Nukleové kyseliny zohrávajú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní životnej činnosti buniek živých organizmov. Významným predstaviteľom tejto skupiny organických zlúčenín je DNA, ktorá nesie všetky genetické informácie a je zodpovedná za prejavenie potrebných vlastností.
Čo je replikácia?
V procese delenia buniek je potrebné zvýšiť množstvo nukleových kyselín v jadre, aby pri procese nedochádzalo k strate genetickej informácie. V biológii je replikácia duplikáciou DNA prostredníctvom syntézy nových vlákien.
Hlavným účelom tohto procesu je preniesť genetickú informáciu do dcérskych buniek nezmenenú bez akýchkoľvek mutácií.
Enzýmy a proteíny replikácie
Duplikáciu molekuly DNA možno porovnať s akýmkoľvek metabolickým procesom v bunke, ktorý si vyžaduje vhodné proteíny. Keďže replikácia je dôležitou súčasťou bunkového delenia v biológii, je tu zahrnutých veľa pomocných peptidov.
DNA polymeráza je najdôležitejší reduplikačný enzým, ktorý je zodpovednýna syntézu dcérskeho reťazca deoxyribonukleovej kyseliny. V cytoplazme bunky je v procese replikácie nevyhnutná prítomnosť nukleových trifosfátov, ktoré prinášajú všetky nukleové bázy
Tieto bázy sú monoméry nukleových kyselín, takže je z nich zostavený celý reťazec molekuly. DNA polymeráza je zodpovedná za proces zostavovania v správnom poradí, inak sú nevyhnutné všetky druhy mutácií.
- Primáza je proteín, ktorý je zodpovedný za tvorbu priméru na reťazci templátu DNA. Tento primér sa tiež nazýva primér, má štruktúru RNA. Pre enzým DNA polymerázu je dôležitá prítomnosť počiatočných monomérov, z ktorých je možná ďalšia syntéza celého polynukleotidového reťazca. Túto funkciu vykonáva primer a jeho zodpovedajúci enzým.
- Helikáza (helikáza) tvorí replikačnú vidlicu, ktorá je divergenciou matricových reťazcov prerušením vodíkových väzieb. To uľahčuje polymerázam priblížiť sa k molekule a začať syntézu.
- Topoizomeráza. Ak si molekulu DNA predstavíte ako skrútené lano, pri pohybe polymerázy po reťazci sa v dôsledku silného skrútenia vytvorí kladné napätie. Tento problém rieši topoizomeráza, enzým, ktorý na krátky čas preruší reťazec a rozvinie celú molekulu. Potom je poškodená oblasť opäť zošitá a DNA nie je namáhaná.
- Ssb proteíny sa pripájajú ako zhluky k reťazcom DNA na replikačnej vidlici, aby sa zabránilo opätovnému vytvoreniu vodíkových väzieb pred koncom procesu reduplikácie.
- Ligy. Funkcia enzýmuspočíva v prišití Okazakiho fragmentov na zaostávajúce vlákno molekuly DNA. To sa deje vyrezaním primerov a vložením natívnych monomérov deoxyribonukleovej kyseliny na ich miesto.
V biológii je replikácia komplexný viackrokový proces, ktorý je mimoriadne dôležitý pri delení buniek. Preto je pre efektívnu a správnu syntézu nevyhnutné použitie rôznych proteínov a enzýmov.
Mechanizmus reduplikácie
Existujú 3 teórie, ktoré vysvetľujú proces duplikácie DNA:
- Konzervatívec uvádza, že jedna dcérska molekula nukleovej kyseliny má matricový charakter a druhá je úplne syntetizovaná od základov.
- Polokonzervatívna látka navrhnutá Watsonom a Crickom a potvrdená v roku 1957 experimentmi na E. Coli. Táto teória hovorí, že obe dcérske molekuly DNA majú jedno staré vlákno a jedno novo syntetizované.
- Mechanizmus disperzie je založený na teórii, že dcérske molekuly majú po celej dĺžke striedavé úseky, ktoré pozostávajú zo starých aj nových monomérov.
Teraz vedecky overený polokonzervatívny model. Čo je replikácia na molekulárnej úrovni? Na začiatku helikáza preruší vodíkové väzby molekuly DNA, čím otvorí oba reťazce pre enzým polymerázu. Ten po vytvorení semien začne syntézu nových reťazcov v smere 5'-3'.
Vlastnosť antiparalelnosti DNA je hlavným dôvodom tvorby vedúcich a zaostávajúcich reťazcov. Na vedúcom reťazci sa DNA polymeráza pohybuje nepretržite, zatiaľ čo na zaostávatvorí Okazakiho fragmenty, ktoré budú v budúcnosti spojené ligázou.
Funkcie replikácie
Koľko molekúl DNA je v jadre po replikácii? Samotný proces znamená zdvojnásobenie genetického súboru bunky, preto počas syntetického obdobia mitózy má diploidný súbor dvakrát toľko molekúl DNA. Takýto záznam je zvyčajne označený ako 2n 4c.
Okrem biologického významu replikácie našli vedci uplatnenie tohto procesu v rôznych oblastiach medicíny a vedy. Ak je v biológii replikácia duplikáciou DNA, potom v laboratóriu sa reprodukcia molekúl nukleových kyselín používa na vytvorenie niekoľkých tisíc kópií.
Táto metóda sa nazýva polymerázová reťazová reakcia (PCR). Mechanizmus tohto procesu je podobný replikácii in vivo, preto sa na jeho priebeh používajú podobné enzýmy a pufrovacie systémy.
Závery
Replikácia má pre živé organizmy veľký biologický význam. Prenos genetickej informácie počas delenia buniek nie je úplný bez duplikácie molekúl DNA, takže koordinovaná práca enzýmov je dôležitá vo všetkých fázach.
