ДНҚ молекуласы – хромосомадағы құрылым. Бір хромосомада екі тізбектен тұратын осындай бір молекула болады. ДНҚ редупликациясы – жіптердің бір молекуладан екінші молекулаға өздігінен көбеюінен кейінгі ақпаратты беру. Ол ДНҚ-ға да, РНҚ-ға да тән. Бұл мақалада ДНҚ редупликация процесі қарастырылады.
Жалпы ақпарат және ДНҚ синтезінің түрлері
Молекуладағы жіптердің бұралғандығы белгілі. Дегенмен, ДНҚ-ның редупликация процесі басталғанда, олар үмітсізденеді, содан кейін тараптарға жылжиды және әрқайсысында жаңа көшірме синтезделеді. Аяқталғаннан кейін екі абсолютті бірдей молекула пайда болады, олардың әрқайсысында ана мен қыз жіптері бар. Бұл синтез жартылай консервативті деп аталады. ДНҚ молекулалары бір центромерада қала отырып, алыстап, ақыры осы центромера бөліне бастағанда ғана алшақтайды.
Синтездің басқа түрі репаративті деп аталады. Ол алдыңғысынан айырмашылығы,кез келген жасушалық кезеңмен байланысты, бірақ ДНҚ зақымдануы пайда болған кезде басталады. Егер олар тым кең болса, онда жасуша ақырында өледі. Дегенмен, егер зақымдану локализацияланған болса, онда оны жөндеуге болады. Мәселеге байланысты ДНҚ-ның бір немесе екі тізбегі қалпына келтіруге жатады. Бұл, сондай-ақ деп аталады, жоспардан тыс синтез көп уақытты қажет етпейді және үлкен энергия шығындарын қажет етпейді.
Бірақ ДНҚ редупликациясы орын алған кезде көп энергия, материал жұмсалады, оның ұзақтығы сағаттарға созылады.
Қайта көбейту үш кезеңге бөлінеді:
- бастау;
- ұзарту;
- тоқтату.
Осы ДНҚ репликация тізбегін толығырақ қарастырайық.
Бастау
Адам ДНҚ-да бірнеше ондаған миллион жұп негіз бар (жануарларда жүз тоғыз ғана бар). ДНҚ редупликациясы келесі себептерге байланысты тізбектің көптеген орындарында басталады. Шамамен бір уақытта РНҚ-да транскрипция жүреді, бірақ ол ДНҚ синтезі кезінде кейбір бөлек жерлерде тоқтап қалады. Сондықтан мұндай процестің алдында ген экспрессиясын сақтау және жасушаның тіршілік әрекеті бұзылмауы үшін жасуша цитоплазмасында жеткілікті мөлшерде зат жиналады. Осыны ескере отырып, процесті мүмкіндігінше тезірек жүргізу керек. Бұл кезеңде трансляция жүргізіледі, ал транскрипция жүргізілмейді. Зерттеулер көрсеткендей, ДНҚ-ның редупликациясы бірден бірнеше мың нүктелерде - белгілі бір нүктелермен шағын жерлерде жүредінуклеотидтер тізбегі. Оларға арнайы инициатор ақуыздары қосылады, олар өз кезегінде ДНҚ репликациясының басқа ферменттерімен қосылады.
Синтез жүретін ДНҚ фрагменті репликон деп аталады. Ол бастапқы нүктеден басталады және фермент репликацияны аяқтаған кезде аяқталады. Репликон автономды, сонымен қатар бүкіл процесті өзінің қолдауымен қамтамасыз етеді.
Процесс барлық нүктелерден бірден басталмауы мүмкін, бір жерде ертерек, бір жерде кейінірек басталады; бір немесе екі қарама-қарсы бағытта ағуы мүмкін. Жасалған кезде оқиғалар келесі ретпен орын алады:
- репликация шанышқысы;
- РНҚ праймері.
Репликация шанышқысы
Бұл бөлік ДНҚ-ның бөлінген жіптерінде дезоксирибонуклеиндік тізбектердің синтезделу процесі. Шанышқылар редупликация көзі деп аталатын көзді құрайды. Процесс алдында бірқатар әрекеттер орындалады:
- нуклеосомадағы гистондармен байланысудан босату - метилдену, ацетилдену және фосфорлану сияқты ДНҚ редупликациясының ферменттері ақуыздардың оң зарядын жоғалтуына әкелетін химиялық реакцияларды тудырады, бұл олардың босатылуын жеңілдетеді;
- деспирализация – жіптерді одан әрі босату үшін қажет ағыту;
- ДНҚ тізбектері арасындағы сутектік байланыстарды бұзу;
- молекуланың әртүрлі бағыттары бойынша олардың дивергенциясы;
- SSB ақуыздарымен фиксация.
РНҚ праймер
Синтез жүзеге асадыДНҚ полимераза деп аталатын фермент. Дегенмен, ол оны өздігінен бастай алмайды, сондықтан оны басқа ферменттер жасайды - РНҚ-полимеразалар, оларды РНҚ праймерлер деп те атайды. Олар комплементарлы принцип бойынша дезоксирибонуклеиндік тізбектермен параллель синтезделеді. Осылайша, инициация әр түрлі бағытта үзілген және бөлінген екі ДНҚ тізбегіндегі екі РНҚ праймерінің синтезімен аяқталады.
Ұзарту
Бұл период нуклеотид пен РНҚ праймерінің 3' ұшының қосылуынан басталады, ол бұрын айтылған ДНҚ полимераза арқылы жүзеге асады. Біріншісіне ол екінші, үшінші нуклеотидті және т.б. Жаңа жіптің негіздері негізгі тізбекке сутегі байланыстары арқылы қосылады. Жіп синтезі 5'-3' бағытта жүреді деп есептеледі.
Ол репликация айырына қарай орын алған жерде синтез үздіксіз жүреді және осылайша ұзарады. Сондықтан мұндай жіп жетекші немесе жетекші деп аталады. РНҚ праймерлері енді оның үстінде түзілмейді.
Алайда қарама-қарсы аналық тізбекте ДНҚ нуклеотидтері РНҚ праймеріне қосылуын жалғастырады, ал дезоксирибонуклеиндік тізбек редупликациялық айырға қарама-қарсы бағытта синтезделеді. Бұл жағдайда ол артта қалу немесе артта қалу деп аталады.
Артта қалған жіпте синтез фрагментті түрде жүреді, мұнда бір бөлімнің соңында синтез сол РНҚ праймері арқылы жақын жерде орналасқан басқа жерде басталады. Осылайша, артта қалған жіпте ДНҚ және РНҚ арқылы байланысқан екі фрагмент бар. Олар Оказаки фрагменттері деп аталады.
Сосын бәрі қайталанады. Содан кейін спиральдың кезекті айналымы ашылады, сутектік байланыстар үзіледі, жіптер екі жаққа ауытқиды, жетекші тізбек ұзарады, артта қалғанда РНҚ праймерінің келесі фрагменті синтезделеді, содан кейін Оказаки фрагменті. Осыдан кейін, артта қалған тізбекте РНҚ праймерлері жойылады, ал ДНҚ фрагменттері біреуіне біріктіріледі. Сонымен, бұл тізбекте бір уақытта болады:
- жаңа РНҚ праймерлерінің түзілуі;
- Оказаки фрагменттерінің синтезі;
- РНҚ праймерлерінің жойылуы;
- бір тізбекке қайта бірігу.
Тоқтату
Процесс екі репликация шанышқысы кездескенше немесе олардың біреуі молекуланың соңына жеткенше жалғасады. Шанышқылар кездескеннен кейін ДНҚ-ның еншілес жіптері фермент арқылы қосылады. Шанышқы молекуланың соңына қарай жылжыған жағдайда, ДНҚ редупликациясы арнайы ферменттердің көмегімен аяқталады.
Түзету
Бұл процесте қайталауды бақылауға (немесе түзетуге) маңызды рөл беріледі. Нуклеотидтердің барлық төрт түрі синтездеу орнына жеткізіледі және сынақтық жұптасу арқылы ДНҚ полимераза қажеттісін таңдайды.
Қажетті нуклеотид ДНҚ шаблон тізбегіндегі бірдей нуклеотид сияқты көптеген сутектік байланыстарды құра алуы керек. Сонымен қатар, қант-фосфат магистральдары арасында екі негізде үш сақинаға сәйкес келетін белгілі бір тұрақты қашықтық болуы керек. Егер нуклеотид осы талаптарға сай келмесе, байланыс болмайды.
Бақылау оны тізбекке қосқанға дейін және оған дейін жүзеге асырылады.келесі нуклеотидтің қосылуы. Осыдан кейін қант фосфатының діңгегінде байланыс түзіледі.
Мутациялық вариация
ДНҚ репликациясының механизмі жоғары пайыздық дәлдікке қарамастан, негізінен «гендік мутациялар» деп аталатын жіптерде әрқашан бұзылуларға ие. Шамамен мың негізгі жұптың бір қатесі бар, ол конвариантты қайталау деп аталады.
Бұл әртүрлі себептерге байланысты болады. Мысалы, нуклеотидтердің жоғары немесе тым төмен концентрациясында цитозиннің дезаминденуі, синтез аймағында мутагендердің болуы және т.б. Кейбір жағдайларда қателерді түзету процестерімен түзетуге болады, басқаларында түзету мүмкін болмайды.
Зақым белсенді емес жерге тиіп кетсе, ДНҚ репликация процесі орын алған кезде қате ауыр зардаптарға әкелмейді. Белгілі бір геннің нуклеотидтер тізбегі сәйкес келмеуі мүмкін. Сонда жағдай басқаша, бұл жасушаның өлуі де, бүкіл ағзаның өлуі де теріс нәтижеге айналуы мүмкін. Сондай-ақ, гендік мутациялар генофондты пластикалық ететін мутациялық өзгергіштікке негізделгенін ескеру қажет.
Метилдену
Синтездеу кезінде немесе одан кейін бірден тізбекті метилдену жүреді. Адамдарда бұл процесс хромосомаларды қалыптастыру және геннің транскрипциясын реттеу үшін қажет деп саналады. Бактерияларда бұл процесс ДНҚ-ны ферменттердің кесуінен қорғау үшін қызмет етеді.
