MI A REPLIKÁCIÓS VILLA? - BIOLÓGIA - 2026

A replikációs villa az a pont, ahol a DNS replikáció megtörténik, növekedési pontnak is nevezik. Y alakú, és amint a replikáció megtörténik, a hajtű áthalad a DNS molekulán.

A DNS replikáció a celluláris folyamat, amely magában foglalja a genetikai anyag megkettőződését a sejtben. A DNS szerkezete kettős spirál, és annak tartalmának megismétléséhez meg kell nyitni. Mindegyik szál az új DNS-lánc részét képezi, mivel a replikáció félig konzervatív folyamat.

Forrás: Masur a Gluon alapján (spanyol változat: Alejandro Porto)

A replikációs villa pontosan az újonnan elválasztott templát vagy templát szálak és a még nem duplált duplex DNS közötti kapcsolódás között alakul ki. A DNS replikáció kezdeményezésekor az egyik szál könnyen duplikálható, míg a másik szál polaritási problémával szembesül.

A lánc polimerizálásáért felelős enzim - a DNS-polimeráz - a DNS-szálat csak az 5'-3 'irányban szintetizálja. Így az egyik szál folyamatos, a másik pedig szakaszos replikáción megy keresztül, Okazaki fragmenseket generálva.

DNS replikáció és replikációs villa

A DNS az a molekula, amely az összes élő szervezet számára tárolja a szükséges genetikai információkat - néhány vírus kivételével.

Ez a hatalmas, négy különböző nukleotidból (A, T, G és C) álló polimer az eukarióta magjában helyezkedik el, mindegyik sejtben, amely ezeknek a lényeknek a szövetet alkotja (kivéve az emlősök érett vörösvérsejtjeit, amelyekben nincs mag).

Minden alkalommal, amikor egy sejt elvál, a DNS-nek replikálnia kell annak érdekében, hogy genetikai anyagú leánysejtet hozzon létre.

Egyirányú és kétirányú replikáció

A replikáció lehet egyirányú vagy kétirányú, attól függően, hogy a replikációs villa kialakul-e a kiindulási ponton.

Logikusan, ha az egyik irányba történő replikáció csak egy hajtűt képez, míg kétirányú replikációban két hajtűt képezünk.

Az érintett enzimek

Ehhez egy komplex enzimatikus mechanizmusra van szükség, amely gyorsan működik és pontosan képes replikálni a DNS-t. A legfontosabb enzimek a DNS-polimeráz, a DNS-primáz, a DNS-helikáz, a DNS-ligáz és a topoizomeráz.

A replikáció kezdete és a hajtű kialakulása

A DNS replikációja nem indul el a molekulában egy véletlenszerű helyen. A DNS-ben vannak bizonyos régiók, amelyek jelzik a replikáció kezdetét.

A legtöbb baktériumban a baktérium kromoszómának egyetlen AT-gazdag kiindulási pontja van. Ez az összetétel logikus, mivel megkönnyíti a régió megnyitását (az AT-párokat két hidrogénkötés köti össze, míg a GC-párt három).

Amint a DNS kinyílik, Y alakú szerkezet alakul ki: a replikációs villa.

A villa meghosszabbítása és mozgása

A DNS-polimeráz nem tudja megkezdeni a lánylánc-szintézist a semmiből. Szüksége van egy olyan molekulara, amelynek 3 'vége van, hogy a polimeráznak legyen helye a polimerizáció megkezdéséhez.

Ezt a szabad 3 'végét egy kicsi nukleotid molekula kínálja, amelyet primernek vagy primernek hívnak. Az első egyfajta horogként működik a polimeráz számára.

A replikáció során a replikációs villa képes mozogni a DNS mentén. A replikációs villa áthaladásakor két egysávos DNS molekulát hagyunk, amelyek a kettős sávú lánymolekulák kialakulását irányítják.

A hajtű tovább haladhat a helikáz enzimek hatására, amelyek lebontják a DNS-molekulát. Ez az enzim megbontja az alappárok közötti hidrogénkötéseket és lehetővé teszi a hajtű mozgását.

befejezés

A replikáció akkor fejeződik be, ha a két hajtű 180 ° C-on van az eredeti helytől.

Ebben az esetben arról beszélünk, hogy a replikációs folyamat miként folyik a baktériumokban, és ki kell emelni a kör alakú molekula teljes torziós folyamatát, amelyet a replikáció magában foglal. A topoizomerázok fontos szerepet játszanak a molekula letekeredésében.

A DNS replikációja félig konzervatív

Gondolkozott már azon, hogyan történik a DNS replikációja? Más szavakkal, egy dupla spirálnak ki kell lépnie a dupla spirálból, de hogyan történik ez? Több éven keresztül ez a biológusok körében nyitott kérdés volt. Több permutáció is lehet: két régi szál együtt és két új szál együtt, vagy egy új szál és egy régi a kettős spirál kialakításához.

1957-ben Matthew Meselson és Franklin Stahl kutatók válaszoltak erre a kérdésre. A szerzők által javasolt replikációs modell félig konzervatív volt.

Meselson és Stahl azzal érveltek, hogy a replikáció eredményeként két DNS kettős hélix molekula van. A kapott molekulák mindegyike egy régi szálból (az alap- vagy a kezdeti molekulaból) és egy újonnan szintetizált új szálból áll.

A polaritás problémája

Hogyan működik a polimeráz?

A DNS-spirál két, párhuzamosan futó láncból áll: az egyik 5'-3 'irányba megy, a másik 3'-5' irányba.

A replikációs folyamat legszembetűnőbb enzime a DNS-polimeráz, amely a láncba felveendő új nukleotidok egységének katalizálásáért felel. A DNS-polimeráz a láncot csak az 5'-3 'irányba tudja kiterjeszteni. Ez a tény akadályozza a láncok párhuzamos másolását a replikációs villában.

Miért? A nukleotidok hozzáadása a 3 'szabad végén történik, ahol hidroxilcsoport (-OH) van. Így csak a szálak sokszorozhatók a nukleotid terminális hozzáadásával a 3'-véghez. Ezt nevezzük vezetőképes vagy folyamatos szálnak.

Okazaki-szárnyak gyártása

A másik szál nem hosszabbítható meg, mert a szabad vég az 5 'és nem a 3', és egyik polimeráz sem katalizálja a nukleotidok hozzáadását az 5 'véghez. A problémát több rövid fragmens (130-200 nukleotid) szintézisével oldják meg, mindegyik normál replikációs irányban 5'-től 3'-ig.

A fragmenseknek ez a szakaszos szintézise az egyes részek egyesítésével zárul le, egy DNS-ligáz által katalizált reakcióval. Ennek a mechanizmusnak a felfedezője, Reiji Okazaki tiszteletére a kis szintetizált szegmenseket Okazaki fragmentumoknak nevezzük.

Irodalom

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… és Walter, P. (2015). Alapvető sejtbiológia. Garland Science.
2. Cann, IK és Ishino, Y. (1999). Régészeti DNS replikáció: a darabok azonosítása egy puzzle megoldására. Genetics, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM és Hausman, RE (2004). A cella: Molekuláris megközelítés. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M. és Bebenek, K. (2007). A DNS polimerázok több funkciója. Kritikus áttekintés növénytudományokban, 26. (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). gének IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K. és Kunkel, TA (2003). Az eukarióta DNS polimerázok funkciói. A Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNS-polimerázok: szerkezeti sokféleség és közös mechanizmusok. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). A gén molekuláris biológiája. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG és Wilson, SH (2013). A DNS polimeráz szerkezetének strukturális összehasonlítása nukleotid átjárót mutat a polimeráz aktív helyéhez. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.