HVAD ER REPLIKATIONSGAFFELEN? - BIOLOGI - 2025

Den replikationsgaflen er det punkt, hvor DNA-replikation finder sted, er det også kaldes væksten punkt. Den er Y-formet, og når replikation finder sted, bevæger hårnålen sig gennem DNA-molekylet.

DNA-replikation er den cellulære proces, der involverer duplikering af genetisk materiale i cellen. Strukturen af ​​DNA er en dobbelt helix, og for at gentage dens indhold skal den åbnes. Hver af strengene vil være en del af den nye DNA-kæde, da replikation er en semikonservativ proces.

Kilde: Masur baseret på Gluon (spansk version af Alejandro Porto)

Replikationsgaffelen dannes nøjagtigt mellem forbindelsen mellem den nyligt adskilte skabelon eller skabelonstrengene og det dupleks-DNA, der endnu ikke er kopieret. Når man initierer DNA-replikation, kan en af ​​strengene let duplikeres, mens den anden streng står over for et polaritetsproblem.

Enzymet, der er ansvarlig for polymerisering af kæden - DNA-polymerase - syntetiserer kun DNA-strengen i 5'-3'-retningen. Den ene streng er således kontinuerlig, og den anden gennemgår diskontinuerlig replikation, hvilket genererer Okazaki-fragmenter.

DNA-replikation og replikationsgaffel

DNA er det molekyle, der lagrer den nødvendige genetiske information til alle levende organismer - med undtagelse af nogle vira.

Denne enorme polymer, der består af fire forskellige nukleotider (A, T, G og C), ligger i kernen i eukaryoter, i hver af cellerne, der udgør vævene fra disse væsener (undtagen i de modne røde blodlegemer hos pattedyr, som mangler kerne).

Hver gang en celle deler sig, skal DNA replikere for at skabe en dattercelle med genetisk materiale.

Envejs- og tovejsreplikation

Replikering kan være ensrettet eller tovejs afhængigt af dannelsen af ​​replikationsgaffelen på oprindelsesstedet.

I tilfælde af replikation i en retning dannes logisk kun en hårnåle, mens der i tovejsreplikation dannes to hårnåle.

Involverede enzymer

Til denne proces er et komplekst enzymatisk maskineri nødvendigt, der fungerer hurtigt, og som kan replikere DNA nøjagtigt. De vigtigste enzymer er DNA-polymerase, DNA-primase, DNA-helikase, DNA-ligase og topoisomerase.

Start af replikation og dannelse af hårnåle

DNA-replikation starter ikke på noget tilfældigt sted i molekylet. Der er specifikke regioner i DNA, der markerer starten på replikation.

I de fleste bakterier har bakteriekromosomet et enkelt AT-rigt udgangspunkt. Denne sammensætning er logisk, da det letter åbningen af ​​regionen (AT-parene er forbundet med to hydrogenbindinger, mens GC-paret med tre).

Når DNA begynder at åbne, dannes en Y-formet struktur: replikationsgaflen.

Forlængelse og bevægelse

DNA-polymerase kan ikke starte datterkædesyntese fra bunden. Du har brug for et molekyle, der har en 3'-ende, så polymerasen har et sted at begynde at polymerisere.

Denne frie 3'-ende tilbydes af et lille nukleotidmolekyle kaldet primeren eller primeren. Den første fungerer som en slags krog til polymerasen.

I løbet af replikation har replikationsgafflen evnen til at bevæge sig langs DNA'et. Gennemgangen af ​​replikationsgaflen efterlader to enkeltbånd-DNA-molekyler, der dirigerer dannelsen af ​​dobbeltbåndsdattermolekylerne.

Hårnålen kan bevæge sig fremad takket være virkningen af ​​helikaseenzymer, der spoler ned DNA-molekylet. Dette enzym bryder hydrogenbindingerne mellem baseparene og giver hårnålen mulighed for at bevæge sig.

Afslutning

Replikation er fuldført, når de to hårnåle befinder sig ved 180 ° C fra oprindelsen.

I dette tilfælde taler vi om, hvordan replikationsprocessen flyder i bakterier, og det er nødvendigt at fremhæve hele torsionsprocessen i det cirkulære molekyle, som replikation indebærer. Topoisomeraser spiller en vigtig rolle i afvikling af molekylet.

DNA-replikation er semikonservativ

Har du nogensinde undret dig over, hvordan replikation forekommer i DNA? Med andre ord, en anden dobbelt helix skal komme ud af dobbelt helix, men hvordan sker det? I adskillige år var dette et åbent spørgsmål blandt biologer. Der kunne være flere permutationer: to gamle tråde sammen og to nye strenge sammen, eller en ny streng og en gammel til at danne dobbelt helix.

I 1957 blev dette spørgsmål besvaret af forskerne Matthew Meselson og Franklin Stahl. Den replikationsmodel, som forfatterne havde foreslået, var den semi-konservative.

Meselson og Stahl hævdede, at resultatet af replikation er to DNA-dobbelt helixmolekyler. Hver af de resulterende molekyler består af en gammel streng (fra moderselskabet eller det indledende molekyle) og en nyligt syntetiseret ny streng.

Problemet med polaritet

Hvordan fungerer polymerase?

DNA-helixen består af to kæder, der kører antiparallelt: den ene går i 5'-3 'retning og den anden 3'-5'.

Det mest fremtrædende enzym i replikationsprocessen er DNA-polymerase, som er ansvarlig for at katalysere foreningen af ​​de nye nucleotider, der vil blive føjet til kæden. DNA-polymerase kan kun forlænge kæden i 5'-3'-retningen. Denne kendsgerning hindrer den samtidige duplikering af kæderne i replikationsgaflen.

Hvorfor? Tilsætningen af ​​nukleotider forekommer i den frie ende 3 ', hvor der er en hydroxylgruppe (-OH). Således kan kun en af ​​strengene let amplificeres ved den terminale tilsætning af nukleotidet til 3'-enden. Dette kaldes en ledende eller kontinuerlig streng.

Produktion af Okazaki-skærme

Den anden streng kan ikke forlænges, fordi den frie ende er 5 'og ikke 3', og ingen af ​​polymerase katalyserer tilsætningen af ​​nukleotider til 5'-enden. Problemet løses ved syntese af flere korte fragmenter (fra 130 til 200 nukleotider), hver i den normale replikationsretning fra 5 'til 3'.

Denne diskontinuerlige syntese af fragmenter ender med foreningen af ​​hver af delene, en reaktion katalyseret af DNA-ligase. Til ære for opdageren af ​​denne mekanisme, Reiji Okazaki, kaldes de små syntetiserede segmenter Okazaki-fragmenter.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikation: identificering af brikkerne for at løse et puslespil. Genetik, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilgang. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funktioner af DNA-polymeraser. Kritiske anmeldelser inden for plantevidenskab, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). gener IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funktioner af eukaryote DNA-polymeraser. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraser: strukturel mangfoldighed og fælles mekanismer. Journal of Biologisk Kemi, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Molekylærbiologi af genet. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturel sammenligning af DNA-polymerasearkitektur antyder en nukleotidport til det aktive polymerase. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.