Меню ☰
PortalBio
  • Сегодня: 12 ноября (вторник)
news-details
РАЗНОЕ

Этапы и процесс репликации ДНК

Зачем копировать ДНК?

ДНК - это генетический материал, который определяет каждую клетку. Прежде чем клетка дублируется и разделяется на новые дочерние клетки посредством митоза или мейоза , необходимо скопировать биомолекулы и органеллы , чтобы распределить их по клеткам. ДНК найденная в ядре , должна быть реплицирована, чтобы гарантировать, что каждая новая клетка получает правильное количество хромосом . Процесс дублирования ДНК называется репликацией ДНК .

Краткая описания

  • Дезоксирибонуклеиновая кислота, известная как ДНК, представляет собой нуклеиновую кислоту, которая имеет три основных компонента: дезоксирибозный сахар, фосфат и азотистое основание.

  • Поскольку ДНК содержит генетический материал для организма, важно, чтобы он был скопирован, когда клетка делится на дочерние клетки. Процесс, который копирует ДНК, называется репликацией.

  • Репликация включает производство идентичных спиралей ДНК из одной двухцепочечной молекулы ДНК.

  • Ферменты жизненно важны для репликации ДНК, поскольку они катализируют очень важные этапы процесса.

  • Общий процесс репликации ДНК чрезвычайно важен как для роста клеток, так и для размножения в организмах. Это также жизненно важно в процессе восстановления клеток.

Структура ДНК

ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота - это 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 форму двойной спирали . Такое скручивание позволяет ДНК быть более компактной. Чтобы вписаться в ядро, ДНК упакована в плотно свернутые структуры, называемые хроматином . Хроматин конденсируется с образованием хромосом во время деления клеток. До репликации ДНК хроматин разрыхляется, предоставляя клеточному аппарату репликации доступ к цепям ДНК.

Подготовка к тиражированию

Шаг 1: Формирование

Прежде чем ДНК сможет реплицироваться, двухцепочечная молекула должна быть «расстегнута» на две отдельные цепи. ДНК имеет четыре основания: аденин (A) , тимин (T) , цитозин (C) 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- геликаза . ДНК-геликаза разрушает водородную связь между парами оснований, разделяя цепи в Y-образную форму, известную как вилка репликации . Эта область будет шаблоном для начала репликации.

ДНК направлена ​​в обе цепи, обозначена 5 'и 3' концом. Эта запись обозначает, к какой боковой группе присоединяется основа ДНК. 5' конца имеет фосфат (Р) группу , присоединенную, а 3' - конец имеет гидроксильную (ОН) группу , присоединенную. 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), а другая - от 5 'до 3' (запаздывающая нить) . Таким образом, две стороны дублируются двумя разными процессами, чтобы приспособиться к разности направлений.

Репликация начинается

Шаг 2: Связывание праймера

Ведущая нить является самой простой для копирования. Как только нити ДНК были отделены, короткий участок РНК, называемый праймером, связывается с 3'-концом нити. Праймер всегда связывается как отправная точка для репликации. Праймеры генерируются ферментом ДНК-примазой .

Репликация ДНК: удлинение

ДНК-полимеразы (синие) присоединяются к ДНК и удлиняют новые цепи путем добавления нуклеотидных оснований.UIG / Getty Images

Шаг 3: Удлинение

Ферменты, известные как ДНК-полимеразы , ответственны за создание новой цепи с помощью процесса, называемого удлинением. Существует пять различных известных типов ДНК-полимераз в бактериях и клетках человека . У бактерий, таких как кишечная палочка, полимераза III является основным ферментом репликации, тогда как полимераза I, II, IV и V ответственна за проверку и исправление ошибок. ДНК-полимераза III связывается с цепью в сайте праймера и начинает добавление новых пар оснований, комплементарных цепи, 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 начинает репликацию посредством связывания с несколькими праймерами. Каждый праймер имеет только несколько оснований. Затем ДНК-полимераза добавляет фрагменты ДНК, называемые фрагментами Окадзаки , к цепи между праймерами. Этот процесс репликации прерывист, поскольку вновь созданные фрагменты разъединены.

Шаг 4: Завершение

После образования как непрерывных, так и прерывистых цепей фермент, называемый экзонуклеазой, удаляет все РНК-праймеры с исходных цепей. Эти праймеры затем заменяются соответствующими основаниями. Другая экзонуклеаза «корректирует» вновь сформированную ДНК, чтобы проверить, удалить и заменить любые ошибки. Другой фермент, называемый ДНК-лигаза, соединяет фрагменты окадзаки, 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. Специальный тип фермента ДНК-полимеразы, называемый теломеразой катализирует синтез последовательностей теломер на концах ДНК.

Ферменты репликации

Репликация ДНК не происходила бы без ферментов, которые катализируют различные стадии процесса. Ферменты, которые участвуют в процессе репликации эукариотической ДНК, включают:

  • ДНК хеликазы - раскручивает и отделяет двухцепочечную ДНК, когда она движется вдоль ДНК. Он формирует репликационную вилку, разрывая водородные связи между нуклеотидными парами в ДНК.

  • ДНК-примаза - тип РНК-полимеразы, которая генерирует РНК-праймеры. Праймеры - это короткие молекулы РНК, которые действуют как матрицы для начальной точки репликации ДНК.

  • ДНК-полимеразы - синтезируют новые молекулы ДНК, добавляя нуклеотиды к ведущим и отстающим цепям ДНК.

  • Топоизомераза или ДНК-гираза - разматывает и перематывает нити ДНК, чтобы предотвратить спутывание или суперскрученность ДНК.

  • Экзонуклеазы - группа ферментов, которые удаляют нуклеотидные основания с конца цепи ДНК.

  • ДНК-лигаза - соединяет фрагменты ДНК вместе, образуя фосфодиэфирные связи между нуклеотидами.

Резюме репликации ДНК

Репликация ДНК.Фрэнсис Леруа / Getty Images

Репликация ДНК - это производство идентичных спиралей ДНК из одной двухцепочечной молекулы 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 цепей ДНК завершено, цепочки проверяются на наличие ошибок, производятся ремонтные работы и последовательности теломер добавляются к концам ДНК.

  • Теги
  • #Репетиторпобиологии
  • #Этапы
  • #процесс
  • #репликации
  • #ДНК

Если материал был полезен и интересен, оставляйте реакции (лайки и комментарии). Обратная связь очень важна!

Почетный работник сферы образования РФ author

Леонтьева Юлия Владимировна ЧАТ

Учитель биологии. Высшая квалификационная категория. Почетный работник сферы образования РФ.

Материалы проверены