ČO JE TO REPLIKAČNÁ VIDLICA? - BIOLÓGIE - 2026

Replikačné vidlička je bod, v ktorom dochádza k replikáciu DNA, je tiež nazývaný rast bod. Má tvar Y a pri replikácii sa vlásenka pohybuje cez molekulu DNA.

Replikácia DNA je bunkový proces, ktorý zahŕňa duplikáciu genetického materiálu v bunke. Štruktúra DNA je dvojitá špirála a na jej replikáciu musí byť otvorená. Každý z reťazcov bude súčasťou nového reťazca DNA, pretože replikácia je semi-konzervatívny proces.

Zdroj: Masur založený na Gluon (španielska verzia Alejandra Porto)

Replikačná vidlica sa tvorí presne medzi spojením medzi novo separovaným templátom alebo vláknami templátu a duplexnou DNA, ktorá ešte nebola duplikovaná. Pri začatí replikácie DNA je možné jeden z reťazcov ľahko duplikovať, zatiaľ čo druhý reťazec čelí problému polarity.

Enzým zodpovedný za polymerizáciu reťazca - DNA polymeráza - syntetizuje iba vlákno DNA v smere 5'-3 '. Jeden reťazec je teda kontinuálny a druhý podlieha diskontinuálnej replikácii, čím sa generujú fragmenty Okazaki.

Replikácia DNA a replikačná vidlica

DNA je molekula, ktorá ukladá potrebné genetické informácie pre všetky živé organizmy - s výnimkou niektorých vírusov.

Tento obrovský polymér zložený zo štyroch rôznych nukleotidov (A, T, G a C) sa nachádza v jadre eukaryot v každej bunke, ktorá tvorí tkanivo týchto bytostí (okrem zrelých červených krviniek cicavcov, ktorým chýba). jadro).

Vždy, keď sa bunka delí, musí sa DNA replikovať, aby sa vytvorila dcérska bunka s genetickým materiálom.

Jednosmerná a obojsmerná replikácia

Replikácia môže byť jednosmerná alebo obojsmerná v závislosti od vytvorenia replikačnej vidlice v mieste pôvodu.

Logicky, v prípade replikácie v jednom smere, sa vytvorí iba jeden vlásenka, zatiaľ čo pri obojsmernej replikácii sa vytvoria dva vlásenky.

Zúčastnené enzýmy

Na tento proces je potrebný komplexný enzymatický mechanizmus, ktorý pracuje rýchlo a dokáže presne replikovať DNA. Najdôležitejšie enzýmy sú DNA polymeráza, DNA primáza, DNA helikáza, DNA ligáza a topoizomeráza.

Začiatok replikácie a tvorba vlásenky

Replikácia DNA nezačína na náhodnom mieste v molekule. V DNA sú špecifické oblasti, ktoré označujú začiatok replikácie.

U väčšiny baktérií má bakteriálny chromozóm jediný počiatočný bod bohatý na AT. Táto kompozícia je logická, pretože uľahčuje otvorenie oblasti (AT páry sú spojené dvoma vodíkovými väzbami, zatiaľ čo GC pár tromi).

Keď sa DNA začína otvárať, vytvára sa štruktúra tvaru Y: replikačná vidlica.

Predĺženie a pohyb vidlice

DNA polymeráza nemôže začať syntézu dcérskeho reťazca od nuly. Potrebujete molekulu, ktorá má 3 'koniec, aby mala polymeráza miesto na začatie polymerizácie.

Tento voľný 3 'koniec je ponúkaný malou nukleotidovou molekulou nazývanou primér alebo primer. Prvý slúži ako druh háčika pre polymerázu.

V priebehu replikácie má replikačná vidlica schopnosť pohybovať sa po DNA. Priechod replikačnej vidlice zanecháva dve jednopásmové molekuly DNA, ktoré usmerňujú tvorbu dvojpásmových dcérskych molekúl.

Vlasová špendlík sa môže pohybovať vpred vďaka pôsobeniu helikázových enzýmov, ktoré uvoľňujú molekulu DNA. Tento enzým prerušuje vodíkové väzby medzi pármi báz a umožňuje pohyb vlásenky.

ukončenie

Replikácia je úplná, keď sú oba vlásenky pri teplote 180 ° C od pôvodu.

V tomto prípade hovoríme o tom, ako replikačný proces prebieha v baktériách, a je potrebné vyzdvihnúť celý torzný proces cirkulárnej molekuly, ktorý replikácia znamená. Pri uvoľňovaní molekuly hrajú dôležitú úlohu topoizomerázy.

Replikácia DNA je čiastočne konzervatívna

Premýšľali ste niekedy nad tým, ako k replikácii dochádza v DNA? Inými slovami, z dvojitej špirály musí vzniknúť ďalšia dvojitá špirála, ale ako sa to stane? Už niekoľko rokov to bola pre biológov otvorená otázka. Mohlo by to byť niekoľko permutácií: dva staré vlákna spolu a dva nové vlákna spolu alebo jeden nový reťazec a jeden starý na vytvorenie dvojitej špirály.

V roku 1957 na túto otázku odpovedali vedci Matthew Meselson a Franklin Stahl. Autori replikačného modelu boli polokonzervatívni.

Meselson a Stahl tvrdili, že výsledkom replikácie sú dve molekuly DNA s dvojitou špirálou. Každá z výsledných molekúl je tvorená starým vláknom (z rodičovskej alebo počiatočnej molekuly) a novo syntetizovaným novým vláknom.

Problém polarity

Ako funguje polymeráza?

DNA špirála sa skladá z dvoch reťazcov, ktoré bežia antiparalelne: jeden ide v smere 5'-3 'a druhý 3'-5'.

Najvýznamnejším enzýmom v replikačnom procese je DNA polymeráza, ktorá je zodpovedná za katalyzovanie spojenia nových nukleotidov, ktoré sa pridajú do reťazca. DNA polymeráza môže predlžovať reťazec iba v smere 5'-3 '. Táto skutočnosť bráni súčasnej duplikácii reťazcov v replikačnej vidlici.

Prečo? Pridanie nukleotidov nastáva na voľnom konci 3 ', kde je hydroxylová skupina (-OH). Konečným pridaním nukleotidu na 3 'koniec je teda možné ľahko amplifikovať iba jedno vlákno. Toto sa nazýva vodivé alebo nepretržité vlákno.

Výroba Okazaki Shards

Druhé vlákno nemôže byť predĺžené, pretože voľný koniec je 5 'a nie 3' a ani polymeráza katalyzuje adíciu nukleotidov na 5 'koniec. Problém je vyriešený syntézou viacerých krátkych fragmentov (od 130 do 200 nukleotidov), z ktorých každý je v normálnom smere replikácie od 5'do 3´.

Táto diskontinuálna syntéza fragmentov končí spojením každej z častí, reakciou katalyzovanou DNA ligázou. Na počesť objaviteľa tohto mechanizmu, Reiji Okazaki, sa malé syntetizované segmenty nazývajú fragmenty Okazaki.

Referencie

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Základná bunková biológia. Garland Science.
2. Cann, IK a Ishino, Y. (1999). Archaálna replikácia DNA: identifikácia kúskov na vyriešenie hádanky. Genetics, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Bunka: Molekulárny prístup. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Viacnásobné funkcie DNA polymeráz. Kritické prehľady v prírodných vedách, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). gény IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funkcie eukaryotických DNA polymeráz. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA polymerázy: štrukturálna diverzita a spoločné mechanizmy. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Molekulárna biológia génu. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG a Wilson, SH (2013). Štrukturálne porovnanie architektúry DNA polymerázy naznačuje nukleotidovú bránu do aktívneho miesta polymerázy. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.