Come si verifica la replicazione del DNA?

Il DNA è un deposito affidabile di informazioni genetiche. Ma è necessario non solo per tenerlo al sicuro, ma anche per trasmetterlo ai posteri. Da questo dipende dal tasso di sopravvivenza. Dopo tutto, i genitori devono trasmettere ai bambini tutto ciò che hanno raggiunto nel corso dell'evoluzione. Contiene tutto, dal numero di arti al colore degli occhi. Certo, i microrganismi hanno molto meno di queste informazioni, ma devono anche essere trasferite. Per questo, la cellula si divide. Per ottenere le informazioni genetiche su entrambe le cellule figlie, è necessario raddoppiarle, questo processo è chiamato "replicazione del DNA". Succede prima divisione cellulare, non importa quale. Potrebbe essere un batterio che ha deciso di moltiplicarsi. Oppure potrebbe essere la crescita di una nuova pelle nel sito del taglio. Il processo di raddoppio dell'acido desossiribonucleico deve essere chiaramente regolato e completato prima dell'inizio della divisione cellulare.

Dov'è il raddoppio

La replicazione del DNA avviene direttamente nel nucleo (negli eucarioti) o nel citoplasma (nei procarioti). L'acido nucleico è costituito da nucleotidi - adenina, timina, citosina e guanina. Entrambe le catene della molecola sono costruite secondo il principio di complementarità: la timina corrisponde all'adenina in una catena e la citosina corrisponde alla guanina. Il raddoppio della molecola deve procedere in modo tale che il principio di complementarità sia preservato anche nelle eliche della figlia.

Inizia la replica - iniziazione

Acido desossiribonucleico è un'elica a doppio filamento. La replicazione del DNA si verifica completando le catene figlie lungo ciascuna catena parentale. Per rendere possibile questa sintesi, le spirali devono essere "disfatte" e le catene dovrebbero essere separate l'una dall'altra. Questo ruolo è svolto dall'helicase - esso gira la spirale dell'acido desossiribonucleico, ruotando ad alta velocità. L'inizio del raddoppio del DNA non può iniziare da nessun luogo: un processo così complesso richiede una certa parte della molecola, il sito di inizio della replicazione. Dopo che il punto di raddoppio iniziale è stato determinato, e l'elicasi ha iniziato il suo lavoro per districare l'elica, le catene del DNA divergono ai lati, formando una forcella replicativa. Siedono la DNA polimerasi. Sono loro che sintetizzeranno le catene dei bambini.

allungamento

In una molecola di acido desossiribonucleico si possono formare da 5 a 50 forchette replicative. La sintesi delle catene figlie avviene simultaneamente in diverse regioni della molecola. Ma non è facile integrare i nucleotidi complementari. catena acido nucleico antiparallelo l'un l'altro. L'orientamento diverso della catena parentale influisce sul raddoppiamento, questo ha portato a un complesso meccanismo di replicazione del DNA. Una delle catene viene completata continuamente dalla sussidiaria e viene chiamata la principale. È giusto, perché la polimerasi è molto conveniente per collegare un nucleotide libero alla fine 3'-OH del precedente. Questa sintesi è continua, in contrasto con il processo sulla seconda catena.

Catena ritardata, frammenti di O'Kazaki

Con l'altra catena ci sono difficoltà, perché c'è un 5 'libero a cui è impossibile collegare un nucleotide libero. Quindi la DNA polimerasi agisce sull'altro lato. Per completare la catena secondaria, viene creato un primer complementare alla catena principale. È formato alle spine più replicative. Da qui inizia la sintesi di un piccolo pezzo, ma sul percorso "giusto" - l'attaccamento dei nucleotidi avviene all'estremità 3 '. Pertanto, il completamento della catena alla seconda elica della figlia si verifica a intermittenza e ha la direzione opposta al movimento della forcella replicativa. Questi frammenti sono stati chiamati frammenti O'Kazaki, hanno una lunghezza di circa 100 nucleotidi. Dopo che il frammento è stato completato per il pezzo finito precedente, i primer sono tagliati con un enzima speciale, il luogo del ritaglio è riempito con i nucleotidi mancanti.

fine

Il raddoppio è completato quando entrambe le catene hanno finito di costruire i loro figli, e tutti i frammenti O'Kazaki sono cuciti insieme. Negli eucarioti, la replicazione del DNA termina quando le forche replicative si incontrano. E nei procarioti, questa molecola è circolare e il processo del suo raddoppiamento avviene senza prima interrompere la catena. Si scopre che tutto l'acido desossiribonucleico è un grande replicone. E il raddoppio finisce quando si trovano le forche replicative sul lato opposto dell'anello. Dopo la fine della replicazione, entrambe le catene dell'acido desossiribonucleico principale devono essere ricollegate, dopo di che entrambe le molecole si torcono prima della formazione dei superspirali. Ulteriori metilazione di entrambi si verifica. Molecole di DNA su adenina nella trama-GATZ-. Ciò non disconnette le catene e non interferisce con la loro complementarità. Questo è necessario per il ripiegamento delle molecole nei cromosomi, così come per la regolazione della lettura dei geni.

Velocità e precisione della replica

Il secondo stadio del raddoppio del DNA (allungamento) avviene ad una velocità di circa 700 nucleotidi al secondo. Se ricordiamo che ci sono 10 coppie monomeriche per spin di acido nucleico, si scopre che durante lo "svolgimento" la molecola ruota ad una frequenza di 70 giri al secondo. Per confronto: la velocità di rotazione del dispositivo di raffreddamento nell'unità di sistema del computer è di circa 500 giri al secondo. Ma nonostante le alte percentuali, la DNA polimerasi non commette quasi mai errori. Dopotutto, lei prende solo i nucleotidi complementari. Ma anche se commette un errore, la DNA polimerasi la riconosce, fa un passo indietro, strappa il monomero sbagliato e lo sostituisce con quello giusto. Il meccanismo della replicazione del DNA è molto complicato, ma siamo riusciti a distinguere i punti principali. È importante capire il suo significato per entrambi i microrganismi e le creature pluricellulari.