Πώς το DNA ξετυλίγεται και παραμένει χαλαρό

Οι ελικάσες είναι υπεύθυνες για το ξετύλιγμα του δίκλωνου DNA για την παραγωγή μονόκλωνου DNA. Είναι υπεύθυνοι για το ξετύλιγμα του DNA κατά την αντιγραφή, τον ανασυνδυασμό και την επισκευή του DNA. Το ξετύλιγμα του δίκλωνου DNA ξεκινά από την αρχή της αντιγραφής και συνεχίζει να σχηματίζει μια δομή γνωστή ως διχάλα αντιγραφής. Η διάσπαση των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των δύο κλώνων DNA απαιτεί ενέργεια με τη μορφή ATP. Οι ελικάσες παγιδεύουν επίσης μη τυλιγμένες βάσεις για να αποτρέψουν την επανασύνδεση του DNA.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι οι ελικάσες DNA
     – Ορισμός, Χαρακτηριστικά
2. Πώς το DNA ξετυλίγεται και μένει χαλαρό
     – Διαδικασία ξετύλιξης DNA

Βασικοί όροι:ελικάση DNA, αντιγραφή DNA, αρχική τήξη DNA, αναγνώριση προέλευσης, διχάλα αντιγραφής

Τι είναι οι ελικάσες DNA

Οι ελικάσες DNA είναι τα θεμελιώδη συστατικά της αντιγραφής του DNA. Η κύρια λειτουργία των ελικάσες DNA είναι να ξετυλίγουν το δίκλωνο DNA για να σχηματίσουν μονόκλωνο DNA. Εκτός από την αντιγραφή του DNA, οι ελικάσες του DNA εμπλέκονται επίσης στη μεταγραφή, τη μετάφραση, τον ανασυνδυασμό και την επιδιόρθωση του DNA. Μια προκαρυωτική ελικάση DNA φαίνεται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:Προκαρυωτική ελικάση DNA

Πώς το DNA ξετυλίγεται και παραμένει χαλαρό

Το DNA είναι ένα δίκλωνο μόριο που χρησιμεύει ως κληρονομικό υλικό στους περισσότερους οργανισμούς. Οι δύο κλώνοι του DNA συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Το νέο DNA συντίθεται με μια διαδικασία γνωστή ως αντιγραφή DNA. Η αντιγραφή του DNA είναι μια ημισυντηρητική διαδικασία όπου και οι δύο κλώνοι χρησιμεύουν ως πρότυπα. Ως εκ τούτου, οι δύο κλώνοι πρέπει να ξετυλιχθούν για να ξεκινήσει η αντιγραφή του DNA.

Οι ελικάσες DNA είναι τα ένζυμα που καταλύουν το ξετύλιγμα του DNA. Το ξετύλιγμα του DNA ξεκινά την αντιγραφή του DNA. Η αναγνώριση προέλευσης, η αρχική τήξη του DNA και ο τελικός σχηματισμός της διχάλας αντιγραφής είναι τα τρία βήματα που εμπλέκονται στην έναρξη της αντιγραφής του DNA.

1. Αναγνώριση προέλευσης – Η αντιγραφή του DNA ξεκινά από την αρχή της αντιγραφής. Πολλές πηγές αντιγραφής μπορούν να βρεθούν στα χρωμοσώματα. Το κυκλικό, δίκλωνο DNA αποτελείται από μια ενιαία αρχή αντιγραφής. Ένα σύμπλεγμα σύνδεσης DNA πολλαπλών υπομονάδων γνωστό ως σύμπλεγμα αναγνώρισης προέλευσης (ORC) είναι υπεύθυνο για την αναγνώριση της αρχής της αντιγραφής.
2. Αρχική τήξη DNA – Η ελικάση MCM (mini-chromosome maintenance) είναι υπεύθυνη για την αρχική τήξη της αρχής της αντιγραφής στους ευκαρυώτες. Στους προκαρυώτες, γίνεται με την πρωτεΐνη αναγνώρισης προέλευσης, το DnaA και στη συνέχεια μια εξαμερική ελικάση γνωστή ως DnaB φορτώνεται στο λιωμένο DNA.
3. Σχηματισμός πιρουνιού αναπαραγωγής – Οι ελίκες συνεχίζουν τη διαδικασία ξετύλιξης, σχηματίζοντας μια δομή που ονομάζεται διχάλα αντιγραφής. Διασπούν τους δεσμούς υδρογόνου που συγκρατούν τους δύο συμπληρωματικούς κλώνους μαζί. Χρησιμοποιούν κυτταρική ενέργεια με τη μορφή ATP για αυτή τη διαδικασία.

Η έναρξη της αντιγραφής του DNA σε ευκαρυώτες φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2:Έναρξη αντιγραφής DNA σε ευκαρυώτες

Μετά την αρχική τήξη του δίκλωνου DNA, η DNA πολυμεράση συνδέεται με την αρχή της αντιγραφής και ξεκινά τη διαδικασία αντιγραφής. Καθώς η αντιγραφή προχωρά, η διχάλα αντιγραφής προχωρά μέσω του ξετυλιγμένου κλώνου DNA. Δεδομένου ότι αυτές οι ελικάσες DNA παγιδεύονται μεταξύ των δύο κλώνων, αποφεύγεται η επανασύνδεση συμπληρωματικών βάσεων.

Συμπέρασμα

Οι ελικάσες DNA είναι τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για το ξετύλιγμα του DNA για να σχηματιστεί μονόκλωνο DNA που απαιτείται για την αντιγραφή, τον ανασυνδυασμό και την επιδιόρθωση του DNA. Διασπούν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων των δύο κλώνων που συγκρατούν τους δύο κλώνους. Οι παγιδευμένες ελικάσες DNA μεταξύ του ξετυλιγμένου DNA εμποδίζουν την επανασύνδεση.

Αναφορά:

1. Gai, Dahai, et al. «Προέλευση DNA που τήκεται και ξετυλίγεται στην αντιγραφή του DNA». Current Opinion in Structural Biology, U.S. National Library of Medicine, Δεκ. 2010, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Helicase" Από τον Phoebus87 στην Αγγλική Wikipedia (CC BY-SA 3.0) μέσω του Commons Wikimedia
2. "EukPreRC" Από Lsanman – Δικό έργο (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia