Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή το DNA, είναι το μόριο της φύσης για τη μετάδοση γενετικών πληροφοριών μεταξύ των γενεών. Τα περισσότερα κύτταρα στο σώμα σας περιέχουν 46 χρωμοσώματα - ένα σύνολο 23 από κάθε γονέα - το οποίο πρέπει να αναπαράγει το κύτταρο προτού διαιρεθεί.
Διαβάστε περισσότερα για τη δομή, τη λειτουργία και τη σημασία του DNA.
Από την άλλη πλευρά, ένα βακτήριο (και άλλα προκαρυωτικά) συνήθως έχει ένα μόνο χρωμόσωμα. Παραδόξως, χρειάζεται περίπου τον ίδιο χρόνο, περίπου μία ώρα ή λιγότερο, για εσάς και ένα βακτήριο να αναπαραγάγετε το DNA μέσω των ίδιων βημάτων αναπαραγωγής DNA.
Βασικά στοιχεία DNA: Δομή
Ο χρόνος αντιγραφής εξαρτάται από την ταχύτητα αναπαραγωγής του DNA, την ποσότητα του DNA στο κύτταρο και τον αριθμό προέλευσης αντιγραφής σε κάθε μόριο DNA. Το DNA είναι ένα μακρύ πολυμερές με ραχοκοκαλιά εναλλασσόμενων ομάδων σακχάρου και φωσφορικών. Μία από τις τέσσερις αζωτούχες νουκλεοτιδικές βάσεις κρέμεται από κάθε ομάδα σακχάρου. Η ακολουθία των βάσεων είναι ένα αλφάβητο τεσσάρων γραμμάτων που περιγράφει την ακολουθία των αμινοξέων στις πρωτεΐνες, τα μόρια που είναι υπεύθυνα για τα φυσικά χαρακτηριστικά και τη βιοχημεία σας.
Βασικά στοιχεία DNA: Αντιγραφή
Τα χρωμοσώματα είναι συμπαγείς συσκευασίες DNA και πρωτεϊνών. Δύο κλώνοι DNA σχηματίζουν μια διπλή έλικα στην καρδιά κάθε χρωμοσώματος.
Διαβάστε περισσότερα για το τι είναι το χρωμόσωμα.
Για να προχωρήσει η αναπαραγωγή, τα μηχανήματα του κελιού πρέπει να αποσυμπιέσουν τη διπλή έλικα και να χρησιμοποιήσουν κάθε εκτεθειμένο σκέλος ως πρότυπο για τη δημιουργία ενός νέου κλώνου συνεργάτη. Αυτή είναι ημι-συντηρητική αναπαραγωγή, στην οποία το τελικό προϊόν είναι δύο έλικες, καθεμία με ένα αρχικό σκέλος και ένα νέο. Τα ζεύγη βάσεων στο κλώνο προτύπου καθορίζουν αυτά του νέου κλώνου μέσω μιας διαδικασίας συμπληρωματικής σύζευξης - κάθε τύπος βάσης νουκλεοτιδίων μπορεί να ζευγαρώσει μόνο με έναν συγκεκριμένο συνεργάτη.
Γενικά βήματα αντιγραφής DNA
Αυτά είναι τα βασικά του DNA της αντιγραφής του DNA.
Βήμα 1: Φόρμες πιρουνιού αναπαραγωγής. Ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση DNA "αποσυμπιέζει" τη διπλή έλικα σε σχηματισμό με διχάλα.
Βήμα 2: Primers Bind. Οι εκκινητές DNA δεσμεύονται στις περιοχές όπου το ένζυμο αντιγραφής, η πολυμεράση DNA, θα αρχίσει να αντιγράφεται. Οι εναρκτήρες ενεργούν ως σήμα για το ένζυμο και το αφήνουν να ξέρουν από πού να ξεκινήσουν και σε ποια κατεύθυνση πρέπει να πάει.
Βήμα 3: Επιμήκυνση. Αυτή είναι η φάση στην οποία αναπαράγεται το DNA. Η πολυμεράση DNA "επιμηκύνει" τον νέο κλώνο, που σημαίνει ότι αρχίζει να δημιουργεί τον νέο κλώνο με βάση κάθε κλώνο προτύπου.
Βήμα 4: Τερματισμός. Μόλις ολοκληρωθεί η αναπαραγωγή, συμβαίνουν μερικά πράγματα. Πρώτον, ένα ένζυμο που ονομάζεται "εξωνουκλεάση" βγάζει τους εκκινητές από το DNA και αυτά τα σημεία γεμίζονται με την κατάλληλη αλληλουχία DNA.
Στη συνέχεια, ένας κλώνος (που ονομάζεται "υστέρηση" κλώνος ") χρειάζεται λιγάση DNA για να συνδέσει τα θραύσματα του DNA που μόλις αντιγράφηκαν. Ένα άλλο ένζυμο έρχεται να ελέγξει και να διορθώσει τυχόν σφάλματα που έγιναν κατά την αναπαραγωγή. Το τελευταίο από τα βήματα αντιγραφής DNA είναι όταν η τελομεράση προσθέτει ειδικές αλληλουχίες που ονομάζονται "τελομερή" στο τέλος των κλώνων.
Βακτηριακή αναπαραγωγή
Το μονό χρωμόσωμα ενός βακτηρίου είναι ένας βρόχος DNA διπλής έλικος. Ο αριθμός των βάσεων μπορεί να ποικίλλει από το ένα είδος στο άλλο. Τα γνωστά βακτήρια Ε. Η coli έχει 4,7 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων που χρειάζονται περίπου 40 λεπτά για να αναπαραχθούν, υπονοώντας μια ταχύτητα πάνω από 1.000 βάσεις ανά δευτερόλεπτο.
Η αναπαραγωγή ξεκινά σε μία σταθερή θέση και προχωρά σε κάθε σκέλος σε αντίθετες κατευθύνσεις. Η διαδικασία αναπαραγωγής περιλαμβάνει ένα βήμα διόρθωσης που διασφαλίζει ένα ποσοστό λαθών όχι μεγαλύτερο από ένα στα δισεκατομμύρια.
Ευκαρυωτική αντιγραφή
Τα κύτταρα ανθρώπων και άλλων ευκαρυωτικών οργανώνουν πυρήνες που περικλείουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων. Το τυπικό ανθρώπινο χρωμόσωμα έχει περίπου 150 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων που το κύτταρο αναπαράγεται με ρυθμό 50 ζεύγη ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτήν την ταχύτητα της αναπαραγωγής του DNA, θα χρειαζόταν το κύτταρο για ένα μήνα για να αντιγράψει ένα χρωμόσωμα.
Το γεγονός ότι διαρκεί μόνο μία ώρα οφείλεται σε πολλαπλές προελεύσεις αναπαραγωγής. Η αντιγραφή προχωρά ταυτόχρονα από πολλά διαφορετικά σημεία του χρωμοσώματος και τα ένζυμα ενώνουν τις ενότητες μαζί για να σχηματίσουν το τελικό άθικτο αντίγραφο. Και τα 46 ανθρώπινα χρωμοσώματα αντιγράφονται ταυτόχρονα, κατά τη φάση S του κυτταρικού κύκλου.