DNA 복제 과정. 복제 및 전사 프로세스

DNA 복제는 디옥시리보핵산의 생합성 과정입니다. 재료는 아데노신-, 구아노신-시티딘- 및 티미딘 삼인산 또는 ATP, GTP, CTP 및 TTP입니다.

DNA 복제 메커니즘

생합성은 소위 "종자"(일정량의 단일 가닥 변형 디옥시리보핵산 및 촉매)의 존재 하에 수행됩니다. DNA 중합효소는 촉매 역할을 합니다. 이 효소는 뉴클레오티드 잔기의 결합에 참여합니다. 1분 안에 1000개 이상의 뉴클레오티드 잔기가 연결됩니다. 디옥시리보핵산 단편 분자의 뉴클레오티드 잔기는 3', 5'-포스포디에스테르 결합으로 서로 연결되어 있습니다. DNA 중합효소는 변형된 데옥시리보핵산의 유리 3-히드록실 말단에 모노뉴클레오티드 잔기를 추가하는 것을 촉매합니다. 먼저, DNA 분자의 작은 부분이 합성됩니다. 이들은 DNA 리가제의 작용에 민감하고 긴 디옥시리보핵산 조각을 형성합니다. 두 단편 모두 형질전환된 데옥시리보핵산에 위치하며 미래의 DNA 분자의 성장점으로 사용되며 디옥시리보핵산의 역평행 사슬이 형성되는 매트릭스이기도 합니다. 이는 구조 및 배치 순서가 형질전환된 DNA와 동일합니다. 뉴클레오티드 잔기. DNA 복제는 유사분열 간기 동안 발생합니다.디옥시리보핵산은 염색체와 염색질에 집중되어 있습니다. 단일 가닥 디옥시리보핵산이 형성된 후, 2차 및 3차 구조가 형성됩니다. 디옥시리보핵산의 두 가닥은 상보성의 법칙에 따라 서로 연결됩니다. DNA 복제는 세포핵에서 일어난다.

다양한 그룹과 유형의 RNA의 생합성을 위한 물질은 ATP, GTP, CTP 및 TTP와 같은 고에너지 화합물입니다. DNA 의존성 RNA 폴리머라제, 폴리뉴클레오티드-뉴클레오티딜 트랜스퍼라제 및 RNA 의존성 RNA 폴리머라제의 세 가지 표시된 단편 중 하나가 참여하여 합성될 수 있습니다. 첫 번째는 모든 세포의 핵에서 발견되며 미토콘드리아에서도 발견됩니다. RNA는 리보뉴클레오시드 삼인산, 망간 및 마그네슘 이온이 있는 DNA 주형에서 합성됩니다. DNA 주형에 상보적인 RNA 분자가 형성됩니다. DNA 복제가 일어나기 위해서는 r-RNA, t-RNA, i-RNA 및 RNA 프라이머가 핵에 형성됩니다. 처음 세 개는 세포질로 운반되어 단백질 생합성에 참여합니다.

DNA 복제는 디옥시리보핵산 번역과 거의 동일한 방식으로 발생합니다. 유전 정보의 전달과 보존은 전사와 번역의 두 단계로 수행됩니다. 유전자란 무엇입니까? 유전자는 디옥시리보핵산 분자(일부 바이러스의 경우 RNA)의 일부인 물질 단위입니다. 세포핵의 염색체에 포함되어 있습니다. 유전정보는 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 전달된다. 전사는 데옥시리보핵산 분자 부분에서 mRNA 합성으로 수행되고 구성됩니다. 디옥시리보핵산의 뉴클레오티드 서열은 mRNA 분자의 뉴클레오티드 서열로 "재작성"된다고 말해야 합니다. RNA 중합효소는 DNA의 해당 부분에 부착되어 이중 나선을 "풀고" 디옥시리보핵산의 구조를 복사하여 상보성의 원리에 따라 뉴클레오티드를 추가합니다. 단편이 이동함에 따라 합성된 RNA 사슬이 주형에서 멀어지고 효소 뒤의 DNA 이중나선이 즉시 복원됩니다. RNA 중합효소가 복사된 부분의 끝에 도달하면 RNA는 매트릭스에서 핵질로 이동한 후 세포질로 이동하여 단백질 생합성에 참여합니다.

번역 중에 mRNA 분자의 뉴클레오티드 서열이 단백질 분자의 아미노산 잔기 서열로 번역됩니다. 이 과정은 mRNA가 결합하여 폴리솜이 형성되는 세포질에서 발생합니다.

모 DNA 분자의 주형에 있습니다. 이 경우 DNA에 암호화된 유전물질은 두 배로 늘어나 딸세포 간에 나누어진다.

연결

DNA 복제(애니메이션)(영어)

위키미디어 재단. 2010.

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생물학- 생물학(그리스어 바이오 라이프 및 로고스 단어, 교리에서 유래) 지구상의 형태, 속성, 연결 및 관계의 모든 다양한 표현에서 생명에 관한 과학의 총체입니다. 이 용어는 1802년에 동시에 독립적으로 처음 제안되었습니다. 인식론 및 과학철학 백과사전

이 용어에는 다른 의미가 있습니다. 복제를 참조하세요. 복제 프로세스의 도식적 표현, 숫자는 다음을 나타냅니다. (1) 지연 ... Wikipedia

생물학- 지구상의 형태, 속성, 연결 및 관계의 모든 다양한 표현에서 생명에 관한 일련의 과학입니다. 이 용어는 1802년 프랑스의 뛰어난 과학자 J.B. 라마르크와 독일...... 과학철학: 기본용어집

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세포는 모든 생명체(종종 비세포 생명체라고 불리는 바이러스 제외)의 구조와 필수 활동의 기본 단위로, 자체 신진대사를 갖고 독립적으로 존재할 수 있습니다.... ... 위키피디아

DNA 복제- 이는 세포 분열 전 배가되는 과정입니다. 때때로 그들은 "DNA 복제"라고 말합니다. 복제는 세포주기 간기의 S 단계에서 발생합니다.

분명히, 살아있는 자연에 있는 유전 물질의 자가 복제가 필요합니다. 이런 방법으로만 분열 중에 형성된 딸세포는 원래의 DNA와 동일한 양의 DNA를 포함할 수 있습니다. 복제 덕분에 유전적으로 프로그램된 모든 구조 및 대사 특징은 여러 세대에 걸쳐 전달됩니다.

세포 분열 중에 동일한 쌍의 각 DNA 분자는 딸세포로 들어갑니다. 이는 유전 정보의 정확한 전달을 보장합니다.

DNA 합성은 에너지를 소비합니다. 즉, 에너지를 소비하는 과정입니다.

DNA 복제 메커니즘

DNA 분자 자체는 (중복 없이) 이중 나선입니다. 중복 과정에서 두 개의 상보적인 가닥 사이의 수소 결합이 끊어집니다. 그리고 이제 템플릿 매트릭스 역할을 하는 각 개별 체인에 이를 보완하는 새로운 체인이 구축됩니다. 이러한 방식으로 두 개의 DNA 분자가 형성됩니다. 각각은 어머니의 DNA에서 한 가닥을 얻고 두 번째는 새로 합성됩니다. 따라서 DNA 복제 메커니즘은 다음과 같다. 반보수적(한 체인은 오래되었고, 하나는 새 것입니다). 이 복제 메커니즘은 1958년에 입증되었습니다.

DNA 분자에서 사슬은 역평행합니다. 이는 하나의 스레드가 5" 끝에서 3" 방향으로 가고, 보완적인 스레드가 반대 방향으로 간다는 것을 의미합니다. 숫자 5와 3은 각 뉴클레오티드의 일부인 디옥시리보스의 탄소 원자 수를 나타냅니다. 이 원자를 통해 뉴클레오티드는 포스포디에스테르 결합으로 서로 연결됩니다. 한 체인에는 3인치 연결이 있고 다른 체인에는 5인치 연결이 있습니다. 이는 반전되어 있기 때문입니다. 즉, 다른 방향으로 이동합니다. 명확하게 말하면, 책상에 앉아 있는 1학년 학생처럼 손 위에 손을 얹는다고 상상하시면 됩니다.

새로운 DNA 가닥의 성장을 수행하는 주요 효소는 한 방향으로만 이를 수행할 수 있습니다. 즉, 새로운 뉴클레오티드를 3" 말단에만 붙입니다. 따라서 합성은 5"에서 3" 방향으로만 진행될 수 있습니다.

사슬은 역평행하며, 이는 합성이 서로 다른 방향으로 진행되어야 함을 의미합니다. DNA 가닥이 처음에 완전히 갈라진 다음 그 위에 새로운 보완적인 가닥이 만들어지면 이는 문제가 되지 않습니다. 실제로 체인은 특정 부분에서 갈라집니다. 복제 원본, 그리고 행렬 합성이 즉시 시작됩니다.

소위 복제 포크. 이 경우 하나의 모체인에서는 포크가 갈라지는 방향으로 합성이 진행되며, 이 합성은 끊김 없이 연속적으로 일어난다. 두 번째 주형에서는 원래 DNA 사슬의 분기 방향과 반대 방향으로 합성이 진행됩니다. 따라서 이러한 역합성은 조각으로만 발생할 수 있으며, 이를 조각이라고 합니다. 오카자키의 파편. 나중에 이러한 조각은 함께 "꿰매어집니다".

연속적으로 복제되는 딸 가닥을 선도하는가, 아니면 선도하는가. 오카자키 단편을 통해 합성된 것은 지체 또는 지체, 조각화된 복제가 더 느리기 때문입니다.

그림에서 모 DNA 가닥은 선두 딸 가닥이 합성되는 방향으로 점차 갈라집니다. 지연사슬의 합성은 발산의 반대방향으로 진행되므로 강제로 조각조각 이루어져야 한다.

주요 DNA 합성 효소(폴리머라제)의 또 다른 특징은 합성 자체를 시작할 수 없고 계속 진행만 한다는 것입니다. 그는 필요 시드 또는 프라이머. 따라서 RNA의 작은 상보적 부분이 먼저 모 가닥에서 합성된 다음 중합효소를 사용하여 사슬이 확장됩니다. 나중에 프라이머를 제거하고 구멍을 채웁니다.

다이어그램에서 씨앗은 지연 가닥에만 표시됩니다. 사실, 그들은 또한 선두에 있습니다. 그러나 여기서는 포크당 하나의 프라이머만 필요합니다.

모계 DNA 가닥이 항상 끝에서 갈라지는 것은 아니지만 초기화 지점에서 실제로 눈이나 거품으로 형성되는 포크는 그리 많지 않습니다.

각 거품에는 두 개의 포크가 있을 수 있습니다. 즉, 체인이 두 방향으로 갈라집니다. 그러나 그들이 할 수 있는 일은 오직 한 가지뿐입니다. 그럼에도 불구하고 발산이 양방향인 경우, 한 DNA 가닥의 초기화 지점에서 합성은 앞뒤 두 방향으로 진행됩니다. 이 경우 한 방향에서는 연속 합성이 수행되고 다른 방향에서는 오카자키 조각이 수행됩니다.

원핵생물의 DNA는 선형이 아니고 원형구조를 갖고 있으며 복제기점은 단 하나이다.

다이어그램은 모 DNA 분자의 두 가닥을 빨간색과 파란색으로 보여줍니다. 새로 합성된 가닥은 점선으로 표시됩니다.

원핵생물에서는 DNA 자가 복제가 진핵생물보다 빠릅니다. 진핵생물의 복제율이 초당 수백 개의 뉴클레오티드라면 원핵생물에서는 1,000개 이상에 이릅니다.

복제 효소

DNA 복제는 다음과 같은 효소의 전체 복합체에 의해 보장됩니다. 대답하다. 15개 이상의 복제 효소와 단백질이 있으며, 가장 중요한 것들은 아래에 나열되어 있습니다.

주요 복제 효소는 이미 언급한 바와 같습니다. DNA 중합효소(실제로는 여러 가지가 있습니다) 체인을 직접 확장합니다. 이것이 효소의 유일한 기능은 아닙니다. 중합효소는 어떤 뉴클레오티드가 끝에 부착되려고 하는지 "확인"할 수 있습니다. 적합하지 않으면 삭제합니다. 즉, 부분적인 DNA 복구, 즉 복제 오류 수정은 이미 합성 단계에서 발생합니다.

핵질(또는 박테리아의 세포질)에서 발견되는 뉴클레오티드는 삼인산의 형태로 존재합니다. 즉, 뉴클레오티드가 아니라 데옥시뉴클레오시드 삼인산(dATP, dTTP, dGTP, dCTP)입니다. 이는 3개의 인산염 잔기를 갖고 있으며 그 중 2개가 고에너지 결합으로 연결되어 있는 ATP와 유사합니다. 그러한 결합이 깨지면 많은 에너지가 방출됩니다. 또한, 데옥시뉴클레오시드 삼인산은 두 개의 고에너지 결합을 가지고 있습니다. 중합효소는 마지막 두 개의 인산염을 분리하고 방출된 에너지를 DNA 중합 반응에 사용합니다.

효소 헬리케이스주형 DNA 가닥 사이의 수소 결합을 끊어서 분리합니다.

DNA 분자는 이중 나선 구조이므로 결합이 끊어지면 더 큰 비틀림이 발생합니다. 서로에 대해 꼬인 두 개의 로프로 구성된 로프를 상상해보십시오. 한쪽 끝은 오른쪽으로, 다른 쪽 끝은 왼쪽으로 당깁니다. 짜여진 부분이 더욱 말려지고 단단해집니다.

이러한 장력을 제거하려면 아직 깨지지 않은 이중 나선이 축을 중심으로 빠르게 회전하여 결과적인 초나선화를 "재설정"해야 합니다. 그러나 이는 에너지를 너무 많이 소모합니다. 따라서 세포에서는 다른 메커니즘이 구현됩니다. 효소 토포이소머라제실 중 하나를 끊고 두 번째 실을 틈새로 통과시킨 다음 첫 번째 실을 다시 꿰맬 수 있습니다. 이것이 결과적인 슈퍼코일이 제거되는 방법입니다.

헬리카제의 작용으로 인해 분리된 주형 DNA 가닥은 수소 결합으로 다시 연결을 시도합니다. 이런 일이 발생하지 않도록 조치를 취합니다. DNA 결합 단백질. 이들은 반응을 촉매하지 않는다는 의미에서 효소가 아닙니다. 이러한 단백질은 전체 길이를 따라 DNA 가닥에 부착되어 주형 DNA의 상보적 가닥이 닫히는 것을 방지합니다.

프라이머가 합성됩니다. RNA 프리마제. 그리고 그들은 삭제됩니다 엑소뉴클레아제. 프라이머가 제거된 후 구멍은 다른 유형의 중합효소에 의해 채워집니다. 그러나 이 경우 DNA의 개별 부분은 서로 연결되지 않습니다.

합성된 사슬의 개별 부분은 다음과 같은 복제 효소에 의해 가교됩니다. DNA 리가제.

유전 분자이기 때문에 이 특성을 실현하려면 자신을 정확하게 복제해야 하며 따라서 특정 뉴클레오티드 서열의 형태로 원래 DNA 분자에서 사용할 수 있는 모든 정보를 보존해야 합니다. 이는 신체의 세포 분열에 앞서 DNA 복제라고 불리는 특별한 과정을 통해 이루어집니다.

DNA 복제의 본질은 특별한 효소가 두 사슬의 뉴클레오티드를 연결하는 약한 수소 결합을 끊는 것입니다. 결과적으로 DNA 가닥이 분리되고 유리 질소 염기가 각 가닥에서 "돌출"됩니다(소위 복제 포크의 출현). 특별한 효소인 DNA 중합효소가 자유 DNA 가닥을 따라 5-말단에서 3-말단(선도 가닥)으로 이동하기 시작하여 세포 내에서 지속적으로 합성된 자유 뉴클레오티드를 새로 합성된 DNA 가닥의 3"-말단에 부착하는 것을 돕습니다. DNA의 두 번째 가닥(지연 가닥)에서 새로운 DNA가 1000-2000으로 구성된 작은 세그먼트로 형성됩니다. 뉴클레오티드(오카자키의 파편).

이 가닥의 DNA 단편 복제를 시작하려면 짧은 RNA 단편의 합성이 필요합니다(특징에 대해) RNA아래에서 설명합니다) 특수 효소 인 RNA 중합 효소 (primase)가 사용되는 프라이머로 사용됩니다. 이어서, RNA 프라이머를 제거하고 DNA 폴리머라제 I을 사용하여 DNA를 결과 틈에 삽입합니다. 따라서 각 DNA 가닥은 상보 가닥을 구성하기 위한 주형 또는 주형으로 사용되며 DNA 복제는 반보존적입니다(즉, 새로운 DNA 분자의 가닥은 "오래된" "이고 두 번째는 새로운 것입니다.)

세포는 서로 다른 효소를 사용하여 선도 가닥과 지연 가닥을 복제합니다. 복제의 결과로 완전히 동일한 두 개의 새로운 DNA 분자가 형성되며, 이는 중복이 시작되기 전의 원래 DNA 분자와도 동일합니다(DNA 복제 과정은 그림 3.5에 자세히 나와 있습니다). 다른 효소와 마찬가지로 DNA 중합효소는 유리 DNA 사슬에 상보적인 뉴클레오티드를 추가하는 과정을 크게 가속화하지만 화학적 친화성은 아데닌티민에게, 그리고 시토신구아닌의 결합력은 매우 커서 DNA 중합효소가 없어도 단순한 반응 혼합물에서 서로 결합합니다.

다소 단순화시켜서, 이 분자 염기의 상보성에 기초한 DNA 분자의 정확한 배가 현상이 유전의 분자적 기초를 구성한다고 말할 수 있습니다. 인간의 DNA 복제 속도는 상대적으로 느리며 복제가 단일 지점에서 시작되면 인간 염색체의 DNA를 복제하는 데 몇 주가 걸릴 것입니다. 실제로 모든 염색체의 DNA 분자에는 각 인간 염색체에 단 하나의 DNA 분자만 포함되어 있으며 복제 개시 부위(레플리콘)가 많이 있습니다. 각 복제본에서 복제는 인접한 복제본이 병합될 때까지 양방향으로 진행됩니다. 그러므로 각각의 DNA 복제는 염색체비교적 빠르게 진행됩니다.

복제(라틴어 복제 - 갱신)는 부모 DNA 분자의 매트릭스에서 딸 DNA 분자를 합성하는 과정입니다. 이후 모세포가 분열하는 동안 각 딸세포는 원래 모세포의 DNA와 동일한 DNA 분자 사본 하나를 받습니다. 이 과정을 통해 유전 정보가 한 세대에서 다음 세대로 정확하게 전달됩니다. DNA 복제는 레플리솜(replisome)이라고 불리는 15~20개의 서로 다른 단백질로 구성된 복잡한 효소 복합체에 의해 수행됩니다.

DNA 복제는 세포 분열 중 중요한 사건입니다. 분열할 때까지 DNA가 완전히 단 한 번만 복제되는 것이 중요합니다. 이는 DNA 복제를 조절하는 특정 메커니즘에 의해 보장됩니다.

복제는 다음에서 발생합니다. 세 단계:

1. 복제 시작

2. 신장

3. 복제 종료.

복제 조절은 주로 시작 단계에서 발생합니다. 복제는 DNA 섹션이 아니라 복제 시작 사이트라고 하는 엄격하게 정의된 섹션에서 시작할 수 있기 때문에 구현하기가 매우 쉽습니다. 게놈에는 그러한 부위가 하나만 있을 수도 있고 여러 개 있을 수도 있습니다. 복제콘의 개념은 복제 시작 사이트의 개념과 밀접하게 관련되어 있습니다. 레플리콘은 복제 원점을 포함하고 이 위치에서 DNA 합성이 시작된 후 복제되는 DNA 섹션입니다. 박테리아 게놈은 일반적으로 단일 레플리콘입니다. 이는 전체 게놈의 복제가 단 한 번의 복제 개시 행위로 인해 발생함을 의미합니다.

진핵생물 게놈(및 개별 염색체)은 다수의 독립적인 레플리콘으로 구성되어 있으며, 이는 개별 염색체의 총 복제 시간을 크게 단축시킵니다. 한 번의 세포 분열 주기 동안 각 부위에서 복제 개시 횟수를 제어하는 ​​분자 메커니즘을 복제 수 제어라고 합니다. 염색체 DNA 외에도 박테리아 세포에는 종종 개별 복제물인 플라스미드가 포함되어 있습니다. 플라스미드는 고유한 사본 수 제어 메커니즘을 가지고 있습니다. 즉, 세포 주기당 플라스미드 사본 1개 또는 수천 사본의 합성을 보장할 수 있습니다.

복제는 복제 분기점(직접 DNA 복제 부위)을 형성하는 DNA 이중나선이 풀리면서 복제 개시 부위에서 시작됩니다. 각 사이트는 복제가 단방향인지 양방향인지에 따라 하나 또는 두 개의 복제 포크를 형성할 수 있습니다. 양방향 복제가 더 일반적입니다. 복제가 시작된 후 어느 정도 시간이 지나면 복제 눈이 전자현미경으로 관찰될 수 있습니다. 이 부분은 DNA가 이미 복제된 염색체 부분으로, 복제되지 않은 DNA의 더 확장된 부분으로 둘러싸여 있습니다.

복제 분기점에서 DNA는 DNA 중합효소인 주요 효소인 대규모 단백질 복합체(레플리솜)를 복제합니다. 복제 분기점은 원핵생물에서는 분당 약 100,000 염기쌍, 진핵생물에서는 500-5000 염기쌍의 속도로 움직입니다.

복제의 분자 메커니즘:

효소(헬리카제, 토포이소머라제) 및 DNA 결합 단백질은 DNA를 풀고 주형을 희석된 상태로 유지하며 DNA 분자를 회전시킵니다. 올바른 복제는 상보적인 염기쌍의 정확한 일치와 오류를 인식하고 수정할 수 있는 DNA 중합효소의 활동을 통해 보장됩니다. 진핵생물에서의 복제는 여러 가지 다른 DNA 중합효소에 의해 수행됩니다(원핵생물의 DNA 복제와는 달리).

DNA 중합효소 I은 지연 가닥에 작용하여 RNA 프라이머를 제거하고 정제된 DNA 부위를 사전 복제합니다. DNA 중합효소 III은 지연가닥 합성 시 DNA의 선도가닥과 오카자키 단편(오카자키 단편은 DNA 복제 시 지연가닥에 형성되는 상대적으로 짧은 DNA 단편임)을 합성하는 주요 DNA 복제효소이다. 다음으로, 합성된 분자는 초나선 원리와 추가 DNA 압축 원리에 따라 비틀어집니다. 합성에는 에너지가 소모됩니다.

DNA 분자의 가닥은 갈라져 복제 분기점을 형성하고, 각각은 새로운 상보 가닥이 합성되는 주형이 됩니다. 결과적으로 모 분자와 동일한 두 개의 새로운 이중 가닥 DNA 분자가 형성됩니다.