Πώς αρχίζει η αντικατάσταση στο DNA;

Η αντιγραφή του DNA, η διαδικασία με την οποία αντιγράφεται το γενετικό υλικό σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά μόρια, αρχίζει σε συγκεκριμένες θέσεις στο γονιδίωμα που ονομάζεται Origins of Replication. Αυτές οι ρίζες χρησιμεύουν ως σημεία εκκίνησης για τα μηχανήματα αναπαραγωγής, τα οποία αποτελούνται από πρωτεΐνες και ένζυμα που συνεργάζονται για να χαλαρώσουν τη διπλή έλικα DNA, να συνθέσουν νέους κλώνους συμπληρωματικά με τα υπάρχοντα κλώνους και να διορθώσουν το νεοεμφανιζόμενο DNA για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια. Εδώ είναι μια γενική επισκόπηση του τρόπου με τον οποίο η αναπαραγωγή αρχίζει από την προέλευση της αναπαραγωγής:

1. Χάση της διπλής έλικας DNA: Η αντιγραφή ξεκινά με την εκκαθάριση της διπλής έλικας DNA, η οποία είναι σφιχτά περιτυλιγμένη για να ταιριάζει μέσα στο κελί. Αυτή η εκκαθάριση δημιουργεί δύο "φυσαλίδες αναδιπλασιασμού", με το ξετυλιγμένο DNA να σχηματίζει τις πιρούνι αναδιπλασιασμού στο κέντρο.

2. Δέσμευση του ενζύμου ελικάσης: Η διαδικασία χαλαρής διευκολύνεται από ένα ένζυμο που ονομάζεται Helicase. Η ελικάση συνδέεται με το DNA με την προέλευση της αντιγραφής και διαχωρίζει τις δύο κλώνες της διπλής έλικας, σπάζοντας τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ συμπληρωματικών νουκλεοτιδίων.

3. Σταθεροποίηση του ξεχασμένου DNA: Καθώς η διπλή έλικα DNA ξετυλίγεται, οι πρωτεΐνες που ονομάζονται μονόκλωνες πρωτεΐνες δέσμευσης DNA (SSBs) συνδέονται με τους διαχωρισμένους κλώνους για να τους αποτρέψουν την ανανέωση. Αυτά τα SSBs σταθεροποιούν το ξεχασμένο DNA και βοηθούν στη διατήρηση του διχάλου αναπαραγωγής.

4. Σχηματισμός του συμπλόκου αναπαραγωγής: Σε κάθε πιρούνι αναπαραγωγής, μορφές συμπλέγματος αναπαραγωγής. Αυτό το σύμπλεγμα περιλαμβάνει πολλαπλές πρωτεΐνες και ένζυμα, συμπεριλαμβανομένης της πολυμεράσης ϋΝΑ (το ένζυμο που συνθέτει νέους κλώνους DNA), πρωτελάση (ένα ένζυμο που συνθέτει βραχείς εκκινητές RNA) και βοηθητικούς παράγοντες που εμπλέκονται στη διόρθωση και διατήρηση της δομής του πιρούνι αντιγραφής.

5. Σύνθεση εκκινητών RNA: Η ϋΝΑ πολυμεράση, η οποία μπορεί να επεκτείνει μόνο τους υφιστάμενους κλώνους DNA, απαιτεί σημείο εκκίνησης για σύνθεση DNA. Η Primase συνθέτει μικρά εκκινητές RNA συμπληρωματικών με τους κλώνους DNA του προτύπου. Αυτοί οι εκκινητές παρέχουν ένα ελεύθερο άκρο 3 'για την πολυμεράση DNA για να προσκολληθούν και να ξεκινήσουν τη σύνθεση DNA.

6. Σύνθεση DNA με πολυμεράση DNA: Η ϋΝΑ πολυμεράση συνδέεται με τους εκκινητές RNA και αρχίζει να συνθέτει νέους κλώνους DNA προσθέτοντας νουκλεοτίδια που συμπληρώνουν το κλώνο προτύπου. Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς φωσφοδιεστέρα, επεκτείνοντας τις αναπτυσσόμενες κλώνοι DNA στην κατεύθυνση 5 'έως 3'.

7. Διόρθωση και διόρθωση: Καθώς η πολυμεράση DNA συνθέτει νέους κλώνους ϋΝΑ, διορθώνει επίσης τα νεοεμφανιζόμενα νουκλεοτίδια για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια. Εάν ενσωματωθεί ένα 間違えた νουκλεοτίδιο, η πολυμεράση DNA μπορεί να το αφαιρέσει και να το αντικαταστήσει με το σωστό νουκλεοτίδιο. Αυτός ο μηχανισμός διόρθωσης βοηθά στη διατήρηση της πιστότητας της αντιγραφής του DNA.

Η διαδικασία αναπαραγωγής συνεχίζεται αμφίδρομα από κάθε προέλευση της αναπαραγωγής, με τα δύο πιρούνια αναπαραγωγής να κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις μέχρι να αναπαραχθεί ολόκληρο το γονιδίωμα. Μόλις ολοκληρωθεί η αναπαραγωγή, οι εκκινητές RNA αφαιρούνται και τα κενά που άφησαν πίσω τους συμπληρώθηκαν με πολυμεράση DNA. Τα άκρα των νεοεμφανιζόμενων κλώνων DNA στη συνέχεια σφραγίζονται από ένα ένζυμο που ονομάζεται Ligase DNA, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία αναπαραγωγής DNA.