CO TO JEST ROZWIDLENIE REPLIKACJI? - BIOLOGIA - 2026

Widełek replikacyjnych jest punkt, w którym występuje replikacja DNA, możliwe jest również nazywany punktem wzrostu. Ma kształt litery Y i podczas replikacji spinka do włosów przechodzi przez cząsteczkę DNA.

Replikacja DNA to proces komórkowy polegający na duplikacji materiału genetycznego w komórce. Struktura DNA jest podwójną helisą i aby powielić jej zawartość, musi zostać otwarta. Każda z nici będzie częścią nowego łańcucha DNA, ponieważ replikacja jest procesem półkonserwatywnym.

Źródło: Masur na podstawie Gluon (wersja hiszpańska autorstwa Alejandro Porto)

Widełki replikacyjne tworzą się dokładnie między połączeniem między nowo rozdzielonymi niciami matrycy lub matrycy a dupleksowym DNA, które nie zostało jeszcze zduplikowane. Podczas inicjowania replikacji DNA jedną z nici można łatwo zduplikować, podczas gdy druga nić napotyka problem z polaryzacją.

Enzym odpowiedzialny za polimeryzację łańcucha - polimeraza DNA - syntetyzuje nici DNA tylko w kierunku 5'-3 '. W ten sposób jedna nić jest ciągła, a druga podlega nieciągłej replikacji, generując fragmenty Okazaki.

Replikacja DNA i widełki replikacyjne

DNA to cząsteczka przechowująca niezbędną informację genetyczną dla wszystkich żywych organizmów - z wyjątkiem niektórych wirusów.

Ten ogromny polimer złożony z czterech różnych nukleotydów (A, T, G i C) znajduje się w jądrze eukariontów, w każdej z komórek tworzących tkanki tych istot (z wyjątkiem dojrzałych krwinek czerwonych ssaków, którym brakuje rdzeń).

Za każdym razem, gdy komórka się dzieli, DNA musi replikować, aby stworzyć komórkę potomną z materiałem genetycznym.

Replikacja jednokierunkowa i dwukierunkowa

Replikacja może być jednokierunkowa lub dwukierunkowa, w zależności od utworzenia widełek replikacyjnych w punkcie początkowym.

Logicznie rzecz biorąc, w przypadku replikacji w jednym kierunku tworzona jest tylko jedna spinka do włosów, podczas gdy w replikacji dwukierunkowej tworzone są dwie spinki do włosów.

Zaangażowane enzymy

Do tego procesu niezbędna jest złożona maszyneria enzymatyczna, która działa szybko i może dokładnie replikować DNA. Najważniejszymi enzymami są polimeraza DNA, prymaza DNA, helikaza DNA, ligaza DNA i topoizomeraza.

Początek replikacji i tworzenia się spinki do włosów

Replikacja DNA nie rozpoczyna się w żadnym przypadkowym miejscu w cząsteczce. W DNA istnieją określone regiony, które wyznaczają początek replikacji.

W większości bakterii chromosom bakteryjny ma pojedynczy punkt początkowy bogaty w AT. Ta kompozycja jest logiczna, ponieważ ułatwia otwarcie obszaru (pary AT są połączone dwoma wiązaniami wodorowymi, a para GC trzema).

Gdy DNA zaczyna się otwierać, tworzy się struktura w kształcie litery Y: widełki replikacyjne.

Wydłużenie i ruch wideł

Polimeraza DNA nie może rozpocząć syntezy łańcucha potomnego od zera. Potrzebujesz cząsteczki, która ma koniec 3 ', aby polimeraza miała miejsce do rozpoczęcia polimeryzacji.

Ten wolny koniec 3 'jest oferowany przez małą cząsteczkę nukleotydu zwaną starterem lub starterem. Pierwsza działa jako rodzaj haczyka dla polimerazy.

Podczas replikacji widełki replikacyjne mają zdolność poruszania się wzdłuż DNA. Przejście widełek replikacyjnych pozostawia dwie jednopasmowe cząsteczki DNA, które kierują powstawaniem dwupasmowych cząsteczek potomnych.

Spinka do włosów może poruszać się do przodu dzięki działaniu enzymów helikazy, które rozwijają cząsteczkę DNA. Enzym ten rozrywa wiązania wodorowe między parami zasad i umożliwia ruch spinki do włosów.

Zakończenie

Replikacja jest zakończona, gdy dwie spinki do włosów są w temperaturze 180 ° C od początku.

W tym przypadku mówimy o tym, jak przebiega proces replikacji w bakteriach i konieczne jest podkreślenie całego procesu skręcania kołowej cząsteczki, który implikuje replikacja. Topoizomerazy odgrywają ważną rolę w rozwijaniu cząsteczki.

Replikacja DNA jest półkonserwatywna

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak zachodzi replikacja w DNA? Innymi słowy, kolejna podwójna helisa musi wyłonić się z podwójnej helisy, ale jak to się dzieje? Przez kilka lat była to otwarta kwestia wśród biologów. Może istnieć kilka permutacji: dwie stare nici razem i dwie nowe nici razem lub jedna nowa nić i jedna stara, aby utworzyć podwójną helisę.

W 1957 roku na to pytanie odpowiedzieli badacze Matthew Meselson i Franklin Stahl. Zaproponowany przez autorów model replikacji był semikonserwatywny.

Meselson i Stahl argumentowali, że wynikiem replikacji są dwie cząsteczki podwójnej helisy DNA. Każda z otrzymanych cząsteczek składa się ze starej nici (z cząsteczki macierzystej lub początkowej) i nowo zsyntetyzowanej nowej nici.

Problem polaryzacji

Jak działa polimeraza?

Helisa DNA składa się z dwóch łańcuchów, które biegną przeciwrównolegle: jeden biegnie w kierunku 5'-3 ', a drugi 3'-5'.

Najbardziej znanym enzymem w procesie replikacji jest polimeraza DNA, która jest odpowiedzialna za katalizowanie połączenia nowych nukleotydów, które zostaną dodane do łańcucha. Polimeraza DNA może wydłużyć łańcuch tylko w kierunku 5'-3 '. Fakt ten utrudnia jednoczesną duplikację łańcuchów w widełkach replikacyjnych.

Czemu? Dodanie nukleotydów następuje na wolnym końcu 3 ', gdzie znajduje się grupa hydroksylowa (-OH). Zatem tylko jedna z nici może być łatwo amplifikowana przez końcowe dodanie nukleotydu do końca 3 '. Nazywa się to przewodzącą lub ciągłą żyłą.

Produkcja odłamków Okazaki

Druga nić nie może być wydłużona, ponieważ wolny koniec to 5 ', a nie 3' i żadna polimeraza nie katalizuje dodawania nukleotydów do końca 5 '. Problem został rozwiązany przez syntezę wielu krótkich fragmentów (od 130 do 200 nukleotydów), każdy w normalnym kierunku replikacji od 5 'do 3'.

Ta nieciągła synteza fragmentów kończy się połączeniem każdej z części, reakcją katalizowaną przez ligazę DNA. Na cześć odkrywcy tego mechanizmu, Reiji Okazakiego, małe zsyntetyzowane segmenty nazywane są fragmentami Okazaki.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Cann, IK i Ishino, Y. (1999). Replikacja Archaeal DNA: identyfikacja elementów w celu rozwiązania zagadki. Genetyka, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M. i Bebenek, K. (2007). Wiele funkcji polimeraz DNA. Critical reviews in plant science, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). geny IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K. i Kunkel, TA (2003). Funkcje eukariotycznych polimeraz DNA. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). Polimerazy DNA: różnorodność strukturalna i wspólne mechanizmy. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Biologia molekularna genu. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG i Wilson, SH (2013). Porównanie strukturalne architektury polimerazy DNA sugeruje bramę nukleotydową do aktywnego miejsca polimerazy. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.