replicarea ADN (acidul dezoxiribonucleic) constă în copierea genomului, adică a tuturor informațiilor genetice conținute în ADN-ul unui organism, pentru a produce două copii identice. Genomul are informațiile necesare pentru a construi un organism complet.
Înainte de divizarea celulară, apare replicarea ADN-ului. Prin meioză, gameții sunt produși pentru reproducere sexuală. Prin mitoză, are loc înlocuirea celulelor (de exemplu, piele și sânge) și dezvoltarea (de exemplu, țesuturi și organe).
Cunoașterea structurii ADN ne permite să înțelegem cum are loc replicarea sa. Structura ADN-ului constă dintr-o dublă helix, compusă din două lanțuri antiparalele de nucleotide succesive, ale căror baze azotate se completează reciproc într-un mod specific..
În timpul replicării, fiecare catena a catenei duble ADN acționează ca un șablon pentru biosinteza unei noi catene. Cele două lanțuri nou sintetizate au baze care sunt complementare bazelor lanțului șablon: adenină (A) cu timină (T) și citozină (C) cu guanină (G).
Diverse enzime și proteine sunt implicate în replicarea ADN-ului. De exemplu, deschiderea dublei spirale ADN, menținerea ADN-ului deschis și adăugarea deoxiribonucleozidelor-5'-trifosfat (dNTP) pentru a forma noua catenă.
Indice articol
Pe baza structurii ADN-ului, Watson și Crick au propus că replicarea ADN-ului are loc semi-conservator. Acest lucru a fost demonstrat de Meselson și Stahl prin etichetarea ADN-ului Escherichia coli cu izotop greu de azot, cincisprezeceN, urmând modelul de distribuție pentru mai multe generații într-un mediu de cultură cu azot ușor, 14N.
Meselson și Stahl au descoperit că, în prima generație, cele două molecule fiice de ADN aveau fiecare moleculă etichetată cu un lanț cu izotopul greu al azotului și o alta cu izotopul ușor. Spre deosebire de molecula ADN mamă, care avea ambele catene marcate cu izotopul greu, cincisprezeceN.
În a doua generație, 50% din moleculele de ADN erau asemănătoare celor din prima generație, iar celelalte 50% aveau doar azot ușor. Interpretarea acestui rezultat este că dubla helică fiică are un lanț părinte (care funcționează ca șablon) și un lanț nou.
Mecanismul de replicare semi-conservator implică separarea catenelor ADN și asocierea bazelor complementare prin asocierea succesivă de nucleotide, producând două spirale duble fiice..
ADN-ul bacterian este format dintr-un cromozom circular și are un singur loc de origine al replicării. Din acest sit, biosinteza celor două lanțuri fiice are loc bidirecțional, formând două furci de replicare care se deplasează în direcții opuse la origine. În cele din urmă, acele de păr se întâlnesc, completând replicarea.
Replicarea începe cu legarea proteinelor DnaA de locul de origine. Aceste proteine la rândul lor formează un complex. Apoi proteinele HU și IHF, printre altele, se unesc, care împreună împăturesc ADN-ul, provocând separarea celor două lanțuri de ADN într-o regiune bogată în timină și adenină..
Apoi, proteinele DNaC se leagă, ceea ce determină legarea ADN helicazelor. Ele ajută la desfacerea ADN-ului și la ruperea legăturilor de hidrogen, formate între perechile de baze. Deci cele două lanțuri sunt separate în continuare, formând două lanțuri simple.
Topoisomeraza II, sau ADN giraza, se mișcă în fața ADN helicazei, scăzând super-bobinele pozitive. Proteinele monocatenare de legare a ADN-ului (SSB) țin firele ADN separate. Astfel, poate începe biosinteza lanțului fiică.
Enzima primază este responsabilă pentru sintetizarea lanțurilor scurte de ARN numite primeri, care au o lungime de 10 până la 15 nucleotide. ADN polimeraza începe să adauge 5'-trifosfat deoxinucleozide (dNTPs) la capătul 3'-OH al zahărului primer, după care firul continuă să crească de la același capăt.
Deoarece catenele ADN sunt antiparalele, un primer este sintetizat pe catena lider și mulți primer pe catenă lag. Din această cauză, biosinteza lanțului întârziat este discontinuă. Deși firele de ADN sunt antiparalele, furca de replicare se mișcă într-o singură direcție.
ADN polimeraza este responsabilă pentru formarea legăturilor covalente între nucleotidele adiacente ale lanțurilor nou sintetizate, în direcția 5'®3 '. Pe E coli, Există cinci ADN polimeraze: ADN polimerazele I și III efectuează replicarea ADN; iar ADN polimerazele II, IV și V sunt responsabile de repararea și reproducerea ADN-ului deteriorat.
Cea mai mare parte a replicării este realizată de ADN polimeraza III, care este o holoenzimă care are 10 subunități diferite cu diverse funcții în replicarea ADN-ului. De exemplu, subunitatea alfa este responsabilă pentru realizarea legăturilor între nucleotide.
Helicaza ADN și primaza se unesc pentru a forma un complex numit primozom. Aceasta se deplasează de-a lungul ADN-ului, acționând într-un mod coordonat pentru a separa cele două catene parentale, sintetizând primerii la fiecare anumit interval pe catena întârziată..
Primozomul se leagă fizic de ADN polimeraza III și formează replisomul. Două ADN polimeraze III sunt responsabile pentru replicarea ADN-ului lanțului ghidat și întârziat. În ceea ce privește ADN polimeraza III, catena întârziată formează o buclă exterioară, care permite adăugarea de nucleotide la această catena să aibă loc în aceeași direcție cu catena lider..
Adăugarea de nucleotide la lanțul de ghidare este continuă. În timp ce este întârziat, este discontinuu. Se formează fragmente lungi de 150 nucleotide, numite fragmente Okazaki.
Activitatea de exonuclează 5 '-> 3' a ADN polimerazei I este responsabilă pentru eliminarea primerilor și umplerea, adăugarea de nucleotide. O enzimă ligază sigilează golurile dintre fragmente. Replicarea se termină atunci când cele două cârlige de replicare se întâlnesc într-o secvență de terminare.
Proteina Tus se leagă de secvența de terminare, oprind mișcarea furcii de replicare. Topoisomeraza II permite separarea celor doi cromozomi.
Deoxinucleozidul trifosfat (dNTP) conține trei grupări fosfat atașate la carbonul 5 'al dezoxiribozei. DNTP-urile (dATP, dTTP, dGTP și dCTP) se leagă de lanțul șablon urmând regula AT / GC.
ADN polimeraza catalizează următoarea reacție: gruparea 3 'hidroxil (-OH) a nucleotidei catenei în creștere reacționează cu fosfatul alfa al dNTP de intrare, eliberând pirofosfat anorganic (PPi). Hidroliza PPi produce energia pentru formarea legăturii covalente sau a legăturii fosfodiesterice între nucleotidele lanțului în creștere.
În timpul replicării ADN-ului, ADN polimeraza III face o greșeală de 100 de milioane de nucleotide. Deși probabilitatea de eroare este foarte mică, există mecanisme care asigură fidelitatea în replicarea ADN-ului. Aceste mecanisme sunt:
1) Stabilitate în asocierea bazelor. Energia legăturii de hidrogen între AT / GC este mai mare decât în perechile de baze greșite.
2) Structura situsului activ al ADN polimerazei. ADN polimeraza catalizează preferențial joncțiunile nucleotidice cu baze corecte pe catena opusă. Asocierea slabă a bazelor are ca rezultat o distorsiune a dublei spirale ADN, împiedicând nucleotida greșită să ocupe locul activ al enzimei.
3) Test de citire. ADN polimeraza identifică nucleotidele eronate încorporate și le îndepărtează de pe catena fiică. Activitatea de exonuclează a ADN polimerazei rupe legăturile fosfodiesterice dintre nucleotide la capătul 3 'al noii catene.
Spre deosebire de replicarea în procariote, unde replicarea începe la un singur loc, replicarea în eucariote începe la mai multe locuri de origine și furca de replicare se deplasează bidirecțional. Ulterior, toate furcile de replicare fuzionează, formând două cromatide surori unite la centromer..
Eucariotele posedă multe tipuri de ADN polimerază, ale căror nume folosesc litere grecești. ADN polimerază α formează un complex cu primază. Acest complex sintetizează primeri scurți constând din 10 nucleotide de ARN urmate de 20 până la 30 de nucleotide de ADN..
Apoi ADN polimeraza ε sau δ catalizează alungirea firului fiicei din grund. ADN polimerază ε este implicat în sinteza lanțului lider, în timp ce ADN polimeraza δ sintetizează lanțul întârziat.
ADN polimerază δ prelungește fragmentul Okazaki din stânga până ajunge la primerul ARN din dreapta, producând o clapetă scurtă a primerului. Spre deosebire de procariote, unde o ADN polimerază îndepărtează primerul, în eucariote o enzimă Flon endonuclează îndepărtează primerul ARN.
O ADN ligază sigilează apoi fragmentele de ADN adiacente. Terminarea replicării are loc odată cu disocierea proteinelor de furca de replicare.
Replicarea în eucariote are loc în faza S a ciclului celular. Moleculele de ADN reproduse sunt secretate în două celule fiice în timpul mitozei. Fazele G1 și G2 separă faza S și mitoza. Progresia prin fiecare fază a ciclului celular este puternic reglată de kinaze, fosfataze și proteaze..
În faza G1 a ciclului celular, complexul de recunoaștere a originii (OCR) se leagă de locul de origine. Acest lucru induce legarea helicaselor MCM și a altor proteine, cum ar fi Cdc6 și Cdt1, pentru a forma un complex de pre-replicare (preRC). Helicaza MCM se leagă de lanțul de ghidare.
În faza S, preRC devine un site de replicare activ. Proteinele OCR, Cdc6 și Cdt1 sunt eliberate, iar helicaza MCM se deplasează în direcția 3 'până la 5'. Odată ce replicarea se termină, aceasta va fi repornită în următorul ciclu celular..
Capetele cromozomilor sunt cunoscute sub numele de telomeri, care constau din secvențe repetate în tandem și o regiune 3 'care iese în afară, având o lungime de 12 până la 16 nucleotide..
ADN polimeraza nu este capabilă să reproducă capătul 3 'al firelor de ADN. Acest lucru se datorează faptului că ADN polimeraza poate sintetiza ADN doar în direcția 5'-3 'și poate prelungi numai firele preexistente, fără a putea sintetiza un primer în această regiune. În consecință, telomerii se scurtează cu fiecare rundă de replicare..
Enzima telomerază previne scurtarea telomerilor. Telomeraza este o enzimă care posedă proteine și subunități de ARN (TERC). Acesta din urmă se leagă de secvențele repetate ale ADN-ului și permite telomerazei să se lege de capătul 3 'al telomerului..
O secvență de ARN din spatele locului de joncțiune funcționează ca un șablon pentru sinteza unei secvențe de șase nucleotide (polimerizare) la capătul catenei ADN. Alungirea telomerilor este catalizată de subunitățile telomerazei, numite telomerază revers transcriptază (TERT)..
După polimerizare, are loc translocarea, constând în mișcarea telomerazei către un nou capăt al lanțului ADN, unind alte șase nucleotide până la sfârșit.
ADN polimerază β joacă un rol important în eliminarea bazelor incorecte din ADN, dar nu este implicat în replicarea ADN-ului.
Multe ADN polimeraze descoperite aparțin grupului de polimeraze care „replică transleția”. Aceste polimeraze sunt responsabile pentru sintetizarea catenelor complementare într-o regiune de ADN deteriorat.
Există mai multe tipuri de polimeraze care „replică transleția”. De exemplu, ADN polimeraza η se poate replica pe dimerii timinei, care sunt produși de lumina UV.
Replicarea ADN-ului arheobacterian este similară cu cea din eucariote. Acest lucru se datorează următoarelor: 1) proteinele care participă la replicare sunt mai asemănătoare cu cele ale eucariotelor decât cele ale procariotelor; și 2) deși există un singur site de replicare, cum ar fi procariotele, secvența sa este similară cu locul de origine al eucariotelor..
Similitudinea replicării dintre Archea și eucariote susține ideea că ambele grupuri sunt filogenetic mai legate între ele decât oricare dintre ele sunt procariotele..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.