DNA-replikasjon

Deoksyribonukleinsyre, det vil si DNA ( DNA er dets akronym på engelsk), utgjør identiteten til hver celle, siden det er dens genetiske materiale. Når en celle deler seg for å danne to celler, enten gjennom mitose eller meiose, må biomolekylene og organellene duplisere for å lage hver ny celle. I eukaryote celler finnes DNA i cellens kjerne, og må replikeres nøyaktig for å sikre at de to nye cellene er identiske med den som oppsto dem, og også at de har riktig antall kromosomer. Prosessen med å duplisere DNA kalles  replikasjon .; det er en essensiell prosess i cellevekst og reproduksjon, så vel som i celle-reparasjonsprosesser. DNA-replikasjonsprosessen har flere trinn og involverer ulike proteiner kalt replikasjonsenzymer , samt RNA , ribonukleinsyre.  I eukaryote celler , cellene som utgjør dyr og planter, skjer DNA-replikasjon i S-fasen av cellesyklusen .

Dette er nøkkelaspektene ved DNA-replikasjon:

• Deoksyribonukleinsyre, vanligvis kjent som DNA, er en nukleinsyre som har tre hovedkomponenter: et sukker, deoksyribose; en fosfatgruppe; og en nitrogenholdig base.
• Siden DNA inneholder arvestoffet til en organisme, er det viktig at det kopieres nøyaktig når en celle deler seg. Den komplekse biokjemiske prosessen som fører til kopiering av DNA kalles replikasjon.
• Replikering involverer produksjon av identiske DNA-tråder fra et dobbelthelix-DNA-molekyl.
• Enzymer er avgjørende for DNA-replikasjon, da de katalyserer svært viktige trinn i prosessen.
• Den generelle prosessen med DNA-replikasjon er ekstremt viktig for både cellevekst og reproduksjon av organismer. Det er også viktig i celle-reparasjonsprosessen.

strukturen til DNA

DNA eller deoksyribonukleinsyre er en type molekyl kjent som en nukleinsyre. Den er sammensatt av deoksyribose, et sukker som har fem karbonatomer (C ₅ H ₁₀ O ₄ ), et fosfat og en nitrogenholdig base. DNA består av to spiralformede tråder av nukleinsyre som er koblet sammen for å danne en dobbel helix. Den sammenflettede helixformen gjør at DNA kan være et molekyl kalt kromatin og er komponenten i kromosomer. Før DNA-replikasjon utfolder kromatin seg slik at de cellulære replikasjonsprosessene til DNA-trådene tar over.

Forbereder for replikering

Trinn 1: dannelse av replikasjonsgaffelen

Før prosessen med DNA-replikasjon starter, må de to sammenflettede trådene som utgjør den, skilles. DNA består av fire baser kalt adenin (A), tymin (T), cytosin (C) og guanin (G), organisert i par som forbinder de to kjedene sammen og danner broer. Adenin binder seg bare til tymin, og cytosin binder seg kun til guanin. For å skille de to DNA-trådene må disse broene som dannes av basene, brytes. Denne prosessen utføres av et enzym kjent som DNA-helikase. DNA-helikase forstyrrer sekvensielt hydrogenbindingen mellom basene som danner hver bro mellom de to strengene, trekker dem fra hverandre og i prosessen transformerer den doble helixen til en Y-formet forgreningsenhet kjent som en replikasjonsgaffel, som vist i figur.

Som en konsekvens av at kjedene er separert og tatt i betraktning at basene som danner broene er forskjellige i hver kjede, vil hver enkelt ha ulik sammensetning etter delingen. Enden av broen som forblir på hver tråd etter separasjon uttrykkes som 5′ eller 3′. 5′-enden har en fosfatgruppe (P) mens 3′-enden har en hydroksylgruppe (OH). Denne retningsbestemmelsen er viktig i replikeringsprosessen, da den bare skjer i 5′ til 3′ retning. Imidlertid, som nevnt, genererer deling av divisjonen forskjellige ender på hver kjede. En streng vil være orientert i 3′ til 5′-retningen, den ledende strengen, mens den andre vil være orientert 5′ til 3′, den etterslepende strengen. Derfor,

Replikering begynner

Trinn 2: initieringsbinding

Hovedkjeden er den enkleste å replikere. Når DNA-trådene har blitt separert, festes et kort stykke RNA, et startmolekyl, til 3′-enden av tråden, og gir utgangspunktet for replikasjon. Disse initieringsmolekylene genereres av enzymet DNA-primase.

DNA-replikasjon: forlengelse

Trinn 3: Forlengelse

Enzymer kjent som DNA-polymeraser er ansvarlige for å lage den nye tråden gjennom en prosess som kalles forlengelse. Det er fem forskjellige typer DNA-polymeraser i både bakterier og menneskeceller. I bakterier som E. coli, polymerase III er hovedreplikasjonsenzymet, mens polymerase I, II, IV og V er ansvarlige for å kontrollere og reparere eventuelle feil som oppstår i kjeden. DNA-polymerase III binder seg til tråden på initieringsstedet og begynner å legge til nye komplementære basepar til den replikerende tråden. I eukaryote celler er alfa-, delta- og epsilon-polymeraser de viktigste polymerasene involvert i DNA-replikasjon. Fordi replikasjonen fortsetter i 5′ til 3′-retningen på hovedstrengen, dannes den nye strengen kontinuerlig.

Den etterslepende kjeden starter replikering fra flere initiativtakere. Hver primer er atskilt med flere baser. DNA-polymerase legger til biter av DNA, kalt Okazaki-fragmenter, til trådstrekningene som ligger mellom primerne. Dermed er replikasjonsprosessen diskontinuerlig, siden den veksler i kjedelengdene mellom initiatorene.

Trinn 4: Oppsigelse

Når de kontinuerlige og diskontinuerlige trådene er dannet, fjerner et enzym kalt eksonuklease alle RNA-primere fra de opprinnelige trådene. Disse primerne erstattes deretter med de tilsvarende basene. En annen eksonuklease korrekturleser det nyopprettede DNAet for å bekrefte det, og fjerner og erstatter eventuelle feil som kan ha oppstått i prosessen. Et annet enzym kalt DNA-ligase forbinder Okazaki-fragmentene til en enkelt tråd. Lineære DNA-ender utgjør et problem, da DNA-polymerase bare kan legge til nukleotider i 5′ til 3′-retningen. Endene av foreldretrådene består av repeterende DNA-sekvenser kalt telomerer. Telomerer fungerer som beskyttende hetter på enden av kromosomene for å forhindre at nærliggende kromosomer smelter sammen. En spesiell type DNA-polymeraseenzym kalt telomerase katalyserer syntesen av telomersekvenser i endene av DNA. Når den er fullført, er moderstrengen og dens komplementære DNA-streng koblet sammen på den velkjente dobbelthelix-måten. På slutten av replikasjonsprosessen produseres to DNA-molekyler som hver inneholder en tråd fra det opprinnelige molekylet og en ny tråd produsert i replikasjonsprosessen.

replikasjonsenzymer

DNA-replikasjon ville ikke forekomme uten deltakelse av enzymer som katalyserer ulike trinn i prosessen. De viktigste enzymene involvert i den eukaryote DNA-replikasjonsprosessen er:

• DNA-helikase: Utfolder og separerer den doble DNA-strengen når den beveger seg langs molekylets lengde. Den danner dermed replikasjonsgaffelen ved å bryte hydrogenbindingene som danner broene mellom par av DNA-nukleotider.
• DNA-primase: En type RNA-polymerase som genererer primere for prosessen. Primere er korte RNA-molekyler som fungerer som maler ved startpunktet for DNA-replikasjon.
• DNA-polymeraser: syntetiser nye DNA-molekyler ved å legge til nukleotider til de ledende og etterslepende DNA-trådene.
• Topoisomerase eller DNA-gyrase: Utfolder og fletter DNA-tråder for å forhindre at DNA floker seg sammen.
• Eksonukleaser: En gruppe enzymer som fjerner nukleotidbaser fra enden av en DNA-streng.
• DNA-ligase: binder sammen DNA-fragmenter og danner fosfodiesterbindinger mellom nukleotider.

Sammendrag

DNA-replikasjon er en prosess som genererer identiske DNA-tråder fra et enkelt dobbelthelix-DNA-molekyl. Hvert nytt DNA-molekyl består av én tråd fra det opprinnelige molekylet og én tråd dannet i replikasjonsprosessen. Før replikering utfolder DNA seg og trådene i dobbelthelixen skilles. En Y-formet replikeringsgaffel er dannet som fungerer som en mal for replikering. Primermolekyler fester seg til separerte DNA-tråder, og DNA-polymeraser legger til nye nukleotidsekvenser i 5′ til 3′-retningen.

Denne nukleotidinkorporeringen er kontinuerlig på den ledende tråden og fragmentert på den etterslepende tråden. Når forlengelsen av DNA-trådene er fullført, sjekkes de nye trådene for feil, reparasjoner utføres etter behov, og telomersekvenser legges til endene av DNA-et.

Fontene

• Reece, Jane B. og Neil A. Campbell. Campbell biologi . Benjamin Cummings, 2011.
• Lehninger. Principles of Biochemistry – Omega, 6. utgave 2014