Kyselina deoxyribonukleová neboli DNA je molekulou přírody pro přenos genetické informace po generace. Většina všech buněk v těle obsahuje 46 chromozomů - soubor 23 od každého rodiče - které musí buňka replikovat, aby se mohla rozdělit.
Přečtěte si více o struktuře, funkci a důležitosti DNA.
Na druhou stranu bakterie (a další prokaryoty) mají obvykle jeden chromozom. Překvapivě trvá přibližně stejnou dobu, asi hodinu nebo méně, než vy a bakterie replikujete DNA stejnými kroky replikace DNA.
Základy DNA: Struktura
Načasování replikace závisí na rychlosti replikace DNA, množství DNA v buňce a počtu počátků replikace na každé molekule DNA. DNA je dlouhý polymer s páteří střídajících se skupin cukru a fosfátů. Jedna ze čtyř dusíkatých nukleotidových bází visí u každé skupiny cukru. Sekvence bází je čtyřpísmenná abeceda, která vysvětluje sekvenci aminokyselin v bílkovinách, molekuly, které jsou zodpovědné za vaše fyzické vlastnosti a biochemii.
Základy DNA: Replikace
Chromozomy jsou kompaktní balíčky DNA a bílkovin. Dva řetězce DNA tvoří dvojitou šroubovici v srdci každého chromozomu.
Přečtěte si více o tom, co to je chromozom.
Aby mohla replikace pokračovat, musí buněčné vybavení rozbalit dvojitou šroubovici a použít každý exponovaný řetězec jako šablonu pro vytvoření nového řetězce partnera. Jedná se o semikonzervativní replikaci, ve které jsou výsledným produktem dvě šroubovice, každá s původní částí a novou. Páry bází v templátovém řetězci určují ty v novém řetězci procesem komplementárního párování - každý typ nukleotidové báze se může spárovat pouze se specifickým partnerem.
Obecné kroky replikace DNA
Toto jsou základy DNA replikace DNA.
Krok 1: Formáty vidlice replikace. Enzym nazývaný DNA helikáza „rozbalí“ dvojitou šroubovici do Y-vidlicové formace.
Krok 2: Vazba primerů. DNA primery se vážou na oblasti, kde se začne replikovat replikační enzym, DNA polymeráza. Primery fungují jako signál pro enzym a dávají mu vědět, kde začít a jakým směrem se vydat.
Krok 3: Prodloužení. Toto je fáze, kdy se DNA skutečně replikuje. DNA polymeráza „prodlužuje“ nové vlákno, což znamená, že začíná vytvářet nové vlákno na základě každého templátového vlákna.
Krok 4: Ukončení. Jakmile je replikace dokončena, stane se několik věcí. Nejprve enzym zvaný „exonukleáza“ odebere primery z DNA a tyto skvrny jsou vyplněny správnou sekvencí DNA.
Dále jedno vlákno (tzv. „Zaostávající“ vlákno) potřebuje DNA ligázu, aby spojilo právě replikované fragmenty DNA. Prochází další enzym, který kontroluje a opravuje chyby, ke kterým došlo během replikace. Posledním z kroků replikace DNA je, když telomeráza přidá na konec řetězců speciální sekvence zvané „telomery“.
Bakteriální replikace
Jediný chromozom bakterie je smyčka dvouvláknové DNA. Počet bází se může u jednotlivých druhů lišit. Známá bakterie E. coli má 4,7 milionu párů bází, jejichž replikace trvá přibližně 40 minut, což znamená rychlost přes 1 000 bází za sekundu.
Replikace začíná na jednom pevném místě a probíhá u každého vlákna v opačných směrech. Proces replikace zahrnuje krok korektury, který zajišťuje míru chyb nepřesahující jednu ku jedné miliardě.
Eukaryotická replikace
Buňky lidí a dalších eukaryot mají uspořádaná jádra obklopující sadu chromozomů. Typický lidský chromozom má přibližně 150 milionů párů bází, které buňka replikuje rychlostí 50 párů za sekundu. Při této rychlosti replikace DNA by buňce trvalo více než měsíc, než zkopírovala chromozom.
Skutečnost, že to trvá jen jednu hodinu, je způsobena několika počátky replikace. Replikace současně probíhá z mnoha různých bodů chromozomu a enzymy spojují sekce dohromady a vytvářejí konečnou neporušenou kopii. Všech 46 lidských chromozomů se replikuje současně, během S fáze buněčného cyklu.