Kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA to naturalna cząsteczka do przekazywania informacji genetycznej z pokolenia na pokolenie. Prawie każda komórka w twoim ciele zawiera 46 chromosomów – zestaw 23 od każdego rodzica – które komórka musi się zreplikować, zanim będzie mogła się podzielić.
Przeczytaj więcej o strukturze, funkcji i znaczeniu DNA.
Z drugiej strony bakteria (i inne prokariota) zwykle ma jeden chromosom. Co zaskakujące, replikacja DNA za pomocą tych samych etapów replikacji zajmuje Tobie i bakterii mniej więcej tyle samo czasu, około godziny lub mniej.
Podstawy DNA: Struktura
Czas replikacji zależy od szybkości replikacji DNA, ilości DNA w komórce oraz liczby miejsc rozpoczęcia replikacji w każdej cząsteczce DNA. DNA to długi polimer ze szkieletem naprzemiennych grup cukrowych i fosforanowych. Jedna z czterech azotowych zasad nukleotydowych zwisa z każdej grupy cukrowej. Sekwencja zasad to czteroliterowy alfabet, który określa sekwencję aminokwasów w białkach, molekułach odpowiedzialnych za cechy fizyczne i biochemię.
Podstawy DNA: replikacja
Chromosomy to zwarte pakiety DNA i białek. Dwie nici DNA tworzą podwójną helisę w sercu każdego chromosomu.
Przeczytaj więcej o tym, czym jest chromosom.
Aby replikacja była kontynuowana, maszyneria komórki musi rozpiąć podwójną helisę i użyć każdej odsłoniętej nici jako szablonu do zbudowania nowej nici partnerskiej. Jest to replikacja semikonserwatywna, w której produktem końcowym są dwie helisy, każda z oryginalną i nową nicią. Pary zasad w nici matrycowej określają te w nowej nici poprzez proces komplementarnego parowania – każdy typ zasady nukleotydowej może sparować się tylko z określonym partnerem.
Ogólne kroki replikacji DNA
To są podstawy DNA replikacji DNA.
Krok 1: Formularze replikacji widełek. Enzym zwany helikazą DNA „rozpakowuje” podwójną helisę w formację rozwidloną w kształcie litery Y.
Krok 2: Łączenie podkładów. Startery DNA wiążą się z obszarami, w których enzym replikacyjny, polimeraza DNA, rozpocznie replikację. Startery działają jako sygnał dla enzymu i informują go, od czego zacząć i w jakim kierunku iść.
Krok 3: Wydłużenie. Jest to faza, w której DNA jest faktycznie replikowane. Polimeraza DNA "wydłuża" nową nić, co oznacza, że zaczyna tworzyć nową nić na podstawie każdej nici matrycy.
Krok 4: Wypowiedzenie. Po zakończeniu replikacji dzieje się kilka rzeczy. Najpierw enzym zwany „egzonukleazą” usuwa startery z DNA i te miejsca są wypełniane odpowiednią sekwencją DNA.
Następnie jedna nić (zwana „opóźnioną” nicią”) potrzebuje ligazy DNA do połączenia fragmentów DNA, które właśnie zostały zreplikowane. Pojawia się inny enzym, który sprawdza i poprawia błędy popełnione podczas replikacji. Ostatnim etapem replikacji DNA jest dodanie przez telomerazę specjalnych sekwencji zwanych „telomerami” na końcu nici.
Replikacja bakteryjna
Pojedynczy chromosom bakterii to pętla dwuniciowego DNA. Liczba zasad może się różnić w zależności od gatunku. Znana bakteria E. coli ma 4,7 miliona par zasad, których replikacja zajmuje około 40 minut, co oznacza prędkość ponad 1000 zasad na sekundę.
Replikacja rozpoczyna się w jednym ustalonym miejscu i przebiega na każdej nitce w przeciwnych kierunkach. Proces replikacji obejmuje etap korekty, który zapewnia wskaźnik błędów nie wyższy niż jeden na miliard.
Replikacja eukariotyczna
Komórki ludzi i innych eukariontów mają zorganizowane jądra zawierające zestaw chromosomów. Typowy ludzki chromosom ma około 150 milionów par zasad, które komórka replikuje z szybkością 50 par na sekundę. Przy takiej szybkości replikacji DNA kopiowanie chromosomu zajęłoby komórce ponad miesiąc.
Fakt, że zajmuje to tylko godzinę, wynika z wielu źródeł replikacji. Replikacja jednocześnie przebiega z wielu różnych punktów na chromosomie, a enzymy łączą ze sobą sekcje, tworząc ostateczną nienaruszoną kopię. Wszystkie 46 ludzkich chromosomów replikuje się w tym samym czasie podczas fazy S cyklu komórkowego.