Kyselina deoxyribonukleová alebo DNA je molekula prírody na prenos genetickej informácie po generácie. Väčšina všetkých buniek v tele obsahuje 46 chromozómov - súbor 23 od každého rodiča -, ktoré musí bunka replikovať, aby sa mohla rozdeliť.
Prečítajte si viac o štruktúre, funkcii a dôležitosti DNA.
Na druhej strane, baktéria (a ďalšie prokaryoty) majú zvyčajne jeden chromozóm. Prekvapivo trvá replikáciu DNA pomocou rovnakých krokov replikácie DNA približne rovnaký čas, asi hodinu alebo menej.
Základy DNA: Štruktúra
Načasovanie replikácie závisí od rýchlosti replikácie DNA, množstva DNA v bunke a počtu počiatkov replikácie v každej molekule DNA. DNA je dlhý polymér s kostrou striedajúcich sa skupín cukru a fosfátov. Jedna zo štyroch báz dusíkatých nukleotidov visí nad každou cukrovou skupinou. Sekvencia báz je štvorpísmenová abeceda, ktorá hláskuje sekvenciu aminokyselín v proteínoch, molekuly zodpovedné za vaše fyzické vlastnosti a biochémiu.
Základy DNA: Replikácia
Chromozómy sú kompaktné balenia DNA a bielkovín. Dva reťazce DNA tvoria dvojitú špirálu v srdci každého chromozómu.
Prečítajte si viac o tom, čo je to chromozóm.
Aby mohla replikácia pokračovať, musí bunkový aparát rozbaliť dvojitú špirálu a každý exponovaný reťazec použiť ako šablónu na vytvorenie nového vlákna partnera. Toto je semikonzervatívna replikácia, v ktorej konečným produktom sú dve špirály, každá s originálnym vláknom a novým. Páry báz v vlákne templátu určujú páry v novom vlákne prostredníctvom procesu komplementárneho párovania - každý typ nukleotidovej bázy sa môže párovať iba so špecifickým partnerom.
Všeobecné kroky replikácie DNA
Toto sú základy DNA pre replikáciu DNA.
Krok 1: Formáty vidlice replikácie. Enzým nazývaný DNA helikáza „rozbalí“ dvojitú špirálu na Y-vidlicovitý útvar.
Krok 2: Spojenie primérov. DNA priméry sa viažu na oblasti, kde sa začne replikovať replikačný enzým, DNA polymeráza. Priméry fungujú ako signál pre enzým a informujú ho, kde majú začať a ktorým smerom sa majú vydať.
Krok 3: Predĺženie. Toto je fáza, v ktorej sa DNA skutočne replikuje. DNA polymeráza „predlžuje“ nové vlákno, to znamená, že začína vytvárať nové vlákno na základe každého templátového vlákna.
Krok 4: Ukončenie. Po dokončení replikácie sa stane niekoľko vecí. Najskôr enzým nazývaný „exonukleáza“ odoberie priméry z DNA a tieto škvrny sú vyplnené správnou sekvenciou DNA.
Ďalej jeden reťazec (nazývaný „zaostávajúci“ reťazec) potrebuje DNA ligázu na spojenie fragmentov DNA, ktoré sa práve replikovali. Prechádza ďalší enzým, ktorý kontroluje a opravuje chyby, ktoré sa vyskytli počas replikácie. Posledným z krokov replikácie DNA je, keď telomeráza pridá na koniec vlákien špeciálne sekvencie nazývané „teloméry“.
Bakteriálna replikácia
Jediný chromozóm baktérie je slučka dvojvláknovej DNA. Počet báz sa môže líšiť od jedného druhu k druhému. Známa baktéria E. coli má 4,7 milióna párov báz, ktorých replikácia trvá asi 40 minút, čo znamená rýchlosť viac ako 1 000 báz za sekundu.
Replikácia začína na jednom pevnom mieste a na každom vlákne postupuje opačným smerom. Proces replikácie zahŕňa krok korektúry, ktorý zaisťuje chybovosť nie vyššiu ako jedna ku jednej miliarde.
Eukaryotická replikácia
Bunky ľudí a iných eukaryotov majú usporiadané jadrá obklopujúce súbor chromozómov. Typický ľudský chromozóm má asi 150 miliónov párov báz, ktoré sa bunka replikuje rýchlosťou 50 párov za sekundu. Pri tejto rýchlosti replikácie DNA by bunke trvalo viac ako mesiac, kým by skopírovala chromozóm.
Skutočnosť, že to trvá iba jednu hodinu, je spôsobená mnohými počiatkami replikácie. Replikácia súčasne postupuje z mnohých rôznych bodov na chromozóme a enzýmy spájajú jednotlivé časti dohromady a vytvárajú konečnú neporušenú kópiu. Všetkých 46 ľudských chromozómov sa replikuje súčasne, počas S fázy bunkového cyklu.