REPLIKACJA DNA
REPLIKACJA: jest procesem podwojenia ilości DNA. Zachodzi w fazie S ( wtedy też podwojenie ilości histonów ) .
Na 1 cykl życiowy – 1 replikacja
Powszechny obowiązujący we wszystkich organizmach żywych model replikacji to REPLIKACJA SEMIKONSERWATYWNA : (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa.
Wyróżniamy trzy rodzaje replikacji:
- replikacja semikonserwatywna
[polega ona na rozplątaniu helixa, a potomne cząstki DNA są w połowie nowe, a w połowie ze starej nici]
- replikacja konserwatywna
[macierzysta cząsteczka DNA nie ulega rozplątaniu, w wyniku tej replikacji powstaje jedna nowa cząsteczka DNA,
- replikacja przypadkowa
[podczas tej replikacji macierzysta cząsteczka DNA ulega fragmentacji, w wyniku czego nowa nić DNA zawiera elementy starej i nowej nici]
PRZEBIEG PROCESU :
INICJACJA
ELONGACJA
TERMINACJA
U PROKARIOTA :
INICJACJA :
kompletnie naga nić w postaci α- helisy , aby można było utworzyć nową komplementarną nić :
• rozplecenie nici DNA : pomiędzy nici wnika białko inicjatorowe DNA A , które zgina nić naprężenie wiązań wodorowych i ich rozerwanie
• wnika kolejne białko enzymatyczne HELIKAZA : aby zapobiec powstawaniu ponownie α-helis .
• powstają WIDEŁKI REPLIKACYJNE : 1 oczko (=widełki) replikacyjne . Zawsze tuż obok miejsca ORI ( miejsce to określa rozpoczynanie replikacji)
• wchodzi kolejny enzym PRYMAZA : wytwarza PRIMERY ( odcinki RNA komplementarne do DNA )
Kończy się pierwszy etap replikacji .
ELONGACJA :
Wydłużanie nowopowstałego łańcucha DNA
Warunki spełnienia procesu :
- duża ilość wolnych nukleotydów
- dostarczona energia, obecność związków wysoko energetycznych . Donor energii : trifosforany nukleozydu (TTP , CTP, GTP, ATP )
- enzym katalizujący proces * Enzym ten musi mieć miejsce aktywne przestrzennie pasujące do nukleotydów.
- zachowana komplementarność dobudowywanych nukleotydów
* enzym :
- czyta tylko w kierunku od 3’ do 5’
- syntetyzuje nową nić od końca 5’ do 3’
- jest to enzym który potrafi dobudowywać tylko do istniejących już fragmentów , nie czyta od nowa
Elongacja trwa do momentu odczytania REPLIKONU ( jednostka replikacji – od sekwencji ori do sekwencji terminalnej)
Dla prokariota elongacja trwa do momentu dotarcia widełek do przeciwległego końca kolistej cząsteczki genoforu.
Na nici wiodącej ( 3’ – 5’ ) - replikacja ciągła. Na nici opóźnionej – replikacja opóźniona.
FRAGMENTY OKAZAKI : fragmenty DNA z własnym primerem długości widełek replikacyjnych.
TERMINACJA :
• wycięcie primerów
( u prokariota robi to POLIMERAZA KORNBERGA : naprawia fragmenty, wycina primery, w miejscu wycięcia primerów dobudowuje nukleotydy typowe dla DNA )
• LIGAZY łączą fragmenty DNA powstałe w miejscu po primerach i fragmenty okazaki w 1 ciągłą nić .
• odtwarzanie wiązań wodorowych pomiędzy nicią starą a nową
U EUKARIOTA :
Dna u prokariota jest cząsteczką nagą, kolistą ; u eukariota bardziej niedostępna ze względu na połączenie z białkami przez co tworzy kolejne struktury upakowania
Replikacja zaczyna się od uwolnienia cząsteczki DNA od białek towarzyszących
Pierwszy enzym to TROPOIZOMERAZA
3 polimerazy :
- α : czyta tylko DNA jądrowe
- β : naprawia błędy
- γ : replikuje DNA mitochondrialne
szybkość włączania nukleotydu:
- P : 50 tys / min
- E : 500 – 3600 / min
czas trwania procesu dużo krótszy u E
- P : 1 replikon i 1 oczko replikacyjne
- E : wiele repliko nów i wiele oczek replikacyjnych
W komórkach embrionalnych wiele więcej replikonów niż w somatycznych ( → skrócony czas replikacji → szybsze powielanie się komórek .
OBRÓBKA POSTREPLIKACYJNA :
Do końca 3’ przyłącza się enzym TELOMERAZA , który ma właściwości katalityczne ( u Eukariota ! u P nie ) i posiada je tylko dlatego, że ma wbudowaną krótką sekwencję RNA .
W tym procesie na krótkim odcinku RNA tworzone się telomery w procesie ODWROTNEJ TRANSKRYPCJI – czyli przepisania informacji z RNA na komplementarne DNA , które powstaje w procesie odwrotnej transkrypcji.
Telomery nie są fragmentami kodującymi , ale pełnią bardzo ważną funkcję: chronią DNA przed działaniem egzonukleaz ( → przed skracaniem)
* komórka nowotworowa – jedyna komórka , która nie skraca telomerów.