumisel tõsiseid tagajärgi. Konkreetse geeni nukleotiidjärjestus võib ilmneda ebakõlaga. Siis on olukord teine ja negatiivseks tulemuseks võib saada nii selle raku kui ka kogu organismi surm. Arvestada tuleks ka sellega, et geenimutatsioonid põhinevad mutatsioonilisel varieeruvusel, mis muudab geenifondi plastilisemaks.
Metüülimine
Sünteesi ajal või vahetult pärast seda toimub ahela metüülimine. Arvatakse, et inimestel on see protsess vajalik kromosoomide moodustamiseks ja geenide transkriptsiooni reguleerimiseks. Bakterites kaitseb see protsess DNA-d ensüümide poolt lõikamise eest.
