Molekula DNA je štruktúra nachádzajúca sa na chromozóme. Jeden chromozóm obsahuje jednu takúto molekulu pozostávajúcu z dvoch reťazcov. Reduplikácia DNA je prenos informácií po samoreprodukcii vlákien z jednej molekuly do druhej. Je súčasťou DNA aj RNA. Tento článok pojednáva o procese reduplikácie DNA.
Všeobecné informácie a typy syntézy DNA
Je známe, že vlákna v molekule sú skrútené. Keď však začne proces zdvojenia DNA, despiralizujú sa, potom sa presunú do strán a na každej sa syntetizuje nová kópia. Po dokončení sa objavia dve absolútne identické molekuly, z ktorých každá obsahuje materskú a dcérsku niť. Táto syntéza sa nazýva semikonzervatívna. Molekuly DNA sa vzďaľujú, pričom zostávajú v jedinej centromére a nakoniec sa rozchádzajú až vtedy, keď sa táto centroméra začne deliť.
Ďalší typ syntézy sa nazýva reparatívna. On, na rozdiel od predchádzajúceho,spojené s akýmkoľvek bunkovým štádiom, ale začínajú, keď dôjde k poškodeniu DNA. Ak sú príliš rozsiahle, bunka nakoniec zomrie. Ak je však poškodenie lokalizované, potom sa dá opraviť. V závislosti od problému je možné obnoviť jeden alebo dva reťazce DNA. Táto, ako sa tiež nazýva, neplánovaná syntéza netrvá dlho a nevyžaduje veľké náklady na energiu.
Keď však dôjde k zdvojeniu DNA, spotrebuje sa veľa energie, materiálu a jej trvanie sa natiahne na hodiny.
Reduplikácia je rozdelená na tri obdobia:
- iniciácia;
- elongation;
- ukončenie.
Pozrime sa bližšie na túto sekvenciu reduplikácie DNA.
Iniciácia
V ľudskej DNA je niekoľko desiatok miliónov párov báz (u zvierat je ich len stodeväť). Reduplikácia DNA začína na mnohých miestach v reťazci z nasledujúcich dôvodov. Približne v rovnakom čase dochádza k transkripcii v RNA, ale počas syntézy DNA je suspendovaná na niektorých oddelených miestach. Preto sa pred takýmto procesom v cytoplazme bunky nahromadí dostatočné množstvo látky, aby sa zachovala génová expresia a aby nebola narušená životná aktivita bunky. Vzhľadom na to by sa tento proces mal uskutočniť čo najrýchlejšie. Počas tohto obdobia sa vykonáva vysielanie a nevykonáva sa prepis. Štúdie ukázali, že k zdvojeniu DNA dochádza naraz v niekoľkých tisíckach bodov – malých oblastiach s istousekvencia nukleotidov. Sú spojené špeciálnymi iniciačnými proteínmi, ku ktorým sa zasa pripájajú ďalšie enzýmy replikácie DNA.
Fragment DNA, v ktorom prebieha syntéza, sa nazýva replikón. Začína od počiatočného bodu a končí, keď enzým dokončí replikáciu. Replikón je autonómny a dodáva celému procesu aj vlastnú podporu.
Proces nemusí začať od všetkých bodov naraz, niekde začína skôr, niekde neskôr; môže prúdiť jedným alebo dvoma opačnými smermi. Udalosti sa vygenerujú v nasledujúcom poradí:
- replication fork;
- RNA primer.
Replikačná vidlica
Táto časť je proces, ktorým sa syntetizujú deoxyribonukleové vlákna na oddelených vláknach DNA. Vidlice tvoria takzvané reduplikačné oko. Procesu predchádza séria akcií:
- uvoľňovanie z väzby na históny v nukleozóme – enzýmy na reduplikáciu DNA, ako je metylácia, acetylácia a fosforylácia, vytvárajú chemické reakcie, ktoré spôsobujú, že proteíny strácajú svoj pozitívny náboj, čo uľahčuje ich uvoľnenie;
- despiralizácia je odvíjanie, ktoré je potrebné na ďalšie uvoľnenie vlákien;
- prerušenie vodíkových väzieb medzi vláknami DNA;
- ich divergencia v rôznych smeroch molekuly;
- fixácia SSB proteínmi.
RNA primer
Prebieha syntézaenzým nazývaný DNA polymeráza. Nedokáže to však spustiť sám, a tak to robia iné enzýmy – RNA polymerázy, ktoré sa tiež nazývajú RNA primery. Sú syntetizované paralelne s deoxyribonukleovými vláknami podľa komplementárneho princípu. Iniciácia teda končí syntézou dvoch primérov RNA na dvoch reťazcoch DNA, ktoré sú zlomené a oddelené v rôznych smeroch.
Predĺženie
Toto obdobie sa začína pridaním nukleotidu a 3' konca RNA priméru, ktorý realizuje už spomínaná DNA polymeráza. K prvému pripojí druhý, tretí nukleotid atď. Bázy nového vlákna sú spojené s rodičovským reťazcom vodíkovými väzbami. Predpokladá sa, že syntéza vlákna prebieha v smere 5'-3'.
Tam, kde prebieha smerom k replikačnej vidlici, syntéza prebieha nepretržite a pri tom sa predlžuje. Preto sa takéto vlákno nazýva vedenie alebo vedenie. RNA priméry sa na ňom už netvoria.
Na opačnom materskom vlákne sa však nukleotidy DNA naďalej pripájajú k priméru RNA a deoxyribonukleový reťazec sa syntetizuje v opačnom smere od reduplikačnej vidlice. V tomto prípade sa to nazýva lagovanie alebo lagging.
Na zaostávajúcom vlákne prebieha syntéza fragmentárne, kde na konci jednej sekcie začína syntéza na inom mieste v blízkosti s použitím rovnakého RNA primeru. Na zaostávajúcom vlákne sú teda dva fragmenty, ktoré sú spojené DNA a RNA. Nazývajú sa úlomky Okazaki.
Potom sa všetko opakuje. Potom sa odvinie ďalší závit špirály, vodíkové väzby sa prerušia, vlákna sa rozchádzajú do strán, predné vlákno sa predĺži, na zaostávajúcom sa syntetizuje ďalší fragment priméru RNA, po ktorom sa fragment Okazaki. Potom sa na zaostávajúcom vlákne zničia priméry RNA a fragmenty DNA sa spoja do jedného. Takže v tomto okruhu sa deje súčasne:
- tvorba nových RNA primerov;
- syntéza fragmentov Okazaki;
- zničenie RNA primerov;
- zjednotenie do jedného reťazca.
Ukončenie
Proces pokračuje, kým sa nestretnú dve replikačné vidlice alebo kým jedna z nich nedosiahne koniec molekuly. Po stretnutí vidlíc sú dcérske vlákna DNA spojené enzýmom. V prípade, že sa vidlica presunula na koniec molekuly, reduplikácia DNA sa pomocou špeciálnych enzýmov končí.
Oprava
V tomto procese zohráva dôležitú úlohu kontrola (alebo korekcia) reduplikácie. Všetky štyri typy nukleotidov sú dodávané na miesto syntézy a skúšobným párovaním DNA polymeráza vyberie tie, ktoré sú potrebné.
Požadovaný nukleotid musí byť schopný vytvoriť toľko vodíkových väzieb ako rovnaký nukleotid na reťazci templátu DNA. Okrem toho musí existovať určitá konštantná vzdialenosť medzi cukrovo-fosfátovými hlavnými reťazcami, čo zodpovedá trom kruhom v dvoch bázach. Ak nukleotid nespĺňa tieto požiadavky, k spojeniu nedôjde.
Kontrola sa vykonáva pred jeho zaradením do reťazca a predzahrnutie ďalšieho nukleotidu. Potom sa vytvorí väzba v chrbtici fosfátového cukru.
Mutačná variácia
Mechanizmus replikácie DNA má napriek vysokému percentu presnosti vždy poruchy vo vláknach, ktoré sa nazývajú hlavne „génové mutácie“. Približne tisíc párov báz má jednu chybu, ktorá sa nazýva konvariantná reduplikácia.
Stáva sa to z rôznych dôvodov. Napríklad pri vysokej alebo príliš nízkej koncentrácii nukleotidov, deaminácii cytozínu, prítomnosti mutagénov v oblasti syntézy a podobne. V niektorých prípadoch môžu byť chyby opravené procesmi opravy, v iných je oprava nemožná.
Ak sa poškodenie dotklo neaktívneho miesta, chyba nebude mať vážne následky, keď dôjde k procesu reduplikácie DNA. Nukleotidová sekvencia konkrétneho génu sa môže objaviť s nezhodou. Potom je situácia iná a negatívnym výsledkom sa môže stať smrť tejto bunky aj smrť celého organizmu. Treba tiež vziať do úvahy, že génové mutácie sú založené na mutačnej variabilite, vďaka čomu je genofond plastickejší.
Metylácia
V čase syntézy alebo bezprostredne po nej dochádza k metylácii reťazca. Predpokladá sa, že u ľudí je tento proces nevyhnutný na vytvorenie chromozómov a reguláciu génovej transkripcie. V baktériách tento proces slúži na ochranu DNA pred štiepením enzýmami.
