HVA ER REPLIKASJONSGAFFELEN? - BIOLOGI - 2025

De replikasjonsgaffelen er det punkt ved hvilket DNA-replikasjon forekommer, er det også kalt vekstpunktet. Den er Y-formet, og når replikasjonen finner sted, beveger hårnålen seg gjennom DNA-molekylet.

DNA-replikasjon er den cellulære prosessen som involverer duplisering av genetisk materiale i cellen. Strukturen til DNA er en dobbel helix, og for å gjenskape innholdet, må den åpnes. Hver av trådene vil være en del av den nye DNA-kjeden, siden replikasjon er en semikonservativ prosess.

Kilde: Masur basert på Gluon (spansk versjon av Alejandro Porto)

Replikasjonsgaffelen dannes nøyaktig mellom krysset mellom den nylig separerte malen eller malstrengene og dupleks-DNAet som ennå ikke er duplisert. Når du initierer DNA-replikering, kan en av strengene enkelt dupliseres, mens den andre tråden står overfor et polaritetsproblem.

Enzymet som har ansvaret for å polymerisere kjeden - DNA-polymerase - syntetiserer bare DNA-strengen i 5'-3 '-retningen. Dermed er den ene strengen kontinuerlig, og den andre gjennomgår diskontinuerlig replikering, og genererer Okazaki-fragmenter.

DNA-replikasjon og replikasjonsgaffel

DNA er molekylet som lagrer nødvendig genetisk informasjon for alle levende organismer - med unntak av noen virus.

Denne enorme polymeren som består av fire forskjellige nukleotider (A, T, G og C) ligger i kjernen til eukaryoter, i hver av cellene som utgjør vevene til disse vesener (bortsett fra i modne røde blodceller fra pattedyr, som mangler kjerne).

Hver gang en celle deler seg, må DNA replikere for å lage en dattercelle med genetisk materiale.

Enveis og toveis replikering

Replikering kan være ensrettet eller toveis, avhengig av dannelsen av replikasjonsgaffelen på utgangspunktet.

Logisk sett, i tilfelle av replikering i en retning, dannes bare en hårnål, mens det i toveis replikasjon dannes to hårnåler.

Enzymer involvert

For denne prosessen er et komplekst enzymatisk maskineri nødvendig som fungerer raskt og som kan gjenskape DNA nøyaktig. De viktigste enzymene er DNA-polymerase, DNA-primase, DNA-helase, DNA-ligase og topoisomerase.

Start av replikasjon og dannelse av hårnål

DNA-replikasjon starter ikke noe tilfeldig sted i molekylet. Det er spesifikke regioner i DNA som markerer starten på replikasjon.

Hos de fleste bakterier har bakteriekromosomet et enkelt AT-rikt utgangspunkt. Denne sammensetningen er logisk, siden den letter åpningen av regionen (AT-parene er forbundet med to hydrogenbindinger, mens GC-paret med tre).

Når DNA begynner å åpne, dannes en Y-formet struktur: replikasjonsgaffelen.

Forlengs forlengelse og bevegelse

DNA-polymerase kan ikke starte datterkjedesyntese fra bunnen av. Du trenger et molekyl som har en 3'-ende slik at polymerasen har et sted å begynne å polymerisere.

Denne gratis 3'-enden tilbys av et lite nukleotidmolekyl kalt grunning eller grunning. Den første fungerer som en slags krok for polymerasen.

I løpet av replikasjonen har replikasjonsgaffelen muligheten til å bevege seg langs DNAet. Passasjen til replikasjonsgaffelen etterlater to enkeltbånd-DNA-molekyler som styrer dannelsen av dobbeltbåndsdattermolekylene.

Hårnålen kan bevege seg fremover takket være virkningen av helikaseenzymer som avvikler DNA-molekylet. Dette enzymet bryter hydrogenbindingene mellom baseparene og lar hårnålen bevege seg.

Avslutning

Replikasjonen er fullført når de to hårnålene er på 180 ° C fra opprinnelsen.

I dette tilfellet snakker vi om hvordan replikasjonsprosessen flyter i bakterier, og det er nødvendig å fremheve hele torsjonsprosessen til det sirkulære molekylet som replikasjonen innebærer. Topoisomeraser spiller en viktig rolle i avvikling av molekylet.

DNA-replikasjon er semikonservativ

Har du noen gang lurt på hvordan replikasjon oppstår i DNA? Med andre ord, en annen dobbel helix må dukke opp fra dobbelt heliksen, men hvordan skjer det? I flere år var dette et åpent spørsmål blant biologer. Det kan være flere permutasjoner: to gamle tråder sammen og to nye tråder sammen, eller en ny tråd og en gammel for å danne dobbelt helix.

I 1957 ble dette spørsmålet besvart av forskerne Matthew Meselson og Franklin Stahl. Replikeringsmodellen som ble foreslått av forfatterne, var den semikonservative.

Meselson og Stahl hevdet at resultatet av replikasjon er to DNA-dobbelhelixmolekyler. Hver av de resulterende molekylene består av en gammel streng (fra foreldre- eller begynnelsesmolekylet) og en nylig syntetisert ny streng.

Problemet med polaritet

Hvordan fungerer polymerase?

DNA-heliksen består av to kjeder som kjører antiparallell: den ene går i 5'-3 'retning og den andre 3'-5'.

Det mest fremtredende enzymet i replikasjonsprosessen er DNA-polymerase, som er ansvarlig for å katalysere foreningen av de nye nukleotidene som skal tilsettes kjeden. DNA-polymerase kan bare forlenge kjeden i 5'-3'-retningen. Dette faktum hindrer samtidig duplisering av kjedene i replikasjonsgaffelen.

Hvorfor? Tilsetningen av nukleotider skjer ved den frie ende 3 'der det er en hydroksylgruppe (-OH). Således kan bare en av strengene lett forsterkes ved terminal tilsetning av nukleotidet til 3'-enden. Dette kalles en ledende eller kontinuerlig streng.

Produksjon av Okazaki Shards

Den andre strengen kan ikke være langstrakt, fordi den frie enden er 5 'og ikke 3', og ingen av polymeraseene katalyserer tilsetningen av nukleotider til 5'-enden. Problemet løses ved syntese av flere korte fragmenter (fra 130 til 200 nukleotider), hver i normal replikasjonsretning fra 5 'til 3'.

Denne diskontinuerlige syntesen av fragmenter ender med forening av hver av delene, en reaksjon katalysert av DNA-ligase. Til ære for oppdageren av denne mekanismen, Reiji Okazaki, kalles de små syntetiserte segmentene Okazaki-fragmenter.

referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikasjon: identifisere brikkene for å løse et puslespill. Genetikk, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilnærming. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funksjoner av DNA-polymeraser. Kritiske anmeldelser i plantevitenskap, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). genene IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funksjoner av eukaryote DNA-polymeraser. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraser: strukturelt mangfold og vanlige mekanismer. Journal of Biologisk kjemi, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Molekylærbiologi av genet. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturell sammenligning av DNA-polymerasearkitektur antyder en nukleotidport til det aktive polymerase. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.