- การจำลองแบบดีเอ็นเอและส้อมการจำลองแบบ
- การจำลองแบบทางเดียวและสองทาง
- เอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง
- จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบและการสร้างกิ๊บ
- การยืดตัวและการเคลื่อนไหวของส้อม
- การสิ้นสุด
- การจำลองแบบดีเอ็นเอเป็นแบบกึ่งอนุรักษ์นิยม
- ปัญหาของขั้ว
- โพลีเมอเรสทำงานอย่างไร?
- การผลิตชิ้นส่วนโอคาซากิ
- อ้างอิง
การจำลองแบบเป็นจุดที่เกิดการจำลองแบบดีเอ็นเอเรียกอีกอย่างว่าจุดเติบโต มันเป็นรูปตัว Y และเมื่อเกิดการจำลองแบบขึ้นกิ๊บจะเคลื่อนที่ผ่านโมเลกุลของดีเอ็นเอ
การจำลองแบบดีเอ็นเอเป็นกระบวนการของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการทำซ้ำของสารพันธุกรรมในเซลล์ โครงสร้างของ DNA เป็นเกลียวคู่และในการทำซ้ำเนื้อหานั้นจะต้องเปิด แต่ละเส้นจะเป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่ดีเอ็นเอใหม่เนื่องจากการจำลองแบบเป็นกระบวนการกึ่งอนุรักษ์นิยม
ที่มา: Masur อิงจาก Gluon (ฉบับภาษาสเปนโดย Alejandro Porto)
ส้อมการจำลองรูปแบบอย่างแม่นยำระหว่างจุดเชื่อมต่อระหว่างแม่แบบที่แยกออกใหม่หรือเส้นแม่แบบกับดีเอ็นเอดูเพล็กซ์ที่ยังไม่ได้ทำซ้ำ เมื่อเริ่มการจำลองแบบดีเอ็นเอสายใดเส้นหนึ่งสามารถทำซ้ำได้ง่ายในขณะที่อีกเส้นหนึ่งประสบปัญหาขั้ว
เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการทำพอลิเมอไรเซชันของสายโซ่ - DNA polymerase - สังเคราะห์เฉพาะสาย DNA ในทิศทาง 5'-3 ' ดังนั้นเส้นหนึ่งจึงต่อเนื่องและอีกเส้นหนึ่งผ่านการจำลองแบบไม่ต่อเนื่องทำให้เกิดชิ้นส่วนโอกาซากิ
การจำลองแบบดีเอ็นเอและส้อมการจำลองแบบ
DNA เป็นโมเลกุลที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดยกเว้นไวรัสบางชนิด
พอลิเมอร์ขนาดใหญ่นี้ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด (A, T, G และ C) อาศัยอยู่ในนิวเคลียสของยูคาริโอตในแต่ละเซลล์ที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ (ยกเว้นในเซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งขาด หลัก)
ทุกครั้งที่เซลล์แบ่งตัว DNA จะต้องจำลองซ้ำเพื่อสร้างเซลล์ลูกสาวที่มีสารพันธุกรรม
การจำลองแบบทางเดียวและสองทาง
การจำลองแบบสามารถเป็นแบบทิศทางเดียวหรือแบบสองทิศทางขึ้นอยู่กับการสร้างส้อมการจำลองที่จุดกำเนิด
ในกรณีของการจำลองแบบในทิศทางเดียวจะมีการสร้างกิ๊บเพียงอันเดียวเท่านั้นในขณะที่ในการจำลองแบบสองทิศทางจะเกิดกิ๊บสองตัว
เอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง
สำหรับกระบวนการนี้จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรเอนไซม์ที่ซับซ้อนซึ่งทำงานได้อย่างรวดเร็วและสามารถจำลองดีเอ็นเอได้อย่างแม่นยำ เอนไซม์ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ DNA polymerase, DNA primase, DNA helicase, DNA ligase และ topoisomerase
จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบและการสร้างกิ๊บ
การจำลองแบบดีเอ็นเอไม่ได้เริ่มต้นที่ตำแหน่งสุ่มใด ๆ ในโมเลกุล มีพื้นที่เฉพาะใน DNA ที่เป็นจุดเริ่มต้นของการจำลองแบบ
ในแบคทีเรียส่วนใหญ่โครโมโซมของแบคทีเรียมีจุดเริ่มต้นที่อุดมด้วย AT เพียงจุดเดียว องค์ประกอบนี้มีเหตุผลเนื่องจากอำนวยความสะดวกในการเปิดภูมิภาค (คู่ AT ถูกเชื่อมด้วยพันธะไฮโดรเจนสองคู่ในขณะที่ GC จับคู่ด้วยสาม)
เมื่อ DNA เริ่มเปิดออกโครงสร้างรูปตัว Y จะก่อตัวขึ้น: ส้อมการจำลอง
การยืดตัวและการเคลื่อนไหวของส้อม
DNA polymerase ไม่สามารถเริ่มการสังเคราะห์ลูกโซ่ตั้งแต่เริ่มต้น คุณต้องมีโมเลกุลที่มีจุดจบ 3 'เพื่อให้โพลีเมอเรสมีที่สำหรับเริ่มโพลีเมอไรเซชัน
ปลาย 3 'อิสระนี้ถูกนำเสนอโดยโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ขนาดเล็กที่เรียกว่าไพรเมอร์ ตัวแรกทำหน้าที่เป็นตะขอสำหรับโพลีเมอเรส
ในระหว่างการจำลองแบบส้อมการจำลองมีความสามารถในการเคลื่อนที่ไปตามดีเอ็นเอ ทางเดินของส้อมการจำลองทำให้โมเลกุลดีเอ็นเอวงเดียวสองอันที่กำกับการก่อตัวของโมเลกุลลูกสาววงคู่
กิ๊บสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ด้วยการทำงานของเอนไซม์เฮลิเคสที่คลายโมเลกุลดีเอ็นเอ เอนไซม์นี้ทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างคู่เบสและปล่อยให้กิ๊บเคลื่อนที่ได้
การสิ้นสุด
การจำลองจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อกิ๊บติดผมทั้งสองข้างอยู่ที่ 180 ° C จากจุดเริ่มต้น
ในกรณีนี้เรากำลังพูดถึงวิธีการที่กระบวนการจำลองแบบไหลเวียนในแบคทีเรียและจำเป็นต้องเน้นกระบวนการบิดทั้งหมดของโมเลกุลวงกลมที่การจำลองแบบมีความหมาย Topoisomerases มีบทบาทสำคัญในการคลี่คลายของโมเลกุล
การจำลองแบบดีเอ็นเอเป็นแบบกึ่งอนุรักษ์นิยม
คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าการจำลองแบบเกิดขึ้นใน DNA ได้อย่างไร? กล่าวอีกนัยหนึ่งเกลียวคู่อีกอันจะต้องโผล่ออกมาจากเกลียวคู่ แต่มันเกิดขึ้นได้อย่างไร? หลายปีที่ผ่านมานี่เป็นคำถามที่เปิดกว้างในหมู่นักชีววิทยา อาจมีการเรียงสับเปลี่ยนหลายวิธี: สองเส้นเก่าเข้าด้วยกันและสองเส้นใหม่เข้าด้วยกันหรือหนึ่งเส้นใหม่และหนึ่งอันเก่าเพื่อสร้างเกลียวคู่
ในปีพ. ศ. 2500 คำถามนี้ได้รับคำตอบจากนักวิจัย Matthew Meselson และ Franklin Stahl รูปแบบการจำลองแบบที่เสนอโดยผู้เขียนเป็นแบบกึ่งอนุรักษ์นิยม
Meselson และ Stahl แย้งว่าผลของการจำลองแบบคือโมเลกุลเกลียวคู่ของดีเอ็นเอสองตัว โมเลกุลที่เกิดขึ้นแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยเส้นใยเก่า (จากแม่หรือโมเลกุลเริ่มต้น) และเส้นใยใหม่ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่
ปัญหาของขั้ว
โพลีเมอเรสทำงานอย่างไร?
เกลียวดีเอ็นเอประกอบด้วยโซ่สองเส้นที่วิ่งแบบขนานกันโดยสายหนึ่งไปในทิศทาง 5'-3 'และอีก 3'-5'
เอนไซม์ที่โดดเด่นที่สุดในกระบวนการจำลองแบบคือ DNA polymerase ซึ่งมีหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการรวมตัวของนิวคลีโอไทด์ใหม่ที่จะเพิ่มเข้าไปในห่วงโซ่ DNA polymerase สามารถขยายโซ่ได้ในทิศทาง 5'-3 'เท่านั้น ข้อเท็จจริงนี้ขัดขวางการทำซ้ำโซ่พร้อมกันในทางแยกการจำลอง
ทำไม? การเติมนิวคลีโอไทด์เกิดขึ้นที่ปลายอิสระ 3 'ซึ่งมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ดังนั้นจึงสามารถขยายเส้นเพียงเส้นเดียวได้อย่างง่ายดายโดยการเติมขั้วของนิวคลีโอไทด์ไปที่ปลาย 3 ' สิ่งนี้เรียกว่าเส้นใยที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือต่อเนื่อง
การผลิตชิ้นส่วนโอคาซากิ
อีกเส้นหนึ่งไม่สามารถยืดออกได้เนื่องจากปลายด้านที่ว่างคือ 5 'ไม่ใช่ 3' และโพลีเมอเรสทั้งสองตัวไม่เร่งปฏิกิริยาการเพิ่มของนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย 5 ' ปัญหาได้รับการแก้ไขด้วยการสังเคราะห์ชิ้นส่วนสั้น ๆ หลายชิ้น (จาก 130 ถึง 200 นิวคลีโอไทด์) แต่ละชิ้นจะอยู่ในทิศทางปกติของการจำลองแบบจาก 5´ถึง 3´
การสังเคราะห์ชิ้นส่วนที่ไม่ต่อเนื่องนี้จบลงด้วยการรวมกันของแต่ละส่วนซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยดีเอ็นเอลิเกส เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ค้นพบกลไกนี้ Reiji Okazaki ส่วนที่สังเคราะห์ขนาดเล็กเรียกว่าเศษชิ้นส่วน Okazaki
อ้างอิง
- Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2015) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
- Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). การจำลองดีเอ็นเอของ Archaeal: การระบุชิ้นส่วนเพื่อไขปริศนา พันธุศาสตร์, 152 (4), 1249-67.
- Cooper, GM และ Hausman, RE (2004) เซลล์: วิธีการระดับโมเลกุล เมดิซินสกานาคลดา.
- Garcia-Diaz, M. , & Bebenek, K. (2007). ฟังก์ชันหลายอย่างของ DNA polymerases บทวิจารณ์เชิงวิพากษ์ในพืชศาสตร์, 26 (2), 105-122.
- ลูวิน, บี. (2008). ยีน IX Mc Graw-Hill Interamericana
- Shcherbakova, PV, Bebenek, K. , & Kunkel, TA (2003) หน้าที่ของ polymerases ดีเอ็นเอยูคาริโอต SAGE KE ของ Science, 2003 (8), 3.
- Steitz, TA (1999). DNA polymerases: ความหลากหลายของโครงสร้างและกลไกทั่วไป วารสารเคมีชีวภาพ, 274 (25), 17395-17398.
- วัตสัน, JD (2549). อณูชีววิทยาของยีน Panamerican Medical Ed.
- Wu, S. , Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013) การเปรียบเทียบโครงสร้างของสถาปัตยกรรม DNA polymerase แสดงให้เห็นเกตเวย์ของนิวคลีโอไทด์ไปยังไซต์ที่ใช้งานโพลีเมอเรส บทวิจารณ์ทางเคมี, 114 (5), 2759-74.