Дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК - это природная молекула для передачи генетической информации из поколения в поколение. Практически каждая клетка вашего тела содержит 46 хромосом - набор из 23 хромосом от каждого родителя, - которые клетка должна воспроизвести, прежде чем сможет делиться.
Узнайте больше о структуре, функциях и важности ДНК.
С другой стороны, бактерия (и другие прокариоты) обычно имеет одну хромосому. Удивительно, но вам и бактерии требуется примерно одинаковое время, около часа или меньше, для репликации ДНК через одни и те же этапы репликации ДНК.
Основы ДНК: структура
Время репликации зависит от скорости репликации ДНК, количества ДНК в клетке и количества точек начала репликации на каждой молекуле ДНК. ДНК - это длинный полимер, в основе которого чередуются сахарные и фосфатные группы. Одно из четырех азотистых нуклеотидных оснований свисает с каждой сахарной группы. Последовательность оснований - это четырехбуквенный алфавит, который описывает последовательность аминокислот в белках, молекулах, которые отвечают за ваши физические характеристики и биохимию.
Основы ДНК: Репликация
Хромосомы - это компактные пакеты ДНК и белков. Две нити ДНК образуют двойную спираль в центре каждой хромосомы.
Узнайте больше о том, что такое хромосома.
Для продолжения репликации клеточные механизмы должны распаковать двойную спираль и использовать каждую открытую цепь в качестве шаблона для создания новой партнерской цепи. Это полуконсервативная репликация, при которой конечным продуктом являются две спирали, каждая с исходной цепью и новой. Пары оснований в матричной цепи определяют пары оснований в новой цепи посредством процесса комплементарного спаривания - каждый тип нуклеотидного основания может спариваться только с определенным партнером.
Общие этапы репликации ДНК
Это основы ДНК репликации ДНК.
Шаг 1. Формы репликационной вилки. Фермент под названием ДНК-геликаза «распаковывает» двойную спираль в Y-разветвленное образование.
Шаг 2: связывание праймеров. Праймеры ДНК связываются с участками, в которых фермент репликации, ДНК-полимераза, начинает реплицироваться. Праймеры действуют как сигнал для фермента и позволяют ему знать, с чего начать и в каком направлении двигаться.
Шаг 3: удлинение. Это фаза, на которой фактически реплицируется ДНК. ДНК-полимераза «удлиняет» новую цепь, что означает, что она начинает создавать новую цепь на основе каждой цепи матрицы.
Шаг 4: Прекращение действия. После завершения репликации происходит несколько вещей. Во-первых, фермент под названием «экзонуклеаза» снимает праймеры с ДНК, и эти пятна заполняются правильной последовательностью ДНК.
Затем одной цепи (называемой «отстающей» цепью) требуется ДНК-лигаза для соединения только что реплицированных фрагментов ДНК. Другой фермент проверяет и исправляет любые ошибки, сделанные во время репликации. Последний этап репликации ДНК - это когда теломераза добавляет к концам цепей особые последовательности, называемые «теломерами».
Бактериальная репликация
Одиночная хромосома бактерии представляет собой петлю двухцепочечной ДНК. Количество оснований может варьироваться от одного вида к другому. Хорошо известные бактерии E. coli имеет 4,7 миллиона пар оснований, репликация которых занимает около 40 минут, что означает скорость более 1000 оснований в секунду.
Репликация начинается в одном фиксированном месте и продолжается по каждой нити в противоположных направлениях. Процесс репликации включает в себя этап корректуры, который гарантирует, что количество ошибок не превышает одного на один миллиард.
Эукариотическая репликация
Клетки человека и других эукариот имеют организованные ядра, содержащие набор хромосом. Типичная хромосома человека имеет около 150 миллионов пар оснований, которые клетка реплицирует со скоростью 50 пар в секунду. При такой скорости репликации ДНК клетке потребуется больше месяца, чтобы скопировать хромосому.
Тот факт, что это занимает всего один час, связан с множественными источниками репликации. Репликация одновременно происходит из множества разных точек хромосомы, и ферменты соединяют участки вместе, чтобы сформировать окончательную неповрежденную копию. Все 46 хромосом человека реплицируются одновременно в S-фазе клеточного цикла.