Nukleové kyseliny hrají důležitou roli při zajišťování vitální činnosti buněk živých organismů. Významným zástupcem této skupiny organických sloučenin je DNA, která nese veškerou genetickou informaci a je zodpovědná za projev potřebných vlastností.
Co je replikace?
V procesu buněčného dělení je nutné zvýšit množství nukleových kyselin v jádře, aby při procesu nedocházelo ke ztrátě genetické informace. V biologii je replikace duplikací DNA prostřednictvím syntézy nových vláken.
Hlavním účelem tohoto procesu je přenést genetickou informaci do dceřiných buněk nezměněnou bez jakýchkoli mutací.
Enzymy a proteiny replikace
Duplikaci molekuly DNA lze přirovnat k jakémukoli metabolickému procesu v buňce, který vyžaduje vhodné proteiny. Protože replikace je důležitou součástí buněčného dělení v biologii, je zde zapojeno mnoho pomocných peptidů.
DNA polymeráza je nejdůležitějším reduplikačním enzymem, který je zodpovědnýpro syntézu dceřiného řetězce deoxyribonukleové kyseliny. V cytoplazmě buňky je v procesu replikace povinná přítomnost nukleových trifosfátů, které přinášejí všechny nukleové báze
Tyto báze jsou monomery nukleových kyselin, takže je z nich sestaven celý řetězec molekuly. DNA polymeráza je zodpovědná za proces sestavení ve správném pořadí, jinak jsou nevyhnutelné všechny druhy mutací.
- Primáza je protein, který je zodpovědný za tvorbu primeru na řetězci templátu DNA. Tento primer se také nazývá primer, má strukturu RNA. Pro enzym DNA polymerázu je důležitá přítomnost výchozích monomerů, ze kterých je možná další syntéza celého polynukleotidového řetězce. Tuto funkci vykonává primer a jeho odpovídající enzym.
- Helikáza (helikáza) tvoří replikační vidlici, což je divergence řetězců matrice přerušením vodíkových vazeb. To usnadňuje polymerázám přístup k molekule a zahájení syntézy.
- Topoizomeráza. Představíte-li si molekulu DNA jako zkroucené lano, při pohybu polymerázy po řetězci se vlivem silného zkroucení vytvoří kladné napětí. Tento problém řeší topoizomeráza, enzym, který na krátkou dobu přeruší řetězec a rozvine celou molekulu. Poté je poškozená oblast znovu sešita a DNA není namáhána.
- Ssb proteiny se připojují jako shluky k řetězcům DNA na replikační vidlici, aby se zabránilo opětovnému vytvoření vodíkových vazeb před koncem procesu reduplikace.
- Ligy. Funkce enzymuspočívá v přišívání Okazakiho fragmentů na zaostávající řetězec molekuly DNA. To se děje vyříznutím primerů a vložením nativních monomerů deoxyribonukleové kyseliny na jejich místo.
V biologii je replikace složitý vícestupňový proces, který je extrémně důležitý při dělení buněk. Proto je pro účinnou a správnou syntézu nezbytné použití různých proteinů a enzymů.
Mechanismus reduplikace
Existují 3 teorie, které vysvětlují proces duplikace DNA:
- Konzervativní uvádí, že jedna dceřiná molekula nukleové kyseliny má matricovou povahu a druhá je zcela syntetizována od začátku.
- Polokonzervativní navržený Watsonem a Crickem a potvrzený v roce 1957 experimenty na E. Coli. Tato teorie říká, že obě dceřiné molekuly DNA mají jeden starý řetězec a jeden nově syntetizovaný.
- Mechanismus disperze je založen na teorii, že dceřiné molekuly mají po celé délce střídající se úseky, které se skládají ze starých i nových monomerů.
Nyní vědecky ověřený polokonzervativní model. Co je replikace na molekulární úrovni? Na začátku helikáza přeruší vodíkové vazby molekuly DNA, čímž otevře oba řetězce pro enzym polymerázu. Ten po vytvoření semen zahájí syntézu nových řetězců ve směru 5'-3'.
Vlastnost antiparalelnosti DNA je hlavním důvodem pro tvorbu vedoucích a opožděných řetězců. Na vedoucím řetězci se DNA polymeráza pohybuje nepřetržitě, zatímco na řetězci se zpožďujetvoří fragmenty Okazaki, které budou v budoucnu spojeny ligázou.
Funkce replikace
Kolik molekul DNA je v jádře po replikaci? Samotný proces znamená zdvojnásobení genetického souboru buňky, takže během syntetického období mitózy má diploidní soubor dvakrát tolik molekul DNA. Takový záznam je obvykle označen jako 2n 4c.
Kromě biologického významu replikace našli vědci uplatnění tohoto procesu v různých oblastech medicíny a vědy. Pokud je v biologii replikace duplikací DNA, pak se v laboratoři reprodukce molekul nukleové kyseliny používá k vytvoření několika tisíc kopií.
Tato metoda se nazývá polymerázová řetězová reakce (PCR). Mechanismus tohoto procesu je podobný replikaci in vivo, proto se pro jeho průběh používají podobné enzymy a pufrovací systémy.
Závěry
Replikace má pro živé organismy velký biologický význam. Přenos genetické informace během buněčného dělení není úplný bez duplikace molekul DNA, takže koordinovaná práce enzymů je důležitá ve všech fázích.
