DNA複製プロセス。 複製と転写のプロセス
DNA 複製は、デオキシリボ核酸の生合成プロセスです。 材料は、アデノシン、グアノシン、シチジン、チミジン三リン酸、または ATP、GTP、CTP、TTP です。
DNA複製の仕組み
生合成は、いわゆる「シード」、つまり一定量の一本鎖変換デオキシリボ核酸と触媒の存在下で行われます。 DNA ポリメラーゼは触媒として機能します。 この酵素はヌクレオチド残基の結合に関与します。 1分間に1000以上のヌクレオチド残基が結合します。 デオキシリボ核酸フラグメントの分子内のヌクレオチド残基は、3',5'-ホスホジエステル結合によって互いに接続されています。 DNA ポリメラーゼは、形質転換されたデオキシリボ核酸の遊離 3-ヒドロキシル末端へのモノヌクレオチド残基の付加を触媒します。 まず、DNA 分子の小さな部分が合成されます。 これらは DNA リガーゼの作用を受けやすく、デオキシリボ核酸のより長い断片を形成します。 両方のフラグメントは、形質転換されたデオキシリボ核酸に局在しており、将来の DNA 分子の成長点として使用され、デオキシリボ核酸の逆平行鎖が形成されるマトリックスでもあり、その構造と配置順序は形質転換された DNA と同一です。ヌクレオチド残基。 DNA の複製は有糸分裂間期に起こり、デオキシリボ核酸は染色体とクロマチンに集中します。 一本鎖デオキシリボ核酸が形成された後、その二次構造および三次構造が形成されます。 デオキシリボ核酸の 2 本の鎖は相補性の法則に従って互いに接続されます。 DNAの複製は細胞核で起こります。
さまざまなグループや種類の RNA を生合成するための材料は、ATP、GTP、CTP、TTP などの高エネルギー化合物です。 は、DNA 依存性 RNA ポリメラーゼ、ポリヌクレオチド ヌクレオチジル トランスフェラーゼ、および RNA 依存性 RNA ポリメラーゼの 3 つの示されたフラグメントの 1 つが関与して、それらの中で合成できます。 最初のものはすべての細胞の核に存在し、ミトコンドリアにも存在します。 RNA は、リボヌクレオシド三リン酸、マンガン、マグネシウムイオンの存在下で DNA テンプレート上で合成されます。 DNA テンプレートに相補的な RNA 分子が形成されます。 DNA 複製が起こるために、r-RNA、t-RNA、i-RNA、および RNA プライマーが核内で形成されます。 最初の 3 つは細胞質に輸送され、そこでタンパク質の生合成に参加します。
DNA の複製は、デオキシリボ核酸の翻訳とほぼ同じ方法で発生します。 遺伝情報の伝達と保存は、転写と翻訳の 2 段階で行われます。 遺伝子とは何ですか? 遺伝子は、デオキシリボ核酸分子 (一部のウイルスでは RNA) の一部である物質単位です。 細胞核の染色体に含まれています。 遺伝情報はDNAからRNAを経てタンパク質に伝達されます。 転写は、デオキシリボ核酸分子の部分で行われ、mRNA の合成で構成されます。 デオキシリボ核酸のヌクレオチド配列は、mRNA分子のヌクレオチド配列に「書き換えられる」と言うべきである。 RNA ポリメラーゼは DNA の対応するセクションに結合し、その二重らせんを「巻き戻し」、デオキシリボ核酸の構造をコピーし、相補性の原理に従ってヌクレオチドを追加します。 フラグメントが移動すると、合成された RNA の鎖が鋳型から離れ、酵素の後ろにある DNA 二重らせんがすぐに復元されます。 RNA ポリメラーゼがコピーされたセクションの端に到達すると、RNA はマトリックスから離れて核質に入り、その後細胞質に移動し、そこでタンパク質の生合成に参加します。
翻訳中、mRNA 分子のヌクレオチドの配列はタンパク質分子のアミノ酸残基の配列に翻訳されます。 このプロセスは細胞質で起こり、そこで mRNA が結合してポリソームが形成されます。
親 DNA 分子のテンプレート上。 この場合、DNA に暗号化された遺伝物質が 2 倍になり、娘細胞間で分割されます。
リンク
DNA レプリケーション (アニメーション) (英語)
ウィキメディア財団。 2010年。
他の辞書で「複製 (生物学)」が何であるかを確認してください。
- (後期ラテン語の複製繰り返しから)、重複、自己複製、核酸高分子の自己複製のプロセスであり、遺伝学の正確なコピーを保証します。 情報とその世代から世代への伝達。 R.メカニズムの心臓部には…… 生物事典
生物学- 生物学（ギリシャ語のバイオライフとロゴスという言葉、教義から）地球上でのその形態、特性、つながり、関係のあらゆる多様性の現れにおける生命に関する科学の全体。 この用語は 1802 年に同時に独立して初めて提案されました。 認識論と科学哲学の百科事典
この用語には他の意味もあります。「レプリケーション」を参照してください。 レプリケーション プロセスの概略図。数字は次のことを示します: (1) 遅延 ... ウィキペディア
生物学- 地球上でのその形態、特性、つながり、関係のあらゆる多様性の現れにおける生命に関する一連の科学。 この用語は、1802 年にフランスの傑出した科学者 J.B. によって同時にかつ互いに独立して初めて提案されました。 ラマルクとドイツ人…… 科学哲学: 基本用語集
- (後期ラテン語 repetition 反復、ラテン語 replico から I ターンバック、リピート) 複製、自動複製、自己合成、すべての生きた細胞で起こる核酸の自己複製 (自己コピー) のプロセス (核酸を参照) ... ソビエト大百科事典- 機械的または化学的（浸透圧衝撃）によって破壊された細胞を抽出（細胞抽出物、無細胞系）し、「インビトロ」で生化学プロセスを再現するために使用されます。 細胞は抽出物を得るために使用されます... ウィキペディア
細胞は、すべての生物 (非細胞型生命体と呼ばれることが多いウイルスを除く) の構造と生命活動の基本単位であり、独自の代謝を持ち、独立して存在することができます。ウィキペディア
DNA複製- これは細胞分裂の前に倍加する過程です。 「DNAの重複」と言われることもあります。 重複は細胞周期の間期の S 期に発生します。
明らかに、生きた自然界における遺伝物質の自己コピーは必要です。 この方法によってのみ、分裂中に形成される娘細胞は、元の細胞に含まれていたのと同じ量の DNA を含むことができます。 複製のおかげで、遺伝的にプログラムされたすべての構造的および代謝的特徴は、数世代にわたって伝達されます。
細胞分裂中、一対の同一の DNA 分子からの各 DNA 分子がその娘細胞に入ります。 これにより、遺伝情報の正確な伝達が保証されます。
DNA 合成はエネルギーを消費します。つまり、エネルギーを大量に消費するプロセスです。
DNA複製の仕組み
DNA 分子自体は (重複なしで) 二重らせんです。 再複製の過程で、2 本の相補鎖間の水素結合が切断されます。 そして、テンプレート マトリックスとして機能する個々のチェーン上に、それを補完する新しいチェーンが構築されます。 このようにして、2 つの DNA 分子が形成されます。 それぞれが母親の DNA から 1 つの鎖を取得し、2 番目の鎖が新たに合成されます。 したがって、DNA複製のメカニズムは、 半保守的(1 つのチェーンは古いもの、もう 1 つは新しいものです)。 この複製メカニズムは 1958 年に証明されました。
DNA 分子では、鎖は逆平行です。 これは、1 つのねじが 5 インチの端から 3 インチの方向に進み、相補的なねじが反対方向に進むことを意味します。 5 と 3 という数字は、各ヌクレオチドの一部であるデオキシリボースの炭素原子の数を示します。 これらの原子を介して、ヌクレオチドはホスホジエステル結合によって互いに結合されます。 一方のチェーンが 3 インチの接続を持つ場合、もう一方のチェーンは反転しているため、つまり反対方向に進むため、5 インチの接続があります。 わかりやすくするために、机に座っている小学 1 年生のように、手を自分の上に置くと想像してください。
新しい DNA 鎖の成長を実行する主な酵素は、これを一方向にしか行うことができません。 すなわち、新しいヌクレオチドを 3" 末端にのみ結合します。したがって、合成は 5" から 3" の方向にのみ進むことができます。
鎖は逆平行であるため、合成は異なる方向に鎖上で進行する必要があります。 DNA 鎖が最初に完全に分岐し、次にその上に新しい相補的な DNA 鎖が構築された場合、これは問題になりません。 実際には、連鎖は特定の部分で分岐します。 レプリケーション起点、そしてマトリックスのこれらの場所で合成がすぐに始まります。
いわゆる レプリケーションフォーク。 この場合、一方の母鎖上ではフォークの分岐方向に合成が進み、この合成は途切れることなく連続的に行われます。 2 番目のテンプレートでは、元の DNA 鎖の分岐方向とは逆方向に合成が進行します。 したがって、このような逆合成は断片的にのみ発生します。 岡崎の断片。 後で、そのような断片が「縫い合わされ」ます。
継続的に複製する娘鎖を 先頭に立って、または先頭に立って。 岡崎フラグメントを経て合成されたものは 遅れたり遅れたり断片化されたレプリケーションは速度が低下するためです。
この図では、親 DNA 鎖は、先頭の娘鎖が合成される方向に徐々に分岐します。 遅行連鎖の合成は発散とは逆の方向に進むため、分割して実行することを余儀なくされます。
主要な DNA 合成酵素 (ポリメラーゼ) のもう 1 つの特徴は、合成自体を開始することはできず、合成を継続するだけであることです。 彼が必要とします シードまたはプライマー。 したがって、RNA の小さな相補的セクションが最初に親鎖上に合成され、次にポリメラーゼを使用して鎖が伸長されます。 その後、プライマーを除去し、穴を埋めます。
図では、シードはラギング鎖上にのみ示されています。 実際、彼らは先頭にも立っています。 ただし、ここではフォークごとに 1 つのプライマーのみが必要です。
母方の DNA 鎖は必ずしも端から分岐するわけではありませんが、初期化の時点では、実際に形成されるのは目や泡のようなフォークではありません。
各バブルは 2 つのフォークを持つことができます。つまり、チェーンは 2 つの方向に分岐します。 ただし、彼らにできることは 1 つだけです。 それにもかかわらず、分岐が双方向である場合、1 本の DNA 鎖の初期化点から、合成は 2 つの方向 (前方と後方) に進行します。 この場合、連続合成は一方向で実行され、岡崎フラグメントはもう一方の方向で実行されます。
原核生物の DNA は線状ではなく、環状構造を持ち、複製起点は 1 つだけです。
この図では、親 DNA 分子の 2 本の鎖が赤と青で示されています。 新たに合成された鎖を点線で示す。
原核生物では、DNA の自己コピーは真核生物よりも高速です。 真核生物の複製速度が 1 秒あたり数百ヌクレオチドである場合、原核生物では 1,000 以上に達します。
複製酵素
DNAの複製は、と呼ばれる酵素の複合体全体によって確実に行われます。 応答性の高い。 複製には 15 を超える酵素とタンパク質があり、最も重要なものを以下に示します。
主な複製酵素はすでに述べたとおりです。 DNAポリメラーゼ(実際にはいくつかの異なるものがあります)、チェーンを直接延長します。 酵素の働きはこれだけではありません。 ポリメラーゼは、どのヌクレオチドが末端に結合しようとしているかを「チェック」することができます。 不適切な場合は削除します。 言い換えれば、部分的なDNA修復、つまり複製エラーの修正は、合成の段階ですでに行われています。
核質 (または細菌の細胞質) で見られるヌクレオチドは三リン酸の形で存在します。つまり、ヌクレオチドはヌクレオチドではなく、デオキシヌクレオシド三リン酸 (dATP、dTTP、dGTP、dCTP) です。 これらは ATP に似ており、ATP には 3 つのリン酸残基があり、そのうちの 2 つは高エネルギー結合によって結合されています。 そのような結合が壊れると、多くのエネルギーが放出されます。 また、デオキシヌクレオシド三リン酸には 2 つの高エネルギー結合があります。 ポリメラーゼは最後の 2 つのリン酸を分離し、放出されたエネルギーを DNA 重合反応に使用します。
酵素 ヘリカーゼ鋳型 DNA 鎖間の水素結合を切断することで、鋳型 DNA 鎖を分離します。
DNA 分子は二重らせんであるため、結合が切断されるとさらに大きなねじれが引き起こされます。 2 本のロープが互いにねじれていて、一方の端を右に、もう一方の端を左に引っ張ると想像してください。 編み込んだ部分はさらにカールしてきつくなります。
このような張力を取り除くには、まだ壊れていない二重らせんがその軸の周りを素早く回転し、結果として生じる超らせん化を「リセット」する必要があります。 ただし、これはエネルギーを消費しすぎます。 したがって、セルには別のメカニズムが実装されます。 酵素 トポイソメラーゼ糸の 1 つを切断し、2 番目の糸を隙間に通して、もう一度最初の糸を縫います。 これが、結果として生じるスーパーコイルを除去する方法です。
ヘリカーゼの作用により分離した鋳型DNA鎖は、水素結合で再び結合しようとします。 これを防ぐために、彼らは行動を起こします DNA結合タンパク質。 これらは、反応を触媒しないという意味では酵素ではありません。 このようなタンパク質は、DNA 鎖の全長に沿って付着し、鋳型 DNA の相補鎖が閉じるのを防ぎます。
プライマーが合成される RNAプライマーゼ。 そしてそれらは削除されます エキソヌクレアーゼ。 プライマーが除去された後、穴は別の種類のポリメラーゼによって埋められます。 ただし、この場合、DNA の個々のセクションはつなぎ合わされません。
合成された鎖の個々の部分は、次のような複製酵素によって架橋されます。 DNAリガーゼ.
遺伝分子であるため、この性質を実現するには、それ自体を正確にコピーし、元の DNA 分子で得られるすべての情報を特定のヌクレオチド配列の形で保存する必要があります。 これは、DNA複製と呼ばれる、体内の細胞の分裂に先立つ特別なプロセスを通じて実現されます。
DNA複製の本質は、特殊な酵素が2つの鎖のヌクレオチドを接続する弱い水素結合を切断することです。 その結果、DNA 鎖が分離され、遊離の窒素含有塩基が各鎖から「突き出ます」(いわゆる複製フォークの出現)。 特殊な酵素 DNA ポリメラーゼが遊離 DNA 鎖に沿って 5 末端から 3 末端 (リーディング鎖) に沿って移動し始め、細胞内で絶えず合成されている遊離ヌクレオチドを新たに合成された DNA 鎖の 3 末端に結合させるのに役立ちます。 DNA の 2 番目の鎖 (ラギング鎖) では、新しい DNA が 1000 ～ 2000 個からなる小さなセグメントで形成されます。 ヌクレオチド（岡崎の断片）。
この鎖の DNA 断片の複製を開始するには、短い RNA 断片の合成が必要です（特徴について） RNAについては後述します) をプライマーとして使用し、特別な酵素である RNA ポリメラーゼ (プライマーゼ) を使用します。 続いて、RNA プライマーが除去され、DNA ポリメラーゼ I を使用して生じたギャップに DNA が挿入されます。このようにして、各 DNA 鎖は相補鎖を構築するための鋳型または鋳型として使用され、DNA 複製は半保存的（つまり、1 回の複製）で行われます。新しい DNA 分子の 1 番目の鎖が「古い」鎖であり、2 番目の鎖が新しいものです)。
細胞は異なる酵素を使用してリーディング鎖とラギング鎖を複製します。 複製の結果、まったく同一の 2 つの新しい DNA 分子が形成されます。これらは、再複製が開始される前の元の DNA 分子とも同一です (DNA 複製のプロセスは図 3.5 にさらに詳しく示されています)。 DNA ポリメラーゼは、他の酵素と同様に、遊離 DNA 鎖に相補的なヌクレオチドを追加するプロセスを大幅に加速しますが、化学的親和性は アデニンティミンに、そして シトシングアニンとグアニンの結合力は非常に優れているため、単純な反応混合物中に DNA ポリメラーゼが存在しない場合でも、グアニンは互いに結合します。
やや単純化して言えますが、DNA 分子の塩基の相補性に基づいて DNA 分子が正確に倍加する現象が、遺伝の分子基盤を構成していると言えます。 ヒトの DNA 複製速度は比較的遅く、複製が 1 点から始まった場合、ヒト染色体の DNA を複製するには数週間かかります。 実際、どの染色体の DNA 分子にも、各ヒト染色体には DNA 分子が 1 つしか含まれておらず、多くの複製開始部位 (レプリコン) が存在します。 各レプリコンから、隣接するレプリコンがマージされるまで、レプリケーションが両方向に続行されます。 したがって、それぞれのDNA複製は、 染色体比較的早く進みます。
複製（ラテン語のreplicatio - 再生に由来）は、親DNA分子のマトリックス上に娘DNA分子を合成するプロセスです。 その後の母細胞の分裂中に、各娘細胞は元の母細胞の DNA と同一の DNA 分子のコピーを 1 つ受け取ります。 このプロセスにより、遺伝情報が世代から世代へと正確に受け継がれることが保証されます。 DNA複製は、レプリソームと呼ばれる15〜20の異なるタンパク質からなる複雑な酵素複合体によって実行されます。
DNA 複製は細胞分裂中の重要なイベントです。 分裂時までに DNA が完全に 1 回だけ複製されることが重要です。 これは、DNA 複製を調節する特定のメカニズムによって確実に行われます。
レプリケーションは次の場所で行われます 3 つの段階:
1. レプリケーションの開始
2. 伸び
3. レプリケーションの終了。
複製の制御は主に開始段階で発生します。 複製は任意の DNA セクションからではなく、複製開始部位と呼ばれる厳密に定義されたセクションから開始できるため、これは非常に簡単に実行できます。 ゲノム内にはそのような部位が 1 つだけ存在する場合もあれば、多数存在する場合もあります。 レプリコンの概念は、複製開始サイトの概念と密接に関連しています。 レプリコンは複製起点を含む DNA の一部であり、この部位から DNA 合成が開始された後に複製されます。 細菌のゲノムは通常、単一のレプリコンです。これは、ゲノム全体の複製がたった 1 回の複製開始行為によって生じることを意味します。
真核生物のゲノム (およびその個々の染色体) は多数の独立したレプリコンで構成されており、これにより個々の染色体の総複製時間が大幅に短縮されます。 1 つの細胞分裂周期中の各部位での複製開始イベントの数を制御する分子機構は、コピー数制御と呼ばれます。 細菌細胞には、染色体 DNA に加えて、個々のレプリコンであるプラスミドが含まれることがよくあります。 プラスミドには独自のコピー数制御機構があり、細胞周期ごとにプラスミドの 1 コピーのみ、または数千コピーの合成を保証できます。
複製は、DNA 二重らせんの巻き戻しを伴う複製開始部位で始まり、複製フォーク (直接 DNA 複製部位) を形成します。 各サイトは、レプリケーションが一方向か双方向かに応じて、1 つまたは 2 つのレプリケーション フォークを形成できます。 双方向レプリケーションの方が一般的です。 複製の開始からしばらくすると、電子顕微鏡で複製の目、つまり DNA がすでに複製され、複製されていない DNA のより拡張された部分に囲まれた染色体の部分が観察されます。
DNA は複製フォークで大きなタンパク質複合体 (レプリソーム) をコピーします。その重要な酵素は DNA ポリメラーゼです。 複製フォークは、原核生物では毎分約 100,000 塩基対、真核生物では 500 ～ 5000 塩基対の速度で移動します。
複製の分子機構:
酵素（ヘリカーゼ、 トポイソメラーゼ) と DNA 結合タンパク質は DNA をほどき、テンプレートを希釈した状態に保ち、DNA 分子を回転させます。 正しい複製は、相補的な塩基対の正確な一致と、エラーを認識して修正できる DNA ポリメラーゼの活性によって保証されます。 真核生物の複製は、（原核生物の DNA 複製とは異なり）いくつかの異なる DNA ポリメラーゼによって実行されます。
DNA ポリメラーゼ I はラギング鎖に作用して RNA プライマーを除去し、精製された DNA 部位を事前に複製します。 DNA ポリメラーゼ III は、DNA のリーディング鎖とラギング鎖の合成中にオカザキ フラグメントを合成する主要な DNA 複製酵素です (オカザキ フラグメントは、DNA 複製中にラギング鎖上に形成される比較的短い DNA フラグメントです)。 次に、合成された分子はスーパーコイルの原理に従ってねじれ、さらに DNA が圧縮されます。 合成にはエネルギーを消費します。
DNA 分子の鎖は分岐して複製フォークを形成し、それぞれが鋳型となり、その上で新しい相補鎖が合成されます。 その結果、親分子と同一の 2 つの新しい二本鎖 DNA 分子が形成されます。
