ДНК это генетический материал, который определяет каждую клетку. Перед клетка дублирует и делится на новые дочерние клетки либо через митоз или мейоз, биомолекулы и органеллы должны быть скопированы для распределения по ячейкам. ДНК, найденная в ядро, должен быть реплицирован, чтобы каждая новая ячейка получала правильное число хромосомы. Процесс дублирования ДНК называется Репликация ДНК. Репликация следует за несколькими шагами, которые включают несколько белки называемые ферменты репликации и РНК. В эукариотических клетках, таких как клетки животных и растительные клетки, Репликация ДНК происходит в S фаза интерфазы вовремя клеточный цикл. Процесс репликации ДНК жизненно важен для роста, репарации и размножения клеток в организмах.
ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой тип молекулы, известный как нуклеиновая кислота. Он состоит из 5-углеродного дезоксирибозного сахара, фосфата и азотистого основания. Двухцепочечная ДНК состоит из двух спиральных цепей нуклеиновых кислот, которые скручены в
двойная спираль форма. Такое скручивание позволяет ДНК быть более компактной. Чтобы вписаться в ядро, ДНК упакована в плотно свернутые структуры, называемые хроматин. Хроматин конденсируется с образованием хромосомы во время деления клеток. Перед репликацией ДНК хроматин разрыхляется, обеспечивая механизм репликации клеток для доступа к цепям ДНК.Прежде чем ДНК сможет реплицироваться, двухцепочечная молекула должна быть «расстегнута» на две отдельные цепи. ДНК имеет четыре основания аденин (А), тимин (T), цитозин (С) и гуанин (G) которые образуют пары между двумя нитями. Аденин только в паре с тимином, а цитозин связывается только с гуанином. Чтобы раскрутить ДНК, эти взаимодействия между парами оснований должны быть нарушены. Это выполняется ферментом, известным как ДНК хеликаза. ДНК геликаза разрушает водородная связь между парами оснований, чтобы разделить нити в форме Y, известной как вилка репликации. Эта область будет шаблоном для начала репликации.
ДНК является направленным в обеих нитях, обозначенных 5 'и 3' концом. Эта запись обозначает, к какой боковой группе присоединяется основа ДНК. 5 'конец имеет присоединенную фосфатную (P) группу, тогда как 3 'конец имеет присоединенную гидроксильную (ОН) группу. Эта направленность важна для репликации, так как она прогрессирует только в направлении от 5 'до 3'. Однако вилка репликации является двунаправленной; одна нить ориентирована в направлении от 3 'до 5' (ведущая нить) в то время как другой ориентирован от 5 'до 3' (отстающие нити). Таким образом, две стороны дублируются двумя разными процессами, чтобы приспособиться к разности направлений.
Ведущая нить является самой простой для воспроизведения. Как только нити ДНК были отделены, короткий кусок РНК называется грунтовка привязывается к 3'-концу цепи. Праймер всегда связывается как отправная точка для репликации. Праймеры генерируются ферментом ДНК-примаза.
Ферменты, известные как ДНК-полимеразы несут ответственность за создание новой нити с помощью процесса, называемого удлинением. Существует пять различных известных типов полимераз ДНК. бактерии и клетки человека. В бактериях, таких как Е. палочка, полимераза III является основным ферментом репликации, в то время как полимеразы I, II, IV и V отвечают за проверку и исправление ошибок. ДНК-полимераза III связывается с цепью в сайте праймера и начинает добавлять новые пары оснований, комплементарные цепочке во время репликации. В эукариотических клетках полимеразы альфа, дельта и эпсилон являются основными полимеразами, участвующими в репликации ДНК. Поскольку репликация продолжается в направлении от 5 'до 3' на ведущей нити, вновь сформированная нить является непрерывной.
отстающая нить начинается репликация путем связывания с несколькими праймерами. Каждый праймер находится всего в нескольких основаниях друг от друга. ДНК-полимераза затем добавляет кусочки ДНК, называемые Оказаки фрагменты, чтобы прядь между праймерами. Этот процесс репликации прерывист, поскольку вновь созданные фрагменты разъединены.
Как только непрерывные и прерывистые нити образуются, фермент называется экзонуклеазная удаляет все праймеры РНК с исходных цепей. Эти праймеры затем заменяются соответствующими основаниями. Другая экзонуклеаза «корректирует» вновь сформированную ДНК, чтобы проверить, удалить и заменить любые ошибки. Другой фермент называется ДНК-лигаза соединяет фрагменты Оказаки вместе, образуя единую цепочку. Концы линейной ДНК представляют проблему, поскольку ДНК-полимераза может добавлять нуклеотиды только в направлении от 5 'до 3'. Концы родительских нитей состоят из повторяющихся последовательностей ДНК, называемых теломерами. Теломеры действуют как защитные колпачки на конце хромосом, чтобы предотвратить слияние соседних хромосом. Особый тип фермента ДНК-полимеразы называется теломераза катализирует синтез последовательностей теломер на концах ДНК. После завершения родительская цепь и ее комплементарная цепь ДНК превращаются в знакомую двойная спираль форма. В конце репликация производит два Молекулы ДНКкаждая с одной цепью из родительской молекулы и одной новой цепью.
Репликация ДНК является продукцией идентичной Спирали ДНК из одной молекулы двухцепочечной ДНК. Каждая молекула состоит из цепи исходной молекулы и вновь образованной цепи. До репликации ДНК раскручивается и пряди отделяются. Формируется репликационная вилка, которая служит шаблоном для репликации. Праймеры связываются с ДНК, а ДНК-полимеразы добавляют новые нуклеотидные последовательности в направлении от 5 'до 3'.
Это дополнение непрерывно в ведущей нити и фрагментировано в отстающей нити. Как только удлинение нитей ДНК завершено, нити проверяются на наличие ошибок, производятся ремонтные работы и последовательности теломер добавляются к концам ДНК.