Kod genetyczny żywych organizmów zawarty jest w DNA chromosomy. Cząsteczka DNA to podwójna helisa złożona z par nukleotydy, każdy składający się z grupy fosforanowej, grupy cukrowej i zasady azotowej. Struktura nukleotydów jest asymetryczna, co oznacza, że dwie nici DNA podwójnej helisy mają przeciwne kierunki.
Kiedy synteza DNA zachodzi podczas replikacji DNA, dwie nici podwójnej helisy są rozdzielone. Replikacja może zachodzić tylko w kierunku do przodu każdej nici. W rezultacie jedna nić jest kopiowana w sposób ciągły w kierunku do przodu, podczas gdy druga jest kopiowana w sposób nieciągły w segmentach, które są później łączone.
Dlaczego nici DNA mają kierunek
Boki cząsteczek podwójnej helisy DNA składają się z grupy fosforanowe i cukrowe podczas gdy szczeble składają się z zasady azotowe. Zgodnie z konwencją atomy węgla w łańcuchach węglowych lub pierścieniach cząsteczek organicznych są ponumerowane kolejno. Atomy węgla w zasadach azotowych są ponumerowane 1, 2, 3 itd. Aby odróżnić ponumerowane atomy węgla w grupach cukrowych, węgle te są numerowane za pomocą symbolu pierwszego, tj. 1', 2', 3' itd., lub jednego pierwszego itd.
W grupach cukrowych znajduje się pięć atomów węgla, ponumerowanych od 1' do 5'. Atom 5' ma grupa fosforanowa dołączony do niego, podczas gdy 3 'węgiel łączy się z an grupa OH. Aby utworzyć boki helisy, 5' fosforan po jednej stronie grupy cukrowej łączy się z 3' OH następnego nukleotydu. Sekwencja tej nici to 5' do 3'.
Szczeble cząsteczki helisy powstają z połączonych zasad azotowych. Cztery zasady w cząsteczkach DNA to adenina, guanina, cytozyna i tymina, w skrócie A, G, C i T. Bazy A i T mogą tworzyć łącze, a G i C mogą się łączyć.
Gdy nukleotyd łańcucha sekwencji od 5' do 3' łączy się z innym nukleotydem, tworząc szczebel, drugi nukleotyd ma przeciwną sekwencję fosforan/OH. Oznacza to, że jedna strona helisy biegnie w kierunku od 5' do 3', podczas gdy druga strona biegnie w kierunku 3' do 5' kierunek.
Nieciągła replikacja DNA kontra ciągła replikacja
Synteza DNA może mieć miejsce tylko wtedy, gdy dwie nici podwójnej helisy są rozdzielone. Podczas replikacji DNA enzym rozrywa helisę i polimeraza DNA kopiuje każdą nić. Nić biegnąca w kierunku od 5' do 3' nazywana jest nitką wiodącą, podczas gdy druga nić, z sekwencją od 3' do 5', jest nicią opóźnioną.
Polimeraza może kopiować DNA tylko w Kierunek 5' do 3'. Oznacza to, że może on w sposób ciągły replikować prowadzącą nitkę, gdy porusza się ona od początkowego punktu separacji wzdłuż nici. Aby skopiować opóźnioną nić, polimeraza musi replikować wstecz wzdłuż nici do początkowego punktu rozdziału.
Następnie replikacja zatrzymuje się, przesuwa się w górę pasma i cofa się do segmentu, który został już skopiowany. Seria rozłączonych kopii segmentów DNA zwanych Fragmenty Okazaki są produkowane z otuliny.
Ligaza DNA
W miarę postępu replikacji DNA Enzym ligazy DNA łączy fragmenty Okazaki w ciągłą nić. Ta kombinacja ciągłej syntezy wiodącej nici i fragmentami lub nieciągłą replikacją opóźniona nić powoduje powstanie dwóch nowych helis DNA po połączeniu segmentów opóźnionej nici razem.
Każda nowa podwójna helisa ma nić rodzicielską z oryginalnej cząsteczki DNA i nowo zreplikowaną nić, zsyntetyzowaną przez polimerazę DNA. Po pomyślnym zakończeniu replikacji nie ma różnicy w dwóch kopiach oryginalnego DNA cząsteczka, chociaż jedna została uzyskana w wyniku ciągłej replikacji, podczas gdy druga miała nieciągłe DNA replikacja.