Kas ir DNS pārkārtošana? DNS pārkārtošanas process

DNS molekula atrodas hromosomāstruktūra. Viena hromosoma satur vienu šādu molekulu, kas sastāv no diviem pavedieniem. DNS reduplikācija ir informācijas nodošana pēc virkņu pašreproducēšanas no vienas molekulas uz otru. Tas ir raksturīgs gan DNS, gan RNS. Šajā rakstā ir apskatīts DNS reduplikācijas process.

Vispārīga informācija un DNS sintēzes veidi

Ir zināms, ka pavedieni molekulā ir savīti.Tomēr, kad sākas DNS dublēšanās process, tie izplūst, pēc tam sadalās, un katrā tiek sintezēta jauna kopija. Pēc pabeigšanas parādās divas absolūti identiskas molekulas, no kurām katra satur mātes un meitas pavedienus. Šo sintēzi sauc par daļēji konservatīvu. DNS molekulas attālinās, paliekot vienā centromērā, un beidzot atdalās tikai tad, kad šajā centromērā sākas dalīšanās process.

Cits sintēzes veids tiek saukts par reparatīvo.Tas, atšķirībā no iepriekšējā, nav saistīts ne ar vienu šūnu stadiju, bet sākas, kad rodas DNS bojājumi. Ja tie ir pārāk plaši, šūna galu galā mirs. Taču, ja bojājums ir lokāls, to var atjaunot. Atkarībā no problēmas var atjaunot vienu vai divus DNS pavedienus. Šī, kā to sauc arī, neplānota sintēze neaizņem ilgu laiku un neprasa lielas enerģijas izmaksas.
Bet, kad notiek DNS redublikācija, tiek patērēts daudz enerģijas un materiālu, un tā ilgums ilgst stundas.
Redublēšana ir sadalīta trīs periodos:

• iniciācija;
• pagarinājums;
• izbeigšanu.

Apskatīsim šo DNS reduplikācijas secību tuvāk.

Uzsākšana

Cilvēka DNS ir vairāki desmiti miljonu pārunukleotīdi (dzīvniekiem ir tikai simts deviņi). DNS reduplikācija sākas daudzās ķēdes vietās šādu iemeslu dēļ. Aptuveni tajā pašā laikā RNS notiek transkripcija, bet DNS sintēzes laikā tā apstājas atsevišķās vietās. Tāpēc pirms šāda procesa šūnas citoplazmā uzkrājas pietiekams daudzums vielas, lai atbalstītu gēnu ekspresiju un lai netiktu traucēta šūnas dzīvībai svarīgā darbība. Šī iemesla dēļ process ir jāturpina pēc iespējas ātrāk. Šajā periodā tiek veikta apraide, bet transkripcija netiek veikta. Pētījumi ir parādījuši, ka DNS reduplikācija notiek vairākos tūkstošos punktu uzreiz - mazos apgabalos ar noteiktu nukleotīdu secību. Tiem pievienojas īpaši iniciācijas proteīni, kuriem savukārt pievienojas citi DNS replikācijas enzīmi.

DNS fragmentu, kurā notiek sintēze, saucreplikons. Tas sākas no sākuma un beidzas, kad ferments pabeidz replikāciju. Replicon ir autonoms un arī nodrošina visu procesu ar savu atbalstu.
Process var nesākties no visiem punktiem vienlaikus,kaut kur tas sākas agrāk, kaut kur vēlāk; var plūst vienā vai divos pretējos virzienos. Notikumi tiek veidoti šādā secībā:

• replikācijas dakša;
• RNS primer.

Replikācijas dakša

Šī daļa ir process, kurāUz atvienotajām DNS virknēm tiek sintezētas dezoksiribonukleīna virknes. Dakšas veido tā saukto reduplikācijas aci. Pirms procesa tiek veiktas vairākas darbības:

• atbrīvošanās no savienojuma ar histoniem nukleozomā,DNS replikācijas enzīmi, piemēram, metilēšana, acetilēšana un fosforilēšana, rada ķīmiskas reakcijas, kuru rezultātā proteīni zaudē savu pozitīvo lādiņu, ļaujot tiem atbrīvoties;
• despiralizācija ir attīšana, kas nepieciešama turpmākai pavedienu atbrīvošanai;
• ūdeņraža saišu pārraušana starp DNS virknēm;
• to diverģence dažādos molekulas virzienos;
• fiksācija, kas notiek ar SSB proteīnu palīdzību.

RNS primer

Sintēzi veic ferments, ko saucDNS polimerāze. Taču tas nevar to iedarbināt pats no sevis, tāpēc to dara citi enzīmi – RNS polimerāzes, ko sauc arī par RNS primeriem. Tie tiek sintezēti paralēli dezoksiribonukleīna virknēm saskaņā ar komplementāro principu. Tādējādi iniciācija beidzas ar divu RNS primeru sintēzi uz divām DNS virknēm, kas ir salauztas un pārvietojas dažādos virzienos.

Pagarinājums

Šis periods sākas ar pievienošanosnukleotīds un RNS sēklu 3" gals, ko veic jau minētā DNS polimerāze. Pirmajam tas piesaista otro, trešo nukleotīdu utt. Jaunās virknes pamatnes ir savienotas ar mātes virkni ar ūdeņraža saites. Tiek uzskatīts, ka virknes sintēze notiek 5" virzienā - 3".
Ja tas notiek replikācijas dakšas virzienā, sintēze notiek nepārtraukti un vienlaikus pagarinās. Tāpēc šādu pavedienu sauc par vadošo vai vadošo. Uz tā vairs neveidojas RNS praimeri.

Tomēr pretējā mātes pavedienāDNS nukleotīdi turpina pievienoties RNS praimeram, un dezoksiribonukleīna virkne tiek sintezēta virzienā, kas ir pretējs reduplikācijas dakšai. Šajā gadījumā to sauc par atpalicību vai atpalicību.

Atpaliekošajā daļā sintēze notiek fragmentāri,kur vienas sekcijas beigās sintēze sākas citā blakus esošajā sadaļā, izmantojot to pašu RNS praimeri. Tādējādi atpalikušajā virknē ir divi fragmenti, kurus savieno DNS un RNS. Tos sauc par Okazaki fragmentiem.

Tad viss atkārtojas.Pēc tam atritinās vēl viens spirāles pagrieziens, ūdeņraža saites tiek pārtrauktas, pavedieni pārvietojas viens no otra, vadošā virkne pagarinās, uz atpalikušā tiek sintezēts nākamais RNS praimera fragments, pēc kura tiek sintezēts Okazaki fragments. Pēc tam RNS primeri uz atpalikušās virknes tiek iznīcināti, un DNS fragmenti tiek apvienoti vienā. Tas notiek vienlaicīgi šajā ķēdē:

• jaunu RNS praimeru veidošanās;
• Okazaki fragmentu sintēze;
• RNS praimeru iznīcināšana;
• atkārtota savienošana vienā ķēdē.

Izbeigšana

Process turpinās līdz diviemreplikācijas dakšas nesanāks, vai arī viena no tām nenonāks līdz molekulas galam. Pēc tam, kad dakšiņas saskaras, meitas DNS virknes tiek savienotas ar fermentu. Ja dakša virzās uz molekulas galu, DNS reduplikācija tiek pabeigta ar īpašu enzīmu palīdzību.

Korekcija

Kontrolei šajā procesā ir svarīga loma.(vai korekcijas) dublēšana. Visi četri nukleotīdu veidi nonāk sintēzes vietā, un, izmantojot izmēģinājuma savienošanu pārī, DNS polimerāze atlasa nepieciešamos.

Vēlamajam nukleotīdam ir jābūt spējīgamveido tādu pašu ūdeņraža saišu skaitu kā līdzīgs nukleotīds DNS veidnes virknē. Turklāt starp cukura-fosfāta mugurkauliem ir jābūt noteiktam nemainīgam attālumam, kas atbilst trīs gredzeniem abās bāzēs. Ja nukleotīds neatbilst šīm prasībām, savienojums nenotiks.
Kontroli veic pirms tā iekļaušanas ķēdē un pirms nākamā nukleotīda iekļaušanas. Pēc tam cukura fosfāta mugurkaulā veidojas saite.

Mutāciju mainīgums

DNS replikācijas mehānisms, neskatoties uz augstoprecizitātes procents, vienmēr ir traucējumi pavedienos, ko galvenokārt sauc par “gēnu mutācijām”. Uz tūkstoš nukleotīdu pāriem ir viena kļūda, ko sauc par konvariantu reduplikāciju.

Tas notiek dažādu iemeslu dēļ.Piemēram, ar augstu vai pārāk zemu nukleotīdu koncentrāciju, citozīna deamināciju, mutagēnu klātbūtni sintēzes jomā un daudz ko citu. Dažos gadījumos kļūdas var izlabot ar labošanas procesiem, citos labošana kļūst neiespējama.

Ja bojājums rodas neaktīvā zonā,kļūda neradīs smagas sekas, kad notiks DNS redublikācijas process. Konkrēta gēna nukleotīdu secība var parādīties ar pārī savienošanas kļūdu. Tad situācija ir atšķirīga, un negatīvs rezultāts var būt gan šīs šūnas, gan visa organisma nāve. Jāņem vērā arī tas, ka gēnu mutāciju pamatā ir mutācijas mainīgums, kas padara gēnu fondu plastiskāku.

Metilēšana

Sintēzes brīdī vai tūlīt pēc tās rašanāsķēdes metilēšana. Tiek uzskatīts, ka cilvēkiem šis process ir nepieciešams hromosomu veidošanai un gēnu transkripcijas regulēšanai. Baktērijās šis process kalpo, lai aizsargātu DNS no fermentu sagriešanas.