ЩО ТАКЕ ВИЛКА РЕПЛІКАЦІЇ? - БІОЛОГІЯ - 2025

Вилка реплікації є точкою , в якій відбувається реплікація ДНК, це також називається точкою зростання. Він має Y-подібну форму, і в міру того, як відбувається реплікація, шпилька рухається через молекулу ДНК.

Реплікація ДНК - це клітинний процес, який передбачає дублювання генетичного матеріалу в клітині. Структура ДНК - це подвійна спіраль, і для того, щоб повторити її вміст, її потрібно відкрити. Кожна з ниток буде частиною нового ланцюга ДНК, оскільки реплікація є напівконсервативним процесом.

Джерело: Мазур на основі Gluon (іспанська версія Алехандро Порто)

Вилка реплікації утворюється саме між стиком між щойно відокремленим шаблоном або нитками шаблону та дуплексною ДНК, яка ще не дублюється. Коли ініціюється реплікація ДНК, одна з ниток може бути легко дублюється, тоді як інша ланцюг стикається з проблемою полярності.

Фермент, який відповідає за полімеризацію ланцюга - ДНК-полімераза - лише синтезує ланцюг ДНК у напрямку 5'-3 '. Таким чином, одна нитка є безперервною, а інша зазнає переривчастої реплікації, генеруючи фрагменти Оказакі.

Вилка реплікації та реплікації ДНК

ДНК - це молекула, яка зберігає необхідну генетичну інформацію для всіх живих організмів - за винятком деяких вірусів.

Цей величезний полімер, що складається з чотирьох різних нуклеотидів (A, T, G і C), знаходиться в ядрі еукаріотів, у кожній з клітин, що складають тканини цих істот (за винятком зрілих еритроцитів ссавців, яких не вистачає ядро).

Кожен раз, коли клітина ділиться, ДНК повинна повторюватися, щоб створити дочірну клітину з генетичним матеріалом.

Одностороння та двостороння реплікація

Реплікація може бути однонаправленою або двонаправленою, залежно від формування вилки реплікації в точці початку.

За логікою, що в разі тиражування в одному напрямку утворюється лише одна шпилька, тоді як при двосторонній реплікації утворюються дві шпильки.

Ензими, що беруть участь

Для цього процесу необхідна складна ферментативна техніка, яка працює швидко і здатна точно копіювати ДНК. Найважливіші ферменти - це ДНК-полімераза, ДНК-примаза, ДНК-геліказа, ДНК-лігаза та топоізомераза.

Початок реплікації та формування шпильки

Реплікація ДНК не починається в будь-якому випадковому місці молекули. У ДНК є конкретні регіони, які позначають початок реплікації.

У більшості бактерій бактеріальна хромосома має єдину стартову точку, багату АТ. Ця композиція є логічною, оскільки сприяє відкриттю області (пари АТ з'єднуються двома водневими зв’язками, а пара ГК - трьома).

Коли ДНК починає відкриватися, утворюється Y-подібна структура: вилка реплікації.

Подовження вилки та рух

ДНК-полімераза не може почати синтез дочірнього ланцюга з нуля. Вам потрібна молекула, яка має 3 'кінець, щоб полімераза мала місце для початку полімеризації.

Цей вільний 3 'кінець пропонується невеликою молекулою нуклеотидів, що називається праймером. Перший виступає як своєрідний гачок для полімерази.

У процесі реплікації вилка реплікації має можливість переміщатися по ДНК. Проходження вилки реплікації залишає дві односмугові молекули ДНК, які спрямовують утворення дочірньої діапазону дочірних молекул.

Шпилька може рухатися вперед завдяки дії ферментів гелікази, які розмотують молекулу ДНК. Цей фермент розриває водневі зв’язки між парами основ і дозволяє шпильці рухатися.

Припинення

Реплікація завершена, коли два шпильки знаходяться при 180 ° С від початку.

У цьому випадку ми говоримо про те, як протікає процес реплікації в бактеріях, і необхідно виділити весь процес кручення циркулярної молекули, що має на увазі реплікація. Топоізомерази відіграють важливу роль у розмотуванні молекули.

Реплікація ДНК напівконсервативна

Ви ніколи не замислювалися про те, як відбувається реплікація в ДНК? Іншими словами, з подвійної спіралі повинна вийти ще одна подвійна спіраль, але як це відбувається? Кілька років це було відкритим питанням серед біологів. Перестановок може бути декілька: дві старі пасма разом і дві нові нитки разом, або одна нова нитка і одна стара, щоб утворити подвійну спіраль.

У 1957 році на це питання відповіли дослідники Метью Месельсон та Франклін Шталь. Запропонована авторами модель реплікації була напівконсервативною.

Мезельсон і Шталь доводили, що результатом реплікації є дві молекули подвійної спіралі ДНК. Кожна з отриманих молекул складається зі старої ланцюга (від вихідної або початкової молекули) та нещодавно синтезованої нової ланцюга.

Проблема полярності

Як працює полімераза?

Спіраль ДНК складається з двох ланцюгів, які працюють протипаралельно: одна йде в напрямку 5'-3 ', а друга 3'-5'.

Найвідомішим ферментом у процесі реплікації є ДНК-полімераза, яка відповідає за каталізацію об'єднання нових нуклеотидів, які будуть додані до ланцюга. ДНК-полімераза може подовжувати ланцюг лише у напрямку 5'-3 '. Цей факт заважає одночасному дублюванню ланцюгів у вилці реплікації.

Чому? Приєднання нуклеотидів відбувається на вільному кінці 3 ', де є гідроксильна група (-OH). Таким чином, тільки одна з ниток може бути легко ампліфікована кінцевим додаванням нуклеотиду до 3 'кінця. Це називається струмопровідна або суцільна нитка.

Виробництво черепашок Okazaki

Інша ланцюг не може бути подовженою, оскільки вільний кінець - це 5 ', а не 3', і ні полімераза не каталізує приєднання нуклеотидів до 5 'кінця. Проблема вирішується синтезом декількох коротких фрагментів (від 130 до 200 нуклеотидів), кожен у нормальному напрямку реплікації від 5´ до 3´.

Цей переривчастий синтез фрагментів закінчується об'єднанням кожної з частин, реакцією, каталізованою ДНК-лігазою. На честь відкривача цього механізму, Рейджі Оказакі, невеликі синтезовані сегменти називають фрагментами Оказакі.

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Основна клітинна біологія. Гарленд Наука.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Археальна реплікація ДНК: виявлення фрагментів для вирішення головоломки. Генетика, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
4. Гарсія-Діаз, М., Бебенек, К. (2007). Кілька функцій ДНК-полімераз. Критичні огляди з рослинних наук, 26 (2), 105-122.
5. Левін, Б. (2008). гени IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Щербакова, П. В., Бебенек, К., Кункел, Т. А. (2003). Функції еукаріотичної ДНК-полімерази. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Штайц, штат Техас (1999). ДНК-полімерази: структурна різноманітність та загальні механізми. Журнал біологічної хімії, 274 (25), 17395-17398.
8. Ватсон, JD (2006). Молекулярна біологія гена. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Структурне порівняння архітектури ДНК-полімерази передбачає нуклеотидний шлях до активного сайту полімерази. Хімічні огляди, 114 (5), 2759-74.