DNA複製

デオキシリボ核酸、つまり DNA ( DNAは英語でその頭字語です) は、その遺伝物質であるため、各細胞のアイデンティティーを構成します。細胞が分裂して 2 つの細胞を形成するとき、有糸分裂または減数分裂のいずれかによって、生体分子とオルガネラが複製され、それぞれの新しい細胞が作られます。真核細胞では、DNA は細胞の核内にあり、正確に複製して、2 つの新しい細胞が元の細胞と同一であること、および正しい数の染色体を持っていることを確認する必要があります。DNA を複製するプロセスは 複製と呼ばれます。; これは、細胞の成長と再生、および細胞修復プロセスに不可欠なプロセスです。DNA複製プロセスにはいくつかのステップがあり、複製酵素と呼ばれるさまざまなタンパク質、およびRNA、リボ核酸が関与します。 動物や植物を構成する細胞である真核細胞では、細胞周期の S 期で DNA 複製が起こります。

これらは、DNA 複製の重要な側面です。

• 一般に DNA として知られるデオキシリボ核酸は、糖、デオキシリボースの 3 つの主成分を持つ核酸です。リン酸基; そして窒素ベース。
• DNA には生物の遺伝物質が含まれているため、細胞が分裂するときに正確に複製されることが重要です。DNA のコピーにつながる複雑な生化学的プロセスは、複製と呼ばれます。
• 複製には、二重らせん DNA 分子からの同一の DNA 鎖の生成が含まれます。
• 酵素はプロセスの非常に重要なステップを触媒するため、DNA 複製に不可欠です。
• DNA 複製の一般的なプロセスは、生物の細胞増殖と生殖の両方にとって非常に重要です。また、細胞修復プロセスにおいても重要です。

DNAの構造

DNAまたはデオキシリボ核酸は、核酸として知られる分子の一種です。_{これは、デオキシリボース、5 つの炭素原子 (C 5} H ₁₀ O ₄ )を持つ糖、リン酸塩、および窒素含有塩基で構成されています。DNA は、二重らせんを形成するために一緒にリンクされている 2 本のらせん状の核酸鎖で構成されています。絡み合ったらせん形状により、DNA はクロマチンと呼ばれる分子になり、染色体の構成要素になります。DNA 複製の前に、クロマチンが展開され、DNA 鎖の細胞複製プロセスが引き継がれます。

レプリケーションの準備

ステップ 1: 複製フォークの形成

DNA 複製のプロセスが始まる前に、それを構成する 2 つの絡み合った鎖を分離する必要があります。DNA は、アデニン (A)、チミン (T)、シトシン (C)、およびグアニン (G) と呼ばれる 4 つの塩基で構成され、2 つの鎖を結合してブリッジを形成するペアで編成されます。アデニンはチミンとのみ結合し、シトシンはグアニンとのみ結合します。2 本の DNA 鎖を分離するには、塩基によって形成されたこれらのブリッジを切断する必要があります。このプロセスは、DNA ヘリカーゼとして知られる酵素によって行われます。DNA ヘリカーゼは、2 本の鎖の間の各ブリッジを形成する塩基間の水素結合を連続的に破壊し、それらを引き離します。その過程で、二重らせんを複製フォークとして知られる Y 字型の分岐アセンブリに変換します。形。

鎖の分離の結果として、架橋を形成する塩基が各鎖で異なることを考慮すると、それぞれが分割後に異なる組成を持ちます。分離後に各鎖に残るブリッジの末端は、5′ または 3′ として表されます。5′ 末端にはリン酸 (P) 基があり、3′ 末端にはヒドロキシル (OH) 基があります。この方向性は、5′ から 3′ 方向にのみ発生するため、複製プロセスにおいて重要です。ただし、前述のように、分割をフォークすると、各チェーンに異なる端が生成されます。1 つのストリングは 3′ から 5′ の方向に向けられ、先行ストリングであり、もう 1 つは 5′ から 3′ の方向に向けられ、遅延ストリングです。したがって、

複製開始

ステップ 2: 開始バインディング

メイン チェーンは複製が最も簡単です。DNA鎖が分離されると、スターター分子であるRNAの短い断片が鎖の3’末端に結合し、複製の開始点を提供します。これらの開始分子は、酵素 DNA プライマーゼによって生成されます。

DNA 複製: 伸長

ステップ 3: 伸び

DNA ポリメラーゼとして知られる酵素は、伸長と呼ばれるプロセスを通じて新しい鎖を作成する役割を果たします。細菌とヒト細胞の両方に 5 種類の DNA ポリメラーゼがあります。大腸菌 などの細菌では、ポリメラーゼ III は主要な複製酵素であり、ポリメラーゼ I、II、IV、および V は、チェーンで発生したエラーをチェックして修復する役割を果たします。DNA ポリメラーゼ III は開始部位で鎖に結合し、複製中の鎖に新しい相補的な塩基対を追加し始めます。真核細胞では、アルファ、デルタ、およびイプシロン ポリメラーゼが DNA 複製に関与する主要なポリメラーゼです。主鎖では5’から3’方向に複製が進行するため、新しい鎖が連続的に形成されます。

遅延チェーンは、複数のイニシエーターからレプリケーションを開始します。各プライマーはいくつかの塩基で区切られています。DNA ポリメラーゼは、岡崎フラグメントと呼ばれる DNA の断片を、プライマー間に位置する鎖のストレッチに追加します。したがって、イニシエーター間のチェーンの長さが交互に変わるため、複製プロセスは不連続です。

ステップ 4: 終了

連続鎖と不連続鎖が形成されると、エキソヌクレアーゼと呼ばれる酵素が元の鎖からすべての RNA プライマーを除去します。これらのプライマーは、対応する塩基に置き換えられます。別のエキソヌクレアーゼが新しく形成された DNA を校正して検証し、その過程で発生した可能性のあるエラーを削除して置き換えます。DNAリガーゼと呼ばれる別の酵素が、岡崎断片を一本鎖に結合します。DNA ポリメラーゼは 5′ から 3′ 方向にしかヌクレオチドを付加できないため、直線状の DNA 末端には問題があります。親鎖の末端は、テロメアと呼ばれる DNA 配列の繰り返しで構成されています。テロメアは染色体の末端で保護キャップとして機能し、近くの染色体が融合するのを防ぎます。テロメラーゼと呼ばれる特殊なタイプの DNA ポリメラーゼ酵素は、DNA の末端でテロメア配列の合成を触媒します。完了すると、親鎖とその相補的な DNA 鎖は、よく知られている二重らせん方式で結合されます。複製プロセスの最後に、2 つの DNA 分子が生成され、それぞれが元の分子の鎖と複製プロセスで生成された新しい鎖を含みます。

複製酵素

DNA複製は、プロセスのさまざまなステップを触媒する酵素の関与なしには起こりません. 真核生物の DNA 複製プロセスに関与する主な酵素は次のとおりです。

• DNA ヘリカーゼ: 分子の長さに沿って移動する際に、DNA の二本鎖を広げて分離します。したがって、DNAヌクレオチドのペア間のブリッジを形成する水素結合を切断することにより、複製フォークを形成します.
• DNA プライマーゼ: プロセス用のプライマーを生成する RNA ポリメラーゼの一種。プライマーは、DNA 複製の開始点でテンプレートとして機能する短い RNA 分子です。
• DNA ポリメラーゼ: リーディングおよびラギング DNA 鎖にヌクレオチドを付加することにより、新しい DNA 分子を合成します。
• トポイソメラーゼまたは DNA ジャイレース: DNA 鎖をほどき、絡み合わせて、DNA のもつれを防ぎます。
• エキソヌクレアーゼ: DNA 鎖の末端からヌクレオチド塩基を除去する酵素のグループ。
• DNA リガーゼ: ヌクレオチド間にホスホジエステル結合を形成する DNA フラグメントを結合します。

まとめ

DNA 複製は、単一の二重らせん DNA 分子から同一の DNA 鎖を生成するプロセスです。それぞれの新しい DNA 分子は、元の分子からの 1 本の鎖と、複製の過程で形成された 1 本の鎖で構成されます。複製の前に、DNA が展開され、二重らせんの鎖が分離します。複製のテンプレートとして機能する Y 字型の複製フォークが形成されます。プライマー分子が分離した DNA 鎖に結合し、DNA ポリメラーゼが新しいヌクレオチド配列を 5′ から 3′ 方向に追加します。

このヌクレオチドの取り込みは、リーディング鎖では連続しており、ラギング鎖では断片化されています。DNA 鎖の伸長が完了すると、新しい鎖のエラーがチェックされ、必要に応じて修復が行われ、テロメア配列が DNA の末端に追加されます。

噴水

• リース、ジェーン B.、およびニール A. キャンベル。 キャンベル生物学。ベンジャミン・カミングス、2011年。
• レニンガー。生化学の原理– オメガ、2014 年第 6 版