Διαδικασία αντιγραφής DNA. Διαδικασίες αντιγραφής και μεταγραφής

Η αντιγραφή του DNA είναι η διαδικασία βιοσύνθεσης του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Το υλικό για είναι αδενοσίνη-, γουανοσίνη-κυτιδίνη- και θυμιδινοτριφωσφορικό οξύ ή ATP, GTP, CTP και TTP.

Μηχανισμός αντιγραφής DNA

Η βιοσύνθεση πραγματοποιείται παρουσία ενός λεγόμενου «σπόρου» - μιας ορισμένης ποσότητας μονόκλωνου μετασχηματισμένου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος και ενός καταλύτη. Η DNA πολυμεράση δρα ως καταλύτης. Αυτό το ένζυμο συμμετέχει στην ένωση υπολειμμάτων νουκλεοτιδίων. Σε ένα λεπτό συνδέονται περισσότερα από 1000 υπολείμματα νουκλεοτιδίων. Τα υπολείμματα νουκλεοτιδίων στο μόριο ενός θραύσματος δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος συνδέονται μεταξύ τους με 3', 5'-φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Η DNA πολυμεράση καταλύει την προσθήκη μονονουκλεοτιδικών υπολειμμάτων στο ελεύθερο άκρο 3-υδροξυλίου του μετασχηματισμένου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Αρχικά, συντίθενται μικρά μέρη του μορίου του DNA. Είναι ευαίσθητα στη λιγάση DNA και σχηματίζουν μακρύτερα θραύσματα δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Και τα δύο θραύσματα εντοπίζονται στο Μετασχηματισμένο δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ και χρησιμοποιείται ως σημείο ανάπτυξης για το μελλοντικό μόριο DNA και είναι επίσης μια μήτρα στην οποία σχηματίζεται μια αντιπαράλληλη αλυσίδα δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, η οποία είναι πανομοιότυπη με το μετασχηματισμένο DNA στη δομή και την αλληλουχία τοποθέτησης του υπολείμματα νουκλεοτιδίων. Η αντιγραφή του DNA λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της μιτωτικής μεσόφασης το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ συγκεντρώνεται στα χρωμοσώματα και τη χρωματίνη. Μετά το σχηματισμό ενός μονόκλωνου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, σχηματίζονται οι δευτεροταγείς και τριτοταγείς δομές του. Δύο κλώνοι δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος συνδέονται μεταξύ τους σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Η αντιγραφή του DNA λαμβάνει χώρα στον πυρήνα του κυττάρου.

Το υλικό για τη βιοσύνθεση διαφορετικών ομάδων και τύπων RNA είναι ενώσεις υψηλής ενέργειας: ATP, GTP, CTP και TTP. μπορούν να συντεθούν σε αυτά με τη συμμετοχή ενός από τα τρία υποδεικνυόμενα θραύσματα: εξαρτώμενη από DNA πολυμεράση RNA, πολυνουκλεοτίδιο-νουκλεοτιδυλ τρανσφεράση και εξαρτώμενη από RNA πολυμεράση RNA. Το πρώτο από αυτά βρίσκεται στους πυρήνες όλων των κυττάρων και βρίσκεται επίσης στα μιτοχόνδρια. Το RNA συντίθεται σε ένα εκμαγείο DNA παρουσία τριφωσφορικών ριβονουκλεοσιδίων, ιόντων μαγγανίου και μαγνησίου. Σχηματίζεται ένα μόριο RNA που είναι συμπληρωματικό προς το εκμαγείο DNA. Προκειμένου να συμβεί αντιγραφή του DNA, σχηματίζονται στους πυρήνες εκκινητές r-RNA, t-RNA, i-RNA και RNA. Τα τρία πρώτα μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα, όπου συμμετέχουν στη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών.

Η αντιγραφή του DNA συμβαίνει σχεδόν με τον ίδιο τρόπο όπως η μετάφραση του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Η μετάδοση και η διατήρηση των κληρονομικών πληροφοριών πραγματοποιείται σε δύο στάδια: μεταγραφή και μετάφραση. Τι είναι ένα γονίδιο; Ένα γονίδιο είναι μια υλική μονάδα που αποτελεί μέρος ενός μορίου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (RNA σε ορισμένους ιούς). Περιέχεται στα χρωμοσώματα των κυτταρικών πυρήνων. Η γενετική πληροφορία μεταδίδεται από το DNA μέσω του RNA στην πρωτεΐνη. Η μεταγραφή πραγματοποιείται και αποτελείται από τη σύνθεση του mRNA σε τμήματα του μορίου του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Πρέπει να ειπωθεί ότι η νουκλεοτιδική αλληλουχία του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος «ξαναγράφεται» στην νουκλεοτιδική αλληλουχία του μορίου mRNA. Η RNA πολυμεράση προσκολλάται στο αντίστοιχο τμήμα του DNA, «ξετυλίγει» τη διπλή του έλικα και αντιγράφει τη δομή του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, προσθέτοντας νουκλεοτίδια σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Καθώς το θραύσμα κινείται, η αλυσίδα του συντιθέμενου RNA απομακρύνεται από το εκμαγείο και η διπλή έλικα του DNA πίσω από το ένζυμο αποκαθίσταται αμέσως. Εάν η RNA πολυμεράση φτάσει στο τέλος του αντιγραμμένου τμήματος, το RNA απομακρύνεται από τη μήτρα στο καρυόπλασμα, μετά από το οποίο μετακινείται στο κυτταρόπλασμα, όπου συμμετέχει στη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών.

Κατά τη μετάφραση, η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο μόριο mRNA μεταφράζεται στην αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων στο μόριο της πρωτεΐνης. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα, όπου το mRNA συνδυάζεται και σχηματίζεται ένα πολυσωμάτιο.

Στο πρότυπο του γονικού μορίου DNA. Σε αυτή την περίπτωση, το γενετικό υλικό που είναι κρυπτογραφημένο στο DNA διπλασιάζεται και διαιρείται μεταξύ θυγατρικών κυττάρων.

Συνδέσεις

Αντιγραφή DNA (κινούμενα σχέδια) (Αγγλικά)

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

Δείτε τι είναι η "Αντιγραφή (βιολογία)" σε άλλα λεξικά:

- (από το Late Lat. replicatio repetition), αναδιπλασιασμός, αυτοαναδιπλασιασμός, διαδικασία αυτο-αναπαραγωγής μακρομορίων νουκλεϊκού οξέος, εξασφάλιση ακριβούς αντιγραφής της γενετικής. πληροφορίες και τη μετάδοσή τους από γενιά σε γενιά. Στην καρδιά του μηχανισμού R....... Βιολογικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό

βιολογία- ΒΙΟΛΟΓΙΑ (από την ελληνική λέξη ζωή και logos, δόγμα) το σύνολο των επιστημών για τη ζωή σε όλη την ποικιλία των εκδηλώσεων των μορφών, των ιδιοτήτων, των συνδέσεων και των σχέσεών της στη Γη. Ο όρος προτάθηκε για πρώτη φορά ταυτόχρονα και ανεξάρτητα το 1802... ... Εγκυκλοπαίδεια Επιστημολογίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης

Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, βλέπε Αντιγραφή. Σχηματική αναπαράσταση της διαδικασίας αναπαραγωγής, οι αριθμοί δείχνουν: (1) καθυστέρηση ... Wikipedia

ΒΙΟΛΟΓΙΑ- ένα σύνολο επιστημών για τη ζωή σε όλη την ποικιλία των εκδηλώσεων των μορφών, των ιδιοτήτων, των συνδέσεων και των σχέσεών της στη Γη. Ο όρος προτάθηκε για πρώτη φορά ταυτόχρονα και ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο το 1802 από τον εξαιρετικό Γάλλο επιστήμονα J.B. Λαμάρκ και Γερμανός...... Φιλοσοφία της Επιστήμης: Γλωσσάρι Βασικών Όρων

- (Όψιμη λατ. replicatio επανάληψη, από το λατ. replico γυρίζω πίσω, επαναλαμβάνω) αναδιπλασιασμός, αυτοαναπαραγωγή, αυτοσύνθεση, η διαδικασία αυτοαναπαραγωγής (αυτοαντιγραφής) νουκλεϊκών οξέων που συμβαίνει σε όλα τα ζωντανά κύτταρα (Βλ. Nucleic... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια- Εκχύλισμα (κυτταρικό εκχύλισμα, σύστημα χωρίς κύτταρα) κύτταρα που καταστρέφονται μηχανικά ή χημικά (ωσμωτικό σοκ), που χρησιμοποιούνται για την αναπαραγωγή βιοχημικών διεργασιών «in vitro». Τα κύτταρα χρησιμοποιούνται για τη λήψη αποσπασμάτων... Wikipedia

Το κύτταρο είναι μια στοιχειώδης μονάδα δομής και ζωτικής δραστηριότητας όλων των ζωντανών οργανισμών (εκτός από τους ιούς, που συχνά αναφέρονται ως μη κυτταρικές μορφές ζωής), που διαθέτει δικό του μεταβολισμό, ικανό για ανεξάρτητη ύπαρξη,... ... Βικιπαίδεια

Αντιγραφή DNA- Αυτή είναι η διαδικασία του διπλασιασμού του πριν την κυτταρική διαίρεση. Μερικές φορές λένε «αναδιπλασιασμός DNA». Ο διπλασιασμός συμβαίνει στη φάση S της μεσοφάσης του κυτταρικού κύκλου.

Προφανώς, η αυτοαντιγραφή του γενετικού υλικού στη ζωντανή φύση είναι απαραίτητη. Μόνο με αυτόν τον τρόπο μπορούν τα θυγατρικά κύτταρα που σχηματίζονται κατά τη διαίρεση να περιέχουν την ίδια ποσότητα DNA που ήταν αρχικά στο αρχικό. Χάρη στην αναπαραγωγή, όλα τα γενετικά προγραμματισμένα δομικά και μεταβολικά χαρακτηριστικά μεταδίδονται σε διάφορες γενιές.

Κατά τη διαίρεση των κυττάρων, κάθε μόριο DNA από ένα ζευγάρι πανομοιότυπων πηγαίνει στο θυγατρικό του κύτταρο. Αυτό διασφαλίζει την ακριβή μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών.

Η σύνθεση DNA καταναλώνει ενέργεια, δηλαδή είναι μια διαδικασία που καταναλώνει ενέργεια.

Μηχανισμός αντιγραφής DNA

Το ίδιο το μόριο DNA (χωρίς διπλασιασμό) είναι μια διπλή έλικα. Κατά τη διαδικασία του αναδιπλασιασμού, οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των δύο συμπληρωματικών κλώνων του σπάνε. Και σε κάθε μεμονωμένη αλυσίδα, η οποία πλέον χρησιμεύει ως πρότυπο-μήτρα, δημιουργείται μια νέα αλυσίδα συμπληρωματική σε αυτήν. Με αυτόν τον τρόπο σχηματίζονται δύο μόρια DNA. Κάθε ένα λαμβάνει έναν κλώνο από το DNA της μητέρας του, ο δεύτερος συντίθεται πρόσφατα. Επομένως, ο μηχανισμός αντιγραφής του DNA είναι ημι-συντηρητικός(μια αλυσίδα είναι παλιά, μια είναι καινούργια). Αυτός ο μηχανισμός αντιγραφής αποδείχθηκε το 1958.

Σε ένα μόριο DNA, οι αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες. Αυτό σημαίνει ότι ένα νήμα πηγαίνει προς την κατεύθυνση από το 5" άκρο στο 3", και το συμπληρωματικό πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οι αριθμοί 5 και 3 δείχνουν τους αριθμούς των ατόμων άνθρακα στη δεοξυριβόζη, η οποία είναι μέρος κάθε νουκλεοτιδίου. Μέσω αυτών των ατόμων, τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Και όπου η μια αλυσίδα έχει συνδέσεις 3", η άλλη έχει συνδέσεις 5", αφού είναι ανεστραμμένη, δηλαδή πηγαίνει προς την άλλη κατεύθυνση. Για λόγους σαφήνειας, μπορείτε να φανταστείτε ότι βάζετε το χέρι σας πάνω από το χέρι σας, σαν μαθητής της πρώτης τάξης που κάθεται σε ένα γραφείο.

Το κύριο ένζυμο που πραγματοποιεί την ανάπτυξη ενός νέου κλώνου DNA μπορεί να το κάνει αυτό μόνο προς μία κατεύθυνση. Δηλαδή: συνδέστε ένα νέο νουκλεοτίδιο μόνο στο άκρο 3". Έτσι, η σύνθεση μπορεί να προχωρήσει μόνο προς την κατεύθυνση από 5" έως 3".

Οι αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, πράγμα που σημαίνει ότι η σύνθεση πρέπει να προχωρήσει πάνω τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Εάν πρώτα οι κλώνοι του DNA αποκλίνονταν εντελώς και μετά χτιζόταν πάνω τους μια νέα συμπληρωματική, τότε αυτό δεν θα ήταν πρόβλημα. Στην πραγματικότητα, οι αλυσίδες αποκλίνουν σε ορισμένα προέλευση αντιγραφής, και σε αυτά τα σημεία στους πίνακες αρχίζει αμέσως η σύνθεση.

Το λεγομενο πιρούνια αναπαραγωγής. Σε αυτή την περίπτωση, σε μια μητρική αλυσίδα, η σύνθεση προχωρά προς την κατεύθυνση της απόκλισης του πιρουνιού και αυτή η σύνθεση συμβαίνει συνεχώς, χωρίς σπασίματα. Στο δεύτερο πρότυπο, η σύνθεση προχωρά προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση της απόκλισης των αρχικών αλυσίδων DNA. Επομένως, μια τέτοια αντίστροφη σύνθεση μπορεί να συμβεί μόνο σε κομμάτια, τα οποία ονομάζονται θραύσματα Okazaki. Αργότερα, τέτοια θραύσματα "ράβονται" μεταξύ τους.

Ένα θυγατρικό σκέλος που αναπαράγεται συνεχώς ονομάζεται οδηγώντας, ή οδηγώντας. Αυτό που συντίθεται μέσα από θραύσματα Okazaki είναι υστερεί ή υστερεί, αφού η κατακερματισμένη αναπαραγωγή είναι πιο αργή.

Στο διάγραμμα, οι μητρικοί κλώνοι του DNA αποκλίνουν σταδιακά προς την κατεύθυνση στην οποία συντίθεται η κύρια θυγατρική αλυσίδα. Η σύνθεση της υστερούσας αλυσίδας πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση της απόκλισης, επομένως αναγκάζεται να πραγματοποιηθεί σε κομμάτια.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό του κύριου ενζύμου σύνθεσης DNA (πολυμεράση) είναι ότι δεν μπορεί να ξεκινήσει τη σύνθεση μόνο του, παρά μόνο να συνεχίσει. Χρειάζεται σπόρος ή αστάρι. Επομένως, ένα μικρό συμπληρωματικό τμήμα RNA συντίθεται πρώτα στον μητρικό κλώνο και στη συνέχεια η αλυσίδα επεκτείνεται χρησιμοποιώντας πολυμεράση. Αργότερα αφαιρούνται τα αστάρια και γεμίζονται οι τρύπες.

Στο διάγραμμα, οι σπόροι εμφανίζονται μόνο στο υστερούμενο σκέλος. Στην πραγματικότητα, βρίσκονται επίσης στην πρώτη θέση. Ωστόσο, εδώ χρειάζεστε μόνο ένα αστάρι ανά πιρούνι.

Δεδομένου ότι οι κλώνοι του μητρικού DNA δεν αποκλίνουν πάντα από τα άκρα, αλλά στα σημεία αρχικοποίησης, δεν σχηματίζονται στην πραγματικότητα τόσα πιρούνια όσο τα μάτια ή οι φυσαλίδες.

Κάθε φούσκα μπορεί να έχει δύο πιρούνια, δηλαδή οι αλυσίδες θα αποκλίνουν προς δύο κατευθύνσεις. Ωστόσο, μπορούν να κάνουν μόνο ένα πράγμα. Εάν, ωστόσο, η απόκλιση είναι αμφίδρομη, τότε από το σημείο αρχικοποίησης σε έναν κλώνο DNA, η σύνθεση θα προχωρήσει σε δύο κατευθύνσεις - προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Σε αυτή την περίπτωση, η συνεχής σύνθεση θα εκτελεστεί προς τη μία κατεύθυνση και τα θραύσματα Okazaki στην άλλη.

Το προκαρυωτικό DNA δεν είναι γραμμικό, αλλά έχει κυκλική δομή και μόνο μία αρχή αντιγραφής.

Το διάγραμμα δείχνει τους δύο κλώνους του γονικού μορίου DNA σε κόκκινο και μπλε. Οι νεοσυντιθέμενοι κλώνοι εμφανίζονται με διακεκομμένες γραμμές.

Στα προκαρυωτικά, η αυτοαντιγραφή του DNA είναι ταχύτερη από ότι στους ευκαρυώτες. Εάν ο ρυθμός αναδιπλασιασμού στους ευκαρυώτες είναι εκατοντάδες νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο, τότε στους προκαρυώτες φτάνει τα χίλια ή περισσότερα.

Ένζυμα αντιγραφής

Η αντιγραφή του DNA εξασφαλίζεται από ένα ολόκληρο σύμπλεγμα ενζύμων που ονομάζονται ανταποκρινόμενος. Υπάρχουν περισσότερα από 15 ένζυμα και πρωτεΐνες αντιγραφής Τα πιο σημαντικά από αυτά παρατίθενται παρακάτω.

Το κύριο ένζυμο αντιγραφής είναι το ήδη αναφερθέν DNA πολυμεράση(στην πραγματικότητα υπάρχουν πολλά διαφορετικά), που επεκτείνει άμεσα την αλυσίδα. Αυτή δεν είναι η μόνη λειτουργία του ενζύμου. Η πολυμεράση είναι σε θέση να «ελέγχει» ποιο νουκλεοτίδιο προσπαθεί να προσκολλήσει στο άκρο. Αν δεν είναι κατάλληλο, το διαγράφει. Με άλλα λόγια, η μερική επιδιόρθωση του DNA, δηλαδή η διόρθωση των σφαλμάτων αντιγραφής, συμβαίνει ήδη στο στάδιο της σύνθεσης.

Τα νουκλεοτίδια που βρίσκονται στο νουκλεόπλασμα (ή στο κυτταρόπλασμα στα βακτήρια) υπάρχουν με τη μορφή τριφωσφορικών, δηλαδή δεν είναι νουκλεοτίδια, αλλά τριφωσφορικά δεοξυνουκλεοσίδια (dATP, dTTP, dGTP, dCTP). Είναι παρόμοια με το ATP, το οποίο έχει τρία υπολείμματα φωσφορικών, δύο από τα οποία συνδέονται με δεσμό υψηλής ενέργειας. Όταν σπάνε τέτοιοι δεσμοί, απελευθερώνεται πολλή ενέργεια. Επίσης, οι τριφωσφορικοί δεοξυνουκλεοζίτες έχουν δύο δεσμούς υψηλής ενέργειας. Η πολυμεράση διαχωρίζει τα δύο τελευταία φωσφορικά και χρησιμοποιεί την ενέργεια που απελευθερώνεται για την αντίδραση πολυμερισμού του DNA.

Ενζυμο ελικάσηδιαχωρίζει τους κλώνους DNA του προτύπου σπάζοντας τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους.

Δεδομένου ότι το μόριο του DNA είναι διπλή έλικα, το σπάσιμο των δεσμών προκαλεί ακόμη μεγαλύτερη συστροφή. Φανταστείτε ένα σχοινί από δύο σχοινιά στριμμένα μεταξύ τους, και στη μία πλευρά τραβάτε το ένα άκρο προς τα δεξιά, το άλλο προς τα αριστερά. Το υφαντό μέρος θα κυρτώσει ακόμη περισσότερο και θα γίνει πιο σφιχτό.

Για να εξαλειφθεί αυτή η τάση, είναι απαραίτητο η ακόμη αδιάσπαστη διπλή έλικα να περιστραφεί γρήγορα γύρω από τον άξονά της, «επαναφέροντας» την προκύπτουσα υπερσπείρα. Ωστόσο, αυτό είναι πολύ ενεργοβόρο. Επομένως, ένας διαφορετικός μηχανισμός εφαρμόζεται στα κύτταρα. Ενζυμο τοποϊσομεράσησπάει ένα από τα νήματα, περνά το δεύτερο από το κενό και ράβει ξανά το πρώτο. Έτσι εξαλείφονται τα υπερπηνία που προκύπτουν.

Οι κλώνοι DNA προτύπου που έχουν διαχωριστεί ως αποτέλεσμα της δράσης της ελικάσης προσπαθούν να συνδεθούν ξανά με τους δεσμούς υδρογόνου τους. Για να μην συμβεί αυτό, αναλαμβάνουν δράση Πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA. Αυτά δεν είναι ένζυμα με την έννοια ότι δεν καταλύουν αντιδράσεις. Τέτοιες πρωτεΐνες προσκολλώνται στον κλώνο DNA σε όλο το μήκος του και εμποδίζουν το κλείσιμο των συμπληρωματικών κλώνων του προτύπου DNA.

Συντίθενται εκκινητές RNA πριμάση. Και διαγράφονται εξωνουκλεάση. Αφού αφαιρεθεί το αστάρι, άλλος τύπος πολυμεράσης γεμίζει την οπή. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, μεμονωμένα τμήματα του DNA δεν συρράπτονται μεταξύ τους.

Μεμονωμένα μέρη της συντιθέμενης αλυσίδας διασυνδέονται με ένα ένζυμο αντιγραφής όπως π.χ DNA λιγάση.

Είναι ένα μόριο κληρονομικότητας, τότε για να συνειδητοποιήσει αυτή την ποιότητα πρέπει να αντιγράψει με ακρίβεια τον εαυτό του και έτσι να διατηρήσει όλες τις διαθέσιμες πληροφορίες στο αρχικό μόριο DNA με τη μορφή μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω μιας ειδικής διαδικασίας που προηγείται της διαίρεσης οποιουδήποτε κυττάρου στο σώμα, η οποία ονομάζεται αντιγραφή DNA.

Η ουσία της αντιγραφής του DNA είναι ότι ένα ειδικό ένζυμο σπάει τους ασθενείς δεσμούς υδρογόνου που συνδέουν τα νουκλεοτίδια των δύο αλυσίδων. Ως αποτέλεσμα, οι κλώνοι του DNA διαχωρίζονται και οι ελεύθερες αζωτούχες βάσεις «ξεκολλάνε» από κάθε κλώνο (εμφάνιση ενός λεγόμενου πιρουνιού αντιγραφής). Ένα ειδικό ένζυμο DNA πολυμεράση αρχίζει να κινείται κατά μήκος του ελεύθερου κλώνου DNA από το 5- στο 3-άκρο (οδηγός κλώνος), βοηθώντας στη σύνδεση ελεύθερων νουκλεοτιδίων που συντίθενται συνεχώς στο κύτταρο στο άκρο 3" του νεοσυντιθέμενου κλώνου DNA. Στον δεύτερο κλώνο του DNA (lagging κλώνος) σχηματίζεται νέο DNA σε μικρά τμήματα που αποτελούνται από 1000-2000 νουκλεοτίδια(θραύσματα Okazaki).

Για να ξεκινήσει η αντιγραφή των θραυσμάτων DNA αυτού του κλώνου, απαιτείται η σύνθεση βραχέων θραυσμάτων RNA (σχετικά με τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα RNAθα συζητηθεί παρακάτω) ως εκκινητής, για τον οποίο χρησιμοποιείται ένα ειδικό ένζυμο - RNA πολυμεράση (πριμάση). Στη συνέχεια, οι εκκινητές RNA αφαιρούνται και το DNA εισάγεται στα προκύπτοντα κενά χρησιμοποιώντας DNA πολυμεράση Ι. Έτσι, κάθε κλώνος DNA χρησιμοποιείται ως πρότυπο ή πρότυπο για την κατασκευή ενός συμπληρωματικού κλώνου και η αντιγραφή του DNA είναι ημι-συντηρητική (δηλ. ο κλώνος στο νέο μόριο DNA είναι το "παλιό" και ο δεύτερος είναι νέος).

Το κύτταρο χρησιμοποιεί διαφορετικά ένζυμα για να αναπαραγάγει τους κορυφαίους και τους υστερούντες κλώνους. Ως αποτέλεσμα της αντιγραφής, σχηματίζονται δύο νέα απολύτως πανομοιότυπα μόρια DNA, τα οποία είναι επίσης πανομοιότυπα με το αρχικό μόριο DNA πριν από την έναρξη του αναδιπλασιασμού του (η διαδικασία αντιγραφής του DNA φαίνεται λεπτομερέστερα στο Σχ. 3.5). Η DNA πολυμεράση, όπως κάθε άλλο ένζυμο, επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία προσθήκης συμπληρωματικών νουκλεοτιδίων στην ελεύθερη αλυσίδα DNA, αλλά η χημική συγγένεια αδενίνηστον Τιμίν, και κυτοσίνηστη γουανίνη είναι τόσο μεγάλη που συνδυάζονται μεταξύ τους ακόμη και απουσία DNA πολυμεράσης σε ένα απλό μείγμα αντίδρασης.

Μπορούμε να πούμε, κάπως απλοποιώντας, ότι το φαινόμενο του ακριβούς διπλασιασμού του μορίου του DNA, που βασίζεται στη συμπληρωματικότητα των βάσεων αυτού του μορίου, αποτελεί τη μοριακή βάση της κληρονομικότητας. Ο ρυθμός αντιγραφής του DNA στους ανθρώπους είναι σχετικά αργός και θα χρειάζονταν εβδομάδες για να αναπαραχθεί το DNA οποιουδήποτε ανθρώπινου χρωμοσώματος εάν η αντιγραφή ξεκινούσε από ένα μόνο σημείο. Στην πραγματικότητα, στο μόριο DNA οποιουδήποτε χρωμοσώματος, και κάθε ανθρώπινο χρωμόσωμα περιέχει μόνο ένα μόριο DNA, υπάρχουν πολλές θέσεις έναρξης αντιγραφής (αντίγραφα). Από κάθε αντίγραφο, η αναπαραγωγή προχωρά και προς τις δύο κατευθύνσεις μέχρι να συγχωνευθούν γειτονικά αντίγραφα. Επομένως, αντιγραφή DNA σε κάθε χρωμόσωμαπροχωρά σχετικά γρήγορα.

Η αντιγραφή (από το λατινικό replicatio - ανανέωση) είναι η διαδικασία σύνθεσης ενός θυγατρικού μορίου DNA στη μήτρα του μητρικού μορίου DNA. Κατά τη διάρκεια της επακόλουθης διαίρεσης του μητρικού κυττάρου, κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα αντίγραφο ενός μορίου DNA που είναι πανομοιότυπο με το DNA του αρχικού μητρικού κυττάρου. Αυτή η διαδικασία διασφαλίζει ότι οι γενετικές πληροφορίες μεταβιβάζονται με ακρίβεια από γενιά σε γενιά. Η αντιγραφή του DNA πραγματοποιείται από ένα σύμπλοκο ενζυμικό σύμπλεγμα που αποτελείται από 15-20 διαφορετικές πρωτεΐνες, που ονομάζεται ρεπλισόμα.

Η αντιγραφή του DNA είναι ένα σημαντικό γεγονός κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Είναι σημαντικό ότι μέχρι τη στιγμή της διαίρεσης το DNA έχει αντιγραφεί πλήρως και μόνο μία φορά. Αυτό διασφαλίζεται από ορισμένους μηχανισμούς που ρυθμίζουν την αντιγραφή του DNA.

Η αναπαραγωγή πραγματοποιείται σε τρία στάδια:

1. Έναρξη αναπαραγωγής

2. Επιμήκυνση

3. Τερματισμός αντιγραφής.

Η ρύθμιση της αναπαραγωγής συμβαίνει κυρίως στο στάδιο της έναρξης. Αυτό είναι αρκετά εύκολο να εφαρμοστεί, επειδή η αντιγραφή μπορεί να ξεκινήσει όχι από οποιοδήποτε τμήμα DNA, αλλά από ένα αυστηρά καθορισμένο, που ονομάζεται θέση έναρξης αντιγραφής. Μπορεί να υπάρχουν μόνο μία ή πολλές τέτοιες θέσεις στο γονιδίωμα. Η έννοια του replicon συνδέεται στενά με την έννοια της θέσης έναρξης αναπαραγωγής. Ένα αντίγραφο είναι ένα τμήμα του DNA που περιέχει μια αρχή αντιγραφής και αντιγράφεται αφού ξεκινήσει η σύνθεση του DNA από αυτή τη θέση. Τα βακτηριακά γονιδιώματα είναι συνήθως ένα ενιαίο αντίγραφο, πράγμα που σημαίνει ότι η αντιγραφή ολόκληρου του γονιδιώματος προκύπτει από μία μόνο πράξη έναρξης αντιγραφής.

Τα ευκαρυωτικά γονιδιώματα (καθώς και τα μεμονωμένα χρωμοσώματά τους) αποτελούνται από μεγάλο αριθμό ανεξάρτητων αντιγράφων, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον συνολικό χρόνο αντιγραφής ενός μεμονωμένου χρωμοσώματος. Οι μοριακοί μηχανισμοί που ελέγχουν τον αριθμό των γεγονότων έναρξης αντιγραφής σε κάθε θέση κατά τη διάρκεια ενός κύκλου κυτταρικής διαίρεσης ονομάζονται έλεγχος αριθμού αντιγράφων. Εκτός από το χρωμοσωμικό DNA, τα βακτηριακά κύτταρα περιέχουν συχνά πλασμίδια, τα οποία είναι μεμονωμένα αντίγραφα. Τα πλασμίδια έχουν τους δικούς τους μηχανισμούς ελέγχου αριθμού αντιγράφων: μπορούν να εξασφαλίσουν τη σύνθεση μόνο ενός αντιγράφου του πλασμιδίου ανά κυτταρικό κύκλο ή χιλιάδων αντιγράφων.

Ο αναδιπλασιασμός ξεκινά στη θέση έναρξης της αντιγραφής με το ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA, η οποία σχηματίζει μια διχάλα αντιγραφής - τη θέση της άμεσης αντιγραφής του DNA. Κάθε τοποθεσία μπορεί να σχηματίσει μία ή δύο διχάλες αναπαραγωγής, ανάλογα με το αν η αναπαραγωγή είναι μονοκατευθυντική ή αμφίδρομη. Η αμφίδρομη αντιγραφή είναι πιο συνηθισμένη. Λίγο καιρό μετά την έναρξη της αντιγραφής, ένα μάτι αντιγραφής μπορεί να παρατηρηθεί σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο - ένα τμήμα του χρωμοσώματος όπου το DNA έχει ήδη αντιγραφεί, που περιβάλλεται από πιο εκτεταμένα τμήματα μη αναδιπλασιασμένου DNA.

Στη διχάλα αντιγραφής, το DNA αντιγράφει ένα μεγάλο σύμπλεγμα πρωτεϊνών (ρεπλισώμα), το βασικό ένζυμο του οποίου είναι η πολυμεράση του DNA. Το πιρούνι αντιγραφής κινείται με ταχύτητα περίπου 100.000 ζευγών βάσεων ανά λεπτό στους προκαρυώτες και 500-5000 στους ευκαρυώτες.

Μοριακός μηχανισμός αντιγραφής:

Ένζυμα (ελικάση, τοποϊσομεράση) και οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA ξετυλίγουν το DNA, διατηρούν το εκμαγείο αραιωμένο και περιστρέφουν το μόριο DNA. Η σωστή αντιγραφή εξασφαλίζεται από την ακριβή αντιστοίχιση των συμπληρωματικών ζευγών βάσεων και τη δραστηριότητα της DNA πολυμεράσης, η οποία είναι σε θέση να αναγνωρίσει και να διορθώσει το σφάλμα. Ο αναδιπλασιασμός στους ευκαρυώτες πραγματοποιείται από πολλές διαφορετικές πολυμεράσες DNA (σε αντίθεση με την αντιγραφή του DNA στους προκαρυώτες).

Η DNA πολυμεράση Ι δρα στον υστερούντα κλώνο για την αφαίρεση των εκκινητών RNA και την προ-αντιγραφή των καθαρισμένων θέσεων DNA. Η DNA πολυμεράση III είναι το κύριο ένζυμο αντιγραφής DNA που συνθέτει τον οδηγό κλώνο του DNA και θραυσμάτων Okazaki κατά τη σύνθεση του υστερούντος κλώνου (τα θραύσματα Okazaki είναι σχετικά μικρά θραύσματα DNA που σχηματίζονται στον υστερούντα κλώνο κατά την αντιγραφή του DNA). Στη συνέχεια, τα συντιθέμενα μόρια συστρέφονται σύμφωνα με την αρχή της υπερέλιξης και περαιτέρω συμπίεσης του DNA. Η σύνθεση είναι ενεργοβόρα.

Οι κλώνοι του μορίου του DNA αποκλίνουν, σχηματίζουν μια διχάλα αντιγραφής και καθένας από αυτούς γίνεται ένα πρότυπο πάνω στο οποίο συντίθεται ένας νέος συμπληρωματικός κλώνος. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο νέα δίκλωνα μόρια DNA, πανομοιότυπα με το μητρικό μόριο.