Una molecola di DNA è una struttura che si trova su un cromosoma. Un cromosoma contiene una di queste molecole costituita da due filamenti. La riduplicazione del DNA è il trasferimento di informazioni dopo l'autoriproduzione di fili da una molecola all' altra. È inerente sia al DNA che all'RNA. Questo articolo discute il processo di duplicazione del DNA.
Informazioni generali e tipi di sintesi del DNA
È noto che i fili nella molecola sono attorcigliati. Tuttavia, quando inizia il processo di duplicazione del DNA, despiralizzano, quindi si spostano ai lati e su ciascuno viene sintetizzata una nuova copia. Al termine, compaiono due molecole assolutamente identiche, ognuna delle quali contiene un filo madre e figlia. Questa sintesi è chiamata semi-conservativa. Le molecole di DNA si allontanano, pur rimanendo in un singolo centromero, e alla fine divergono solo quando questo centromero inizia a dividersi.
Un altro tipo di sintesi è chiamato riparativo. Lui, a differenza del precedente,associato a qualsiasi stadio cellulare, ma inizia quando si verifica un danno al DNA. Se sono troppo estesi, la cellula alla fine muore. Tuttavia, se il danno è localizzato, può essere riparato. A seconda del problema, uno o due filamenti di DNA sono soggetti a restauro. Questa, come viene anche chiamata, la sintesi non programmata non richiede molto tempo e non richiede grandi costi energetici.
Ma quando si verifica la duplicazione del DNA, viene consumata molta energia, materiale, la sua durata si estende per ore.
La duplicazione è suddivisa in tre periodi:
- iniziazione;
- allungamento;
- terminazione.
Diamo un'occhiata più da vicino a questa sequenza di duplicazione del DNA.
Iniziazione
Ci sono diverse decine di milioni di coppie di basi nel DNA umano (ce ne sono solo centonove negli animali). La riduplicazione del DNA inizia in molti punti della catena per i seguenti motivi. Più o meno nello stesso momento, la trascrizione avviene nell'RNA, ma è sospesa in alcuni punti separati durante la sintesi del DNA. Pertanto, prima di tale processo, una quantità sufficiente di sostanza si accumula nel citoplasma della cellula per mantenere l'espressione genica e in modo che l'attività vitale della cellula non sia disturbata. In considerazione di ciò, il processo dovrebbe essere eseguito il più rapidamente possibile. La trasmissione durante questo periodo viene eseguita e la trascrizione non viene eseguita. Gli studi hanno dimostrato che la riduplicazione del DNA avviene contemporaneamente in diverse migliaia di punti - piccole aree con un certosequenza di nucleotidi. Sono uniti da speciali proteine iniziatori, che a loro volta sono unite da altri enzimi di replicazione del DNA.
Il frammento di DNA in cui avviene la sintesi è chiamato replicone. Inizia dal punto iniziale e termina quando l'enzima completa la replicazione. Il replicone è autonomo e fornisce anche l'intero processo con il proprio supporto.
Il processo potrebbe non iniziare da tutti i punti contemporaneamente, da qualche parte inizia prima, da qualche parte dopo; può fluire in una o due direzioni opposte. Gli eventi si verificano nel seguente ordine quando vengono generati:
- fork di replica;
- Principe di RNA.
Fork di replica
Questa parte è il processo mediante il quale i filamenti desossiribonucleici vengono sintetizzati sui filamenti distaccati del DNA. Le forcelle formano il cosiddetto occhio di duplicazione. Il processo è preceduto da una serie di azioni:
- rilascio dal legame agli istoni nel nucleosoma - Gli enzimi di riduplicazione del DNA come la metilazione, l'acetilazione e la fosforilazione producono reazioni chimiche che provocano la perdita di carica positiva delle proteine, che ne facilita il rilascio;
- despiralizzazione è lo svolgimento necessario per rilasciare ulteriormente i fili;
- rompere i legami idrogeno tra i filamenti di DNA;
- loro divergenza nelle diverse direzioni della molecola;
- fissazione da parte delle proteine SSB.
primer di RNA
Sintesi eseguitaun enzima chiamato DNA polimerasi. Tuttavia, non può avviarlo da solo, quindi lo fanno altri enzimi: le RNA polimerasi, che sono anche chiamate primer RNA. Sono sintetizzati in parallelo con filamenti desossiribonucleici secondo il principio complementare. Pertanto, l'inizio termina con la sintesi di due primer di RNA su due filamenti di DNA che si rompono e si staccano in direzioni diverse.
Allungamento
Questo periodo inizia con l'aggiunta di un nucleotide e l'estremità 3' del primer RNA, che viene effettuata dalla già menzionata DNA polimerasi. Al primo, attacca il secondo, il terzo nucleotide e così via. Le basi del nuovo filamento sono collegate alla catena madre da legami idrogeno. Si ritiene che la sintesi del filamento proceda nella direzione 5'-3'.
Dove avviene verso la forcella di replicazione, la sintesi procede continuamente e si allunga nel farlo. Pertanto, un tale thread è chiamato iniziale o iniziale. I primer di RNA non si formano più su di esso.
Tuttavia, sul filamento materno opposto, i nucleotidi del DNA continuano ad attaccarsi al primer RNA e la catena desossiribonucleica viene sintetizzata nella direzione opposta rispetto alla forcella di riduplicazione. In questo caso, si parla di ritardo o ritardo.
Sul filo in ritardo, la sintesi avviene in modo frammentario, dove, alla fine di una sezione, la sintesi inizia in un altro sito vicino usando lo stesso primer di RNA. Pertanto, ci sono due frammenti sul filamento in ritardo che sono collegati da DNA e RNA. Si chiamano frammenti di Okazaki.
Poi tutto si ripete. Quindi un altro giro dell'elica si svolge, i legami idrogeno si rompono, i fili divergono ai lati, il filo principale si allunga, il frammento successivo del primer di RNA viene sintetizzato su quello in ritardo, dopodiché il frammento di Okazaki. Successivamente, sul filamento in ritardo, i primer di RNA vengono distrutti e i frammenti di DNA vengono combinati in uno solo. Quindi su questo circuito avviene simultaneamente:
- formazione di nuovi primer RNA;
- sintesi dei frammenti di Okazaki;
- distruzione dei primer RNA;
- riunificazione in un'unica catena.
Risoluzione
Il processo continua fino a quando due fork di replicazione si incontrano, o uno di loro raggiunge la fine della molecola. Dopo che le forcelle si incontrano, i filamenti figli di DNA sono collegati da un enzima. Nel caso in cui la forcella si sia spostata all'estremità della molecola, la duplicazione del DNA termina con l'aiuto di enzimi speciali.
Correzione
In questo processo, un ruolo importante è dato al controllo (o correzione) della duplicazione. Tutti e quattro i tipi di nucleotidi vengono forniti al sito di sintesi e, mediante accoppiamento di prova, la DNA polimerasi seleziona quelli necessari.
Il nucleotide desiderato deve essere in grado di formare tanti legami idrogeno quanti sono lo stesso nucleotide sul filamento stampo di DNA. Inoltre, deve esserci una certa distanza costante tra le dorsali zucchero-fosfato, corrispondente a tre anelli in due basi. Se il nucleotide non soddisfa questi requisiti, la connessione non avverrà.
Il controllo viene effettuato prima della sua inclusione nella catena e primainclusione del nucleotide successivo. Successivamente, si forma un legame nella spina dorsale del fosfato di zucchero.
Variazione mutazionale
Il meccanismo di replicazione del DNA, nonostante l'elevata percentuale di accuratezza, presenta sempre dei disturbi nei fili, chiamati principalmente "mutazioni geniche". Circa mille coppie di basi hanno un errore, chiamato riduplicazione convariante.
Succede per vari motivi. Ad esempio, ad una concentrazione di nucleotidi alta o troppo bassa, deaminazione della citosina, presenza di mutageni nell'area di sintesi e altro ancora. In alcuni casi, gli errori possono essere corretti mediante processi di riparazione, in altri la correzione diventa impossibile.
Se il danno ha toccato un punto inattivo, l'errore non avrà gravi conseguenze quando si verificherà il processo di duplicazione del DNA. La sequenza nucleotidica di un particolare gene può apparire con una mancata corrispondenza. Quindi la situazione è diversa e sia la morte di questa cellula che la morte dell'intero organismo possono diventare un risultato negativo. Va anche tenuto conto del fatto che le mutazioni genetiche si basano sulla variabilità mutazionale, il che rende il pool genetico più plastico.
Metilazione
Al momento della sintesi o subito dopo, si verifica la metilazione della catena. Si ritiene che nell'uomo questo processo sia necessario per formare cromosomi e regolare la trascrizione genica. Nei batteri, questo processo serve a proteggere il DNA dal taglio degli enzimi.
