O moleculă de ADN este o structură găsită pe un cromozom. Un cromozom conține o astfel de moleculă constând din două catene. Reduplicarea ADN-ului este transferul de informații după auto-reproducerea firelor de la o moleculă la alta. Este inerent atât în ADN, cât și în ARN. Acest articol discută despre procesul de duplicare a ADN-ului.
Informații generale și tipuri de sinteză ADN
Se știe că firele din moleculă sunt răsucite. Cu toate acestea, atunci când începe procesul de reduplicare a ADN-ului, ei se despiralizează, apoi se deplasează în lateral și se sintetizează o nouă copie pe fiecare. La finalizare, apar două molecule absolut identice, fiecare dintre ele conținând un fir de mamă și fiică. Această sinteză se numește semi-conservativă. Moleculele de ADN se îndepărtează, rămânând în același timp într-un singur centromer, și în cele din urmă diverg numai atunci când acest centromer începe să se dividă.
Un alt tip de sinteză se numește reparatorie. El, spre deosebire de precedentul,asociat cu orice etapă celulară, dar începe atunci când apare deteriorarea ADN-ului. Dacă sunt prea extinse, atunci celula moare în cele din urmă. Cu toate acestea, dacă deteriorarea este localizată, atunci poate fi reparată. În funcție de problemă, o singură sau două catene de ADN sunt supuse restaurării. Aceasta, cum se mai spune, sinteza neprogramată nu durează mult timp și nu necesită costuri mari de energie.
Dar atunci când are loc reduplicarea ADN-ului, se consumă multă energie, material, durata sa se întinde ore în șir.
Reduplicarea este împărțită pe trei perioade:
- inițiere;
- alungire;
- terminare.
Să aruncăm o privire mai atentă la această secvență de reduplicare a ADN-ului.
Inițiere
Există câteva zeci de milioane de perechi de baze în ADN-ul uman (există doar o sută nouă la animale). Reduplicarea ADN-ului începe în multe locuri din lanț din următoarele motive. Aproximativ în același timp, transcripția are loc în ARN, dar este suspendată în unele locuri separate în timpul sintezei ADN-ului. Prin urmare, înainte de un astfel de proces, în citoplasma celulei se acumulează o cantitate suficientă dintr-o substanță pentru a menține expresia genelor și pentru ca activitatea vitală a celulei să nu fie perturbată. Având în vedere acest lucru, procesul ar trebui să fie efectuat cât mai repede posibil. Se efectuează difuzarea în această perioadă, iar transcrierea nu este efectuată. Studiile au arătat că reduplicarea ADN-ului are loc deodată în câteva mii de puncte - zone mici cu un anumitsecvență de nucleotide. Acestea sunt alăturate de proteine inițiatoare speciale, care la rândul lor sunt unite de alte enzime de replicare a ADN-ului.
Fragmentul de ADN în care are loc sinteza se numește replicon. Începe de la punctul de început și se termină când enzima își încheie replicarea. Repliconul este autonom și oferă, de asemenea, întregului proces propriul suport.
Procesul poate să nu înceapă din toate punctele deodată, undeva începe mai devreme, undeva mai târziu; poate curge în una sau două direcții opuse. Evenimentele apar în următoarea ordine când sunt generate:
- replicare furk;
- Primar ARN.
Fork de replicare
Această parte este procesul prin care catenele dezoxiribonucleice sunt sintetizate pe catenele detașate de ADN. Furcile formează așa-numitul ochi de reduplicare. Procesul este precedat de o serie de acțiuni:
- eliberare de la legarea la histonele din nucleozom - enzimele de reduplicare a ADN-ului precum metilarea, acetilarea și fosforilarea produc reacții chimice care fac ca proteinele să-și piardă încărcătura pozitivă, ceea ce facilitează eliberarea lor;
- despiralizarea este derularea necesară pentru a elibera în continuare firele;
- ruperea legăturilor de hidrogen dintre catenele de ADN;
- divergența lor în diferite direcții ale moleculei;
- fixare prin proteine SSB.
Primar ARN
Sinteza se efectueazăo enzimă numită ADN polimerază. Cu toate acestea, nu poate începe singur, așa că o fac și alte enzime - ARN polimeraze, care sunt numite și primeri ARN. Ele sunt sintetizate în paralel cu catenele dezoxiribonucleice după principiul complementar. Astfel, inițierea se termină cu sinteza a doi primeri ARN pe două catene de ADN care sunt rupte și detașate în direcții diferite.
Alungire
Această perioadă începe cu adăugarea unei nucleotide și a capătului 3’ al primerului ARN, care este realizat de ADN polimeraza deja menționată. La prima, ea atașează a doua, a treia nucleotidă și așa mai departe. Bazele noii catene sunt conectate la lanțul părinte prin legături de hidrogen. Se crede că sinteza filamentului se desfășoară în direcția 5’-3’.
Acolo unde are loc spre furca de replicare, sinteza se desfășoară continuu și se alungește pe măsură ce face acest lucru. Prin urmare, un astfel de fir se numește conducător sau conducător. Primerii ARN nu se mai formează pe el.
Cu toate acestea, pe catena maternă opusă, nucleotidele de ADN continuă să se atașeze de primerul ARN, iar lanțul dezoxiribonucleic este sintetizat în direcția opusă furcii de reduplicare. În acest caz, se numește lagging sau lagging.
Pe catena întârziată, sinteza are loc fragmentar, unde, la sfârșitul unei secțiuni, sinteza începe la un alt loc din apropiere folosind același primer ARN. Astfel, există două fragmente pe lanțul întârziat care sunt conectate prin ADN și ARN. Se numesc fragmente Okazaki.
Apoi totul se repetă. Apoi o altă rotire a helixului se desfășoară, legăturile de hidrogen se rup, firele diverg în lateral, catena principală se alungește, următorul fragment al primerului ARN este sintetizat pe cel rămas, după care fragmentul Okazaki. După aceea, pe lanțul întârziat, primerii ARN sunt distruși, iar fragmentele de ADN sunt combinate într-unul singur. Deci, pe acest circuit se întâmplă simultan:
- formarea de noi primeri ARN;
- sinteza fragmentelor Okazaki;
- distrugerea primerilor ARN;
- reunificare într-un singur lanț.
Rezilierea
Procesul continuă până când două furculițe de replicare se întâlnesc sau una dintre ele ajunge la sfârșitul moleculei. După ce furcile se întâlnesc, firele fiice ale ADN-ului sunt conectate printr-o enzimă. În cazul în care furculița s-a mutat la capătul moleculei, reduplicarea ADN-ului se încheie cu ajutorul unor enzime speciale.
Corectare
În acest proces, un rol important este acordat controlului (sau corectării) reduplicării. Toate cele patru tipuri de nucleotide sunt furnizate la locul de sinteză și, prin împerechere de probă, ADN polimeraza le selectează pe cele care sunt necesare.
Nucleotida dorită trebuie să poată forma tot atâtea legături de hidrogen cât aceeași nucleotidă pe catena șablonului ADN. În plus, trebuie să existe o anumită distanță constantă între scheletul zahăr-fosfat, corespunzătoare la trei inele în două baze. Dacă nucleotida nu îndeplinește aceste cerințe, conexiunea nu va avea loc.
Controlul este efectuat înainte de includerea sa în lanț și înainte deincluderea următoarei nucleotide. După aceea, se formează o legătură în coloana vertebrală a fosfatului de zahăr.
Variație mutațională
Mecanismul de replicare a ADN-ului, în ciuda procentului mare de acuratețe, are întotdeauna tulburări în fire, numite în principal „mutații genetice”. Aproximativ o mie de perechi de baze au o singură eroare, care se numește reduplicare convariantă.
Se întâmplă din diverse motive. De exemplu, la o concentrație mare sau prea mică de nucleotide, dezaminarea citozinei, prezența mutagenilor în zona de sinteză și multe altele. În unele cazuri, erorile pot fi corectate prin procese de reparare, în altele, corectarea devine imposibilă.
Dacă deteriorarea a atins un loc inactiv, eroarea nu va avea consecințe grave atunci când are loc procesul de reduplicare a ADN-ului. Secvența de nucleotide a unei anumite gene poate apărea cu o nepotrivire. Atunci situația este diferită și atât moartea acestei celule, cât și moartea întregului organism pot deveni un rezultat negativ. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că mutațiile genetice se bazează pe variabilitatea mutațională, ceea ce face ca grupul de gene să fie mai plastic.
Metilare
În momentul sintezei sau imediat după aceasta, are loc metilarea în lanț. Se crede că la oameni, acest proces este necesar pentru a forma cromozomi și pentru a regla transcripția genelor. La bacterii, acest proces servește la protejarea ADN-ului împotriva tăierii de către enzime.
