Βήματα αναπαραγωγής DNA και κρίσιμες συχνές ερωτήσεις

Περιεχόμενα

Ποιο είναι το πρώτο βήμα στην αντιγραφή του DNA;

Η διαδικασία της αντιγραφής του DNA ολοκληρώνεται συνήθως σε τρία βήματα, συγκεκριμένα: Έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. 

Η Έναρξη είναι η πρώτη μεταξύ των βημάτων αντιγραφής του DNA. Οι σχετικές πρωτεΐνες, τα ένζυμα και οι υπόλοιποι παράγοντες αναγνωρίζουν κάποιες συγκεκριμένες θέσεις στο DNA, γνωστές ως η αρχή της αντιγραφής, και πυροδοτούν τη διαδικασία αντιγραφής.

Βήματα αντιγραφής DNA
Εικόνα: Η έναρξη είναι το πρώτο βήμα της αντιγραφής του DNA που περιλαμβάνει ξετύλιγμα και σχηματισμό διχάλας αντιγραφής. Πίστωση εικόνας: Wikimedia

Το βήμα έναρξης της αντιγραφής του DNA λαμβάνει χώρα στην ακόλουθη συνέχεια:

  • Ξεκινά σε συγκεκριμένα σημεία μέσα στον κλώνο του DNA που ονομάζεται «προέλευση αντιγραφής» (αναγνωρίζεται από συγκεκριμένες νουκλεοτιδικές αλληλουχίες ή κωδικούς).
  • Προέλευση αντιγραφής) αναγνωρίζονται από τις πρωτεΐνες εκκίνησης
  • Οι πρωτεΐνες εκκίνησης καλούν περισσότερες πρωτεΐνες που υποστηρίζουν τη διαδικασία αναπαραγωγής, πλαισιώνοντας ένα σύμπλεγμα αντιγραφής γύρω από την προέλευση αντιγραφής στο DNA. 
  • Υπάρχουν γενικά πολλαπλές θέσεις για την προέλευση της αντιγραφής και αυτές οι εντοπισμένες τοποθεσίες είναι γνωστές ως διχάλες αντιγραφής (δομή σε σχήμα Υ). 
  • Κάθε προέλευση αντιγραφής έχει ένα δίκρανο διπλής αντιγραφής, που απομακρύνεται από το αντίστοιχο σημείο προέλευσης αντιγραφής σε οποιοδήποτε άκρο της διπλής έλικας DNA.
  • DNA Helicase, η οποία χαλαρώνει τη διπλή έλικα του DNA και διαχωρίζει τους δύο κλώνους που θα χρησιμοποιηθούν ως πρότυπο κλώνο για τη σύνθεση ενός νέου κλώνου DNA (αντίγραφο).
  • Το ξετύλιγμα του DNA συμβαίνει με υδρόλυση του ATP.
  • Οι μονόκλωνες δεσμευτικές πρωτεΐνες (SSB) συνεργάζονται με την ελικάση για να διατηρήσουν το γονικό DNA διπλή έλικα σε ανεπιθύμητη κατάσταση.
  • Το DNA Primase ενσωματώνει έναν εκκινητή RNA μικρού μήκους, ο οποίος λειτουργεί ως «εκκινητής» για την πολυμεράση DNA.
  • Αυτή η πολυμεράση DNA επεκτείνει τα νέα σκέλη του DNA αναγνωρίζοντας τους εκκινητές RNA.
  • Πολυμεράση DNA, εκτελεί τη σύνθεση με τη σειρά 5 ′ έως 3.
  • Το ένα προσθέτει νουκλεοτίδια ξεχωριστά προς το δίκρανο αντιγραφής και το άλλο είναι έτοιμο να προσθέσει μόνο σε θραύσματα.
  • Ο κλώνος στον οποίο προστίθενται συνεχώς νουκλεοτίδια είναι γνωστός ως ο κύριος κλώνος, ενώ ο άλλος κλώνος, που συντίθεται με τη μορφή θραυσμάτων, είναι γνωστός ως ο καθυστερούμενος κλώνος.

Ποια βήματα στην αντιγραφή του DNA περιλαμβάνουν ATP;

Υπάρχουν αρκετές περιπτώσεις στη διαδικασία αντιγραφής του DNA όπου παρατηρείται η κατανάλωση, η συναλλαγή ή η εμπλοκή του ATP. 

Υπάρχουν συγκεκριμένα ένζυμα όπως οι ελικάσες που εμπλέκονται στη διαδικασία αναπαραγωγής που χρησιμοποιούν το ΑΤΡ για να εκτελέσουν τη λειτουργία τους να ξετυλίγουν τη διπλή έλικα του DNA. Το ATP χρησιμοποιείται επίσης στη φωσφορυλίωση ενζύμων αντιγραφής DNA όταν ένα νέο νουκλεοτίδιο προσκολλάται στον αναπτυσσόμενο κλώνο DNA.

Ακολουθούν τα ATP που χρησιμοποιούν τα βήματα της διαδικασίας αναπαραγωγής:

  • Οι ελικόσες DNA είναι βασικά ATP που χρησιμοποιούν ένζυμα που ξετυλίγουν και διαχωρίζουν τους δύο γονικούς κλώνους και τελικά δημιουργούν τις διχαλωτές διχάλες, οι οποίες απομακρύνονται δυναμικά από το σημείο προέλευσης. Η DNA ελικάση υδρολύει το ATP ενώ συνδέεται με μονές αλυσίδες DNA. 
  • Ένα άλλο μέρος, Κατά τον πολυμερισμό του DNA, η πολυμεράση DNA προάγει τη σύνθεση του φωσφοδιεστερικού δεσμού που υδρολύεται από 2 μόρια φωσφορικού άλατος που δίνεται από (βήτα και γάμμα) Φωσφορικό άλας που λαμβάνεται απ 'ευθείας από dNTPs συνήθως το ATP.

Τι είναι η αντιγραφή του DNA στη βιολογία;

Η αντιγραφή του DNA είναι μια ουσιαστική διαδικασία για τη διατήρηση των ζωντανών οργανισμών καθώς αποτελεί προϋπόθεση για τη διαίρεση των κυττάρων

Η αντιγραφή του DNA είναι η αλληλεπίδραση με την οποία διπλασιάζεται το DNA για να δημιουργηθούν δύο κλώνοι DNA πανομοιότυποι στη φύση. Η αντιγραφή είναι μια θεμελιώδης διαδικασία DNA επειδή τα δύο νεοσύστατα κύτταρα πρέπει να περιέχουν παρόμοιο DNA με το μητρικό κύτταρο σε οποιοδήποτε σημείο της κυτταρικής διαίρεσης. 

Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή σχετικά με τη διαδικασία της αντιγραφής:

  • Η αντιγραφή του DNA ξεκινά σε ένα ακριβές σημείο, που ονομάζεται αρχή της αντιγραφής, όπου αρχίζει η χαλάρωση της διπλής έλικας του DNA.
  • Στη συνέχεια σχηματίζεται ένα σύντομο τμήμα του RNA, γνωστό ως εκκινητής και αρχίζει ως στάδιο έναρξης για τη σύνθεση του DNA.
  • Μια πρωτεΐνη που ονομάζεται πολυμεράση DNA στη συνέχεια αρχίζει να αναπαράγει το DNA συντονιζόμενος με βάσεις στον πρώτο κλώνο.
  • Όταν τελειώσει η αντιγραφή, ο εκκινητής RNA αντικαθίσταται με DNA και κάθε διάκενο μεταξύ του πρόσφατα σχηματισμένου κλώνου DNA σταθεροποιείται μαζί με ένζυμα.
  • Η αντιγραφή του DNA είναι μια κρίσιμη διαδικασία. Με αυτόν τον τρόπο, το κύτταρο επεξεργάζεται το πρόσφατα ενσωματωμένο DNA για να εγγυηθεί ότι δεν παρουσιάζονται σφάλματα ή μεταλλάξεις.
  • Όταν το DNA σε ένα κύτταρο αναπαράγεται, το κύτταρο μπορεί να χωριστεί σε δύο διαμερίσματα, το καθένα με ένα δυσδιάκριτο (πανομοιότυπο) αντίγραφο του πρώτου DNA.

Πώς είναι υπεύθυνη η διαδικασία αντιγραφής του DNA για τη διατήρηση της κληρονομικότητας;

Η διαδικασία αντιγραφής του DNA διατηρεί την ακεραιότητα του γονιδιώματος καθώς και την κληρονομικότητα. Το μυστικό υπάρχει στο μοτίβο της αντιγραφής του DNA.

Η αντιγραφή του DNA γίνεται όταν το κύτταρο αντιγράφει το DNA του και το DNA στη συνέχεια διαχωρίζεται μεταξύ δύο νεοσχηματισμένων κυττάρων. Όταν το DNA διπλασιάζεται, εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της περιόδου S του κυτταρικού κύκλου (το S δηλώνει τη σύνθεση). Αυτά τα μέσα έχουν θέση τόσο στη Μίτωση όσο και στη Μέωση Ι. 

Η διαδικασία αντιγραφής του DNA διατηρεί την κληρονομικότητα (γενετική ακεραιότητα) με τους ακόλουθους τρόπους:

  • Τα δύο αντίγραφα είναι φτιαγμένα από το νεοσυντιθέμενο DNA και το παλιό σκέλος του DNA που χρησιμοποιείται ως πρότυπο για τον κόρη του κλώνου DNA. Με αυτόν τον τρόπο, τα δύο θυγατρικά κύτταρα θα έχουν το «ίδιο DNA» (εννοώ παρόμοια ακολουθία) με τα γονικά κύτταρα. 
  • Πολλά συστατικά επεξεργασίας υπάρχουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του DNA, πράγμα που συνεπάγεται μέτρα που μπορούν να αναγνωρίσουν ένα λάθος κατά την αντιγραφή και τελικά να το διορθώσουν. Αυτό διασφαλίζει ότι παρόμοιες γενετικές πληροφορίες που μεταφέρονται από το μητρικό κύτταρο αποστέλλονται στα θυγατρικά του κύτταρα χωρίς λάθη. 
  • Η ίδια η πολυμεράση DNA διαθέτει μια δυνατότητα επεξεργασίας/απόδειξης ανάγνωσης. Εάν συμβεί κάποιο λάθος, επιστρέφει και διαγράφει (όπως το πλήκτρο διαγραφής στον υπολογιστή σας) κάποια απαράδεκτη βάση που μόλις προστέθηκε. 
  • Όπως και να έχει, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα λάθη δεν αναγνωρίζονται και όταν δεν εξαλειφθούν, κάποια απαράδεκτη βάση που προστίθεται μπορεί να επιφέρει μια μετάλλαξη και λέγοντας ότι η μετάλλαξη θα "διορθωθεί".

Τι είναι ένας εκκινητής στην αντιγραφή του DNA;

Ο εκκινητής απαιτείται για να ξεκινήσει η διαδικασία αναπαραγωγής καθώς η πολυμεράση DNA απαιτεί έναν εκκινητή RNA για να ξεκινήσει τη σύνθεση του DNA.

Ένας εκκινητής είναι μια σύντομη αλληλουχία ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) που ξεκινά την αντιγραφή του DNA. Στις ζωντανές μορφές ζωής, οι εκκινητές είναι σύντομα θραύσματα RNA. Το αστάρι πρέπει να σχηματιστεί με τη βοήθεια ενός ενζύμου γνωστό ως πριμάση. Είναι ένα είδος πολυμεράσης RNA πριν μπορέσει να γίνει αντιγραφή του DNA. 

Ο σχηματισμός ενός εκκινητή είναι απαραίτητος επειδή τα ένζυμα που αντιγράφουν το DNA, που ονομάζονται DNA πολυμεράσες, μπορούν να ενώσουν νέα νουκλεοτίδια DNA σε ένα τρέχον σκέλος νουκλεοτιδίων. Ο εκκινητής επομένως χρησιμεύει για την προετοιμασία και τη δημιουργία ενός θεμελίου για την αντιγραφή του DNA.

Ο εκκινητής αφαιρείται πριν ολοκληρωθεί η αντιγραφή του DNA και τα κενά στον κλώνο του DNA γεμίζουν με τη βοήθεια πολυμεράσεων DNA. Οι εκκινητές μπορούν επίσης να σχεδιαστούν και να βελτιστοποιηθούν με ακριβείς αλληλουχίες νουκλεοτιδίων συμπληρωματικές προς τον κλώνο του προτύπου DNA. Στη διαδικασία της αλυσιδωτής αντίδρασης Πολυμεράσης, χρησιμοποιούνται εκκινητές DNA.

Εικόνα: Η πολυμεράση DNA απαιτεί εκκινητές RNA για να ξεκινήσει η διαδικασία αντιγραφής. Πίστωση εικόνας: Wikimedia

Ποιοι είναι μερικοί αναστολείς της αντιγραφής του DNA;

Οι αναστολείς αντιγραφής DNA χρησιμοποιούνται τακτικά σε αντικαρκινικά και αντιιικά σκευάσματα. Οι αναστολείς εμποδίζουν την αντιγραφή του DNA με δύο αλληλένδετους τρόπους: 

•        Απευθείας αλληλεπίδραση με τις προϋποθέσεις που απαιτούνται για τον πολυμερισμό του DNA και την προέλευση αντιγραφής

•        Παρεμβολή στα σημεία ελέγχου. Ο άμεσος προορισμός για «φαρμακολογικούς στόχους» περιλαμβάνει εξαρτώμενες από κυκλίνη κινάσες, πρότυπα DNA, πολυμεράσες DNA, επιμήκυνση αλυσίδας, πρόδρομες δεξαμενές νουκλεοτιδίων. 

Ακολουθούν ορισμένοι λόγοι για τους οποίους τα σημεία ελέγχου είναι σημαντικά κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης και της διαδικασίας αντιγραφής του DNA:

  • Η απάντηση του σημείου ελέγχου ("Intra S-stage") αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά για την ανεπάρκειά του σε αρκετό καιρό από ασθενείς με αταξία τελαγγειεκτασία (AT).
  • Αυτά τα σημεία ελέγχου επιτρέπουν τη διατήρηση της βλάβης του DNA που προκαλείται από τον αναστολέα.
  • Αυτά τα σημεία ελέγχου μπορούν επίσης να προκαλέσουν Απόπτωση (Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος).
  • Πρακτικά, η απόκριση σημείου ελέγχου μπορεί να διακριθεί από το μπλοκ άμεσης αναπαραγωγής όταν το εμπόδιο αναπαραγωγής μπορεί να διευκολυνθεί με καθορισμένους αναστολείς σημείου ελέγχου, για παράδειγμα, Chk1 ή Chk2, αναστολείς ATM/ATR.
Εικόνα: Πιθανές προσεγγίσεις για την αναστολή της διαδικασίας αντιγραφής του DNA. Πίστωση εικόνας: Wikimedia

Σχετικά με τον Δρ. Abdullah Arsalan

Είμαι ο Αμπντουλάχ Αρσλάν, Ολοκλήρωσε το διδακτορικό μου στη Βιοτεχνολογία. Έχω 7 χρόνια ερευνητικής εμπειρίας. Έχω δημοσιεύσει έως τώρα 6 δημοσιεύσεις στα περιοδικά διεθνούς φήμης με μέσο συντελεστή αντίκτυπου 4.5 και λίγα ακόμη είναι υπό εξέταση. Έχω παρουσιάσει ερευνητικές εργασίες σε διάφορα εθνικά και διεθνή συνέδρια. Το αντικείμενο που ενδιαφέρομαι είναι η βιοτεχνολογία και η βιοχημεία με ιδιαίτερη έμφαση στη χημεία πρωτεϊνών, την ενζυμολογία, την ανοσολογία, τις βιοφυσικές τεχνικές και τη μοριακή βιολογία.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/abdullah-arsalan-a97a0a88/) ή του μελετητή Google (https://scholar.google.co.in/citations?user=AeZVWO4AAAAJ&hl=el).

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks