Mechanisme van DNA-replicatie (uitgelegd met diagrammen)

Mechanisme van DNA-replicatie!

Het gehele proces van DNA-replicatie kan in vele stappen worden besproken. Deze stappen vereisen het gebruik van meer dan twaalf enzymen en eiwitfactoren. Tijdens semi-conservatieve wijze van replicatie vindt eerst afwikkeling van dubbele helix plaats.

Deze twee strengen zijn gemakkelijk te scheiden omdat de waterstofbruggen die de twee strengen bevatten, erg zwak zijn in tegenstelling tot andere chemische bindingen. Wanneer deze twee strengen uiteengaan, vormt elk deel van een streng het complementaire deel van een andere streng.

Twee ouderstrengen scheiden zich niet volledig, maar worden geopend in wat bekend staat als replicatievork. Dientengevolge zou tegenover A, T tegenover C staan; G zou komen enzovoort. Vanwege dit proces zou de exacte nucleotidesequentie automatisch worden gevormd.

Regeneratie van DNA-helix treedt dus op, waarbij één streng van de oorspronkelijke helix combineert met vers gevormd complement om een ​​dubbelstrengs DNA-molecuul te vormen. Dit type replicatie wordt ook wel ritsduplicatie genoemd. De hierboven besproken modus van DNA-replicatie werd later geverifieerd door experimenten van verschillende soorten.

Details van DNA-replicatie kunnen worden besproken onder de volgende kopjes:

1. Activatie van deoxyribonucleosiden:

De vier nucleosiden van DNA, dwz AMP, GMP, CMP en TMP, zijn drijvend vrij in de kern gevonden. Ze worden allemaal geactiveerd door ATP om deoxyribonucleoside-trifosfatasen te vormen, ATP, GTP, CTP en TTP. Het enzym dat bij deze stap nodig is, is fosforylase en de stap wordt fosforylering genoemd.

2. Erkenning van het initiatiepunt:

Op welke plaats moet de replicatie van DNA-moleculen beginnen? Vanaf een bepaald punt begint de afwikkeling van het DNA-molecuul. Dit specifieke punt wordt initiatiepunt genoemd. Voor het identificeren van het initiatiepunt op DNA-molecule zijn specifieke initiator-eiwitten nodig.

In virussen en prokaryoten zoals bacteriën kan er maar één replicatieoorsprong zijn. In eukaryoten met een groot DNA-molecuul kunnen er veel initiatiepunten (oorsprong) van replicatie zijn die uiteindelijk met elkaar versmelten.

3. Afwikkeling van DNA-molecuul:

De dubbele DNA-helix wikkelt zich af en spoelt af tot enkele strengen DNA door afbraak van zwakke waterstofbruggen. Afwikkeling van helix wordt geholpen door enzymhelicasen. Enzymen genaamd topoisomerasen snijden en komen terug bij één DNA-streng om de scheiding van DNA-helix te helpen.

Als twee sterk met elkaar verbonden kabels uit elkaar worden getrokken door kracht uit te oefenen, interfereren de twee strengen touwen automatisch zodra de kracht wordt gestopt. En als een van de strengen inter-wined touw wordt doorgesneden, wordt de spanning verlicht en komen twee strengen niet samen.

Enzymen zoals topoisomerasen verlichten aldus de spanning van DNA-strengen en twee strengen van helix worden gescheiden. In feite worden door dit openritsen van dubbelstrengs DNA-replicatie bubbels gevormd die zich vervolgens uitstrekken als een Y-vormige replicatievork. In bacteriën en veel DNA-fagen is deze verlenging bi-directioneel.

4. Vorming van RNA-primer:

Het DNA-gerichte RNA-polymerase vormt de RNA-primer. Het is relatief eenvoudiger om een ​​bestaande kleine keten, genaamd primer gevormd uit een DNA-sjabloon (Fig. 6.17), toe te voegen. Dit wordt bereikt door de synthese van een kort segment van RNA-primer.

Dit produceert een 3'-hydroxyleind op de sequentie van ribonucleotiden waaraan deoxyribonucleotiden zijn toegevoegd. De RNA-primer wordt uiteindelijk enzymatisch verwijderd en laat een opening achter in de nieuw gesynthetiseerde deoxyribonucleotide-streng. Deze kloof moet worden ingevuld.

Vorming van nieuwe DNA-ketens:

Het enzym DNA-polymerase kan de nucleotiden alleen in de 5'-3'-richting polymeriseren. DNA-polymerase is verantwoordelijk voor de matrijsgerichte condensatie van deoxyribonucleotide

triphosphatases. Synthese van nieuwe complementaire streng vindt plaats vanaf het 3'-OH-uiteinde van de primer, waardoor extensie of groei in de richting 5 '- 3' wordt veroorzaakt.

Omdat de twee strengen van DNA in antiparallelle richting zijn, moeten de twee strengen worden gesynthetiseerd door groei in tegengestelde richting. De toevoeging van deoxyribonucleotiden gebeurt door DNA-polymerase in aanwezigheid van ATP.

Het enzym synthetiseert een nieuwe streng in een continu stuk in de 5 '-3' richting en wordt de leidende streng genoemd. Op de andere streng van DNA vormt het enzym DNA-fragmenten in kleine stukjes opnieuw in 5'-3'-richting die van RNA-primer initiëren.

De primer wordt gevormd met behulp van het enzym primase. De kleine segmenten worden Okazaki-fragmenten genoemd. Ze worden samengevoegd om een ​​continue dochterstreng te produceren. Met behulp van DNA-ligase "(verbinden)." Deze streng wordt achterblijvende streng genoemd.

Verwijdering van RNA-primers:

Zodra de kleine stukjes Okazaki-fragmenten zijn gevormd, wordt de RNA-primer één voor één van het 5'-uiteinde verwijderd door de exonuclease-activiteit van DNA-polymerase.

Bewijslezen en DNA-reparatie:

De specificiteit van basenparen zorgt voor exacte replicatie. Op een of andere manier is het mogelijk dat verkeerde bases binnenkomen met een zeldzame frequentie van één op de 10.000. Deze verkeerd geïntroduceerde basen kunnen worden verwijderd door de activiteit van enzym-DNA-polymerase.

Zelfs de verkeerde basen die door mutatie in de helix van DNA zijn binnengekomen (ontsnapt door het mechanisme voor het lezen van bewijs van DNA) kunnen worden geïdentificeerd en gecorrigeerd door herstel-enzymen. Deze reparatie-enzymen (bijvoorbeeld nucleasen) snijden het defectiesegment van DNA af en introduceren en verbinden (door enzymligase) het normaal correcte segment.

Een andere schade die kan worden hersteld is te wijten aan UV-straling. In dergelijke gevallen vormen pyrimidines zoals thymine thyminedimeer. Vorming van een dergelijk dimeer blokkeert de replicatie. Een dergelijk defect kan enzymatisch worden gerepareerd dat het defecte TT-dinucleotide uitsnijdt. Het defect wordt vervolgens opnieuw verkregen door enzymatische insertie van het juiste nucleotide-complement.