Nucleïnezuren spelen een belangrijke rol bij het verzekeren van de vitale activiteit van de cellen van levende organismen. Een belangrijke vertegenwoordiger van deze groep organische verbindingen is DNA, dat alle genetische informatie bevat en verantwoordelijk is voor de manifestatie van de noodzakelijke kenmerken.
Wat is replicatie?
Tijdens het celdelingsproces is het noodzakelijk om de hoeveelheid nucleïnezuren in de kern te verhogen, zodat er tijdens het proces geen verlies van genetische informatie optreedt. In de biologie is replicatie de duplicatie van DNA door de synthese van nieuwe strengen.
Het belangrijkste doel van dit proces is om genetische informatie onveranderd over te dragen naar dochtercellen zonder mutaties.
Enzymen en eiwitten van replicatie
Duplicatie van het DNA-molecuul kan worden vergeleken met elk metabolisch proces in de cel, waarvoor de juiste eiwitten nodig zijn. Aangezien replicatie een belangrijk onderdeel is van celdeling in de biologie, zijn hier dus veel hulppeptiden bij betrokken.
DNA-polymerase is het belangrijkste reduplicatie-enzym dat verantwoordelijk isvoor de synthese van de dochterketen van deoxyribonucleïnezuur. In het cytoplasma van de cel, tijdens het replicatieproces, is de aanwezigheid van nucleïnezuurtrifosfaten verplicht, die alle nucleïnebasen brengen
Deze basen zijn nucleïnezuurmonomeren, dus de hele keten van het molecuul is daaruit opgebouwd. DNA-polymerase is verantwoordelijk voor het assemblageproces in de juiste volgorde, anders zijn allerlei mutaties onvermijdelijk.
- Primase is een eiwit dat verantwoordelijk is voor de vorming van een primer op de DNA-sjabloonketen. Deze primer wordt ook wel een primer genoemd, hij heeft de structuur van RNA. Voor het DNA-polymerase-enzym is de aanwezigheid van initiële monomeren van belang, van waaruit verdere synthese van de gehele polynucleotideketen mogelijk is. Deze functie wordt uitgevoerd door de primer en het bijbehorende enzym.
- Helicase (helicase) vormt een replicatievork, wat een divergentie is van matrixketens door waterstofbruggen te verbreken. Dit maakt het gemakkelijker voor polymerasen om het molecuul te naderen en met de synthese te beginnen.
- Topoisomerase. Als je je een DNA-molecuul voorstelt als een gedraaid touw, terwijl het polymerase langs de keten beweegt, zal er een positieve spanning worden gevormd als gevolg van sterke verdraaiing. Dit probleem wordt opgelost door topoisomerase, een enzym dat de keten voor korte tijd doorbreekt en het hele molecuul ontvouwt. Daarna wordt het beschadigde gebied weer aan elkaar genaaid en wordt het DNA niet gestrest.
- Ssb-eiwitten hechten zich als clusters aan DNA-strengen bij de replicatievork om hervorming van waterstofbruggen te voorkomen vóór het einde van het verdubbelingsproces.
- Liga's. Enzym functiebestaat uit het hechten van Okazaki-fragmenten op de achterblijvende streng van het DNA-molecuul. Dit gebeurt door primers weg te snijden en in plaats daarvan natuurlijke deoxyribonucleïnezuurmonomeren in te voegen.
In de biologie is replicatie een complex meerstappenproces dat uiterst belangrijk is bij celdeling. Daarom is het gebruik van verschillende eiwitten en enzymen noodzakelijk voor een efficiënte en correcte synthese.
Reduplicatiemechanisme
Er zijn 3 theorieën die het DNA-duplicatieproces verklaren:
- Conservatief stelt dat één dochtermolecuul van het nucleïnezuur een matrixkarakter heeft en de tweede volledig vanaf het begin is gesynthetiseerd.
- Semi-conservatief voorgesteld door Watson en Crick en bevestigd in 1957 in experimenten met E. Coli. Deze theorie zegt dat beide dochter-DNA-moleculen één oude streng hebben en één nieuw gesynthetiseerde.
- Het dispersiemechanisme is gebaseerd op de theorie dat dochtermoleculen over hun gehele lengte afwisselende secties hebben, bestaande uit zowel oude als nieuwe monomeren.
Nu wetenschappelijk bewezen semi-conservatief model. Wat is replicatie op moleculair niveau? In het begin verbreekt de helicase de waterstofbruggen van het DNA-molecuul, waardoor beide ketens worden geopend voor het polymerase-enzym. Deze laatste beginnen, na de vorming van zaden, met de synthese van nieuwe ketens in de richting 5'-3'.
De eigenschap van DNA-antiparallelisme is de belangrijkste reden voor de vorming van leidende en achterblijvende strengen. Op de leidende streng beweegt DNA-polymerase continu, terwijl op de achterblijvendehet vormt Okazaki-fragmenten, die in de toekomst door ligase zullen worden samengevoegd.
Kenmerken van replicatie
Hoeveel DNA-moleculen zitten er in de kern na replicatie? Het proces zelf impliceert een verdubbeling van de genetische set van de cel, daarom heeft de diploïde set tijdens de synthetische periode van mitose twee keer zoveel DNA-moleculen. Zo'n invoer wordt meestal gemarkeerd als 2n 4c.
Naast de biologische betekenis van replicatie, hebben wetenschappers toepassing van het proces gevonden op verschillende gebieden van geneeskunde en wetenschap. Als in de biologie replicatie de duplicatie van DNA is, dan wordt in het laboratorium de reproductie van nucleïnezuurmoleculen gebruikt om enkele duizenden kopieën te maken.
Deze methode wordt de polymerasekettingreactie (PCR) genoemd. Het mechanisme van dit proces is vergelijkbaar met replicatie in vivo, daarom worden vergelijkbare enzymen en buffersystemen gebruikt voor het verloop ervan.
Conclusies
Replicatie is van groot biologisch belang voor levende organismen. De overdracht van genetische informatie tijdens celdeling is niet compleet zonder duplicatie van DNA-moleculen, dus het gecoördineerde werk van enzymen is in alle stadia belangrijk.
