Een DNA-molecuul is een structuur die op een chromosoom wordt gevonden. Eén chromosoom bevat zo'n molecuul dat uit twee strengen bestaat. DNA-verdubbeling is de overdracht van informatie na zelfreproductie van draden van het ene molecuul naar het andere. Het is inherent aan zowel DNA als RNA. Dit artikel bespreekt het proces van DNA-verdubbeling.
Algemene informatie en soorten DNA-synthese
Het is bekend dat de draden in het molecuul gedraaid zijn. Wanneer het proces van DNA-verdubbeling echter begint, despiraliseren ze, gaan dan naar de zijkanten en op elk wordt een nieuwe kopie gesynthetiseerd. Na voltooiing verschijnen twee absoluut identieke moleculen, die elk een moeder- en dochterdraad bevatten. Deze synthese wordt semi-conservatief genoemd. DNA-moleculen gaan weg, terwijl ze in een enkel centromeer blijven, en divergeren uiteindelijk alleen wanneer dit centromeer begint te delen.
Een ander type synthese wordt reparatief genoemd. Hij, in tegenstelling tot de vorige,geassocieerd met elk cellulair stadium, maar begint wanneer DNA-schade optreedt. Als ze te uitgebreid zijn, sterft de cel uiteindelijk af. Als de schade echter gelokaliseerd is, kan deze worden gerepareerd. Afhankelijk van het probleem zijn een enkele of twee DNA-strengen onderhevig aan restauratie. Deze, zoals het ook wel wordt genoemd, ongeplande synthese duurt niet lang en vereist geen hoge energiekosten.
Maar wanneer DNA-verdubbeling optreedt, wordt veel energie, materiaal verbruikt, de duur ervan strekt zich uren uit.
Verdubbeling is verdeeld over drie perioden:
- initiatie;
- verlenging;
- beëindiging.
Laten we deze DNA-reduplicatiesequentie eens nader bekijken.
Initiatie
Er zijn enkele tientallen miljoenen basenparen in het menselijk DNA (er zijn er slechts honderdnegen bij dieren). DNA-verdubbeling begint om de volgende redenen op veel plaatsen in de keten. Ongeveer tegelijkertijd vindt transcriptie plaats in RNA, maar het wordt op enkele afzonderlijke plaatsen gesuspendeerd tijdens DNA-synthese. Daarom hoopt zich vóór een dergelijk proces een voldoende hoeveelheid van een stof op in het cytoplasma van de cel om de genexpressie in stand te houden en zodat de vitale activiteit van de cel niet wordt verstoord. Met het oog hierop moet het proces zo snel mogelijk worden uitgevoerd. Uitzending tijdens deze periode wordt uitgevoerd en transcriptie wordt niet uitgevoerd. Studies hebben aangetoond dat DNA-verdubbeling tegelijk plaatsvindt op enkele duizenden punten - kleine gebieden met een bepaaldevolgorde van nucleotiden. Ze worden vergezeld door speciale initiator-eiwitten, die op hun beurt worden vergezeld door andere enzymen van DNA-replicatie.
Het DNA-fragment waar de synthese plaatsvindt, wordt het replicon genoemd. Het begint vanaf het startpunt en eindigt wanneer het enzym de replicatie voltooit. Het replicon is autonoom en voorziet ook het hele proces van eigen ondersteuning.
Het proces mag niet op alle punten tegelijk beginnen, ergens begint het eerder, ergens later; kan in een of twee tegengestelde richtingen stromen. Gebeurtenissen vinden plaats in de volgende volgorde wanneer ze worden gegenereerd:
- replicatievork;
- RNA-primer.
Replicatievork
Dit deel is het proces waarbij deoxyribonucleïnestrengen worden gesynthetiseerd op de losgemaakte DNA-strengen. De vorken vormen het zogenaamde reduplicatieoog. Het proces wordt voorafgegaan door een reeks acties:
- vrijgave van binding aan histonen in het nucleosoom - DNA-reduplicatie-enzymen zoals methylering, acetylering en fosforylering produceren chemische reacties die ervoor zorgen dat eiwitten hun positieve lading verliezen, wat hun afgifte vergemakkelijkt;
- despiralisatie is het afwikkelen dat nodig is om de draden verder los te laten;
- waterstofbindingen tussen DNA-strengen verbreken;
- hun divergentie in verschillende richtingen van het molecuul;
- fixatie door SSB-eiwitten.
RNA-primer
Synthese voert uiteen enzym genaamd DNA-polymerase. Hij kan het echter niet alleen starten, dus doen andere enzymen het - RNA-polymerasen, ook wel RNA-primers genoemd. Ze worden parallel gesynthetiseerd met deoxyribonucleïnestrengen volgens het complementaire principe. De initiatie eindigt dus met de synthese van twee RNA-primers op twee DNA-strengen die in verschillende richtingen worden verbroken en losgemaakt.
Verlenging
Deze periode begint met de toevoeging van een nucleotide en het 3'-uiteinde van de RNA-primer, die wordt uitgevoerd door het reeds genoemde DNA-polymerase. Aan de eerste hecht ze de tweede, derde nucleotide, enzovoort. De basen van de nieuwe streng zijn verbonden met de moederketen door waterstofbruggen. Aangenomen wordt dat de synthese van filamenten in de 5'-3'-richting verloopt. Waar het plaatsvindt in de richting van de replicatievork, gaat de synthese continu door en wordt het steeds langer. Daarom wordt zo'n draad leidend of leidend genoemd. Er worden geen RNA-primers meer op gevormd.
Aan de tegenovergestelde moederstreng blijven DNA-nucleotiden echter hechten aan de RNA-primer en wordt de deoxyribonucleïsche keten gesynthetiseerd in de tegenovergestelde richting van de reduplicatievork. In dit geval wordt het achterblijven of achterblijven genoemd.
Op de achterblijvende streng vindt de synthese fragmentarisch plaats, waarbij aan het einde van een sectie de synthese begint op een andere nabijgelegen plaats met dezelfde RNA-primer. Er zijn dus twee fragmenten op de achterblijvende streng die zijn verbonden door DNA en RNA. Ze worden Okazaki-fragmenten genoemd.
Dan herha alt alles zich. Dan wikkelt zich nog een draai van de helix af, de waterstofbruggen breken, de strengen divergeren naar de zijkanten, de leidende streng wordt langer, het volgende fragment van de RNA-primer wordt gesynthetiseerd op het achterblijvende, waarna het Okazaki-fragment. Daarna worden op de achterblijvende streng de RNA-primers vernietigd en worden de DNA-fragmenten gecombineerd tot één. Dus op dit circuit gebeurt gelijktijdig:
- vorming van nieuwe RNA-primers;
- synthese van Okazaki-fragmenten;
- vernietiging van RNA-primers;
- hereniging in één enkele keten.
Beëindiging
Het proces gaat door totdat twee replicatievorken elkaar ontmoeten, of een ervan het einde van het molecuul bereikt. Nadat de vorken elkaar ontmoeten, worden de dochterstrengen van DNA verbonden door een enzym. In het geval dat de vork naar het einde van het molecuul is verplaatst, eindigt de DNA-verdubbeling met behulp van speciale enzymen.
Correctie
In dit proces is een belangrijke rol weggelegd voor de controle (of correctie) van verdubbeling. Alle vier de soorten nucleotiden worden geleverd aan de plaats van synthese, en door proefparen selecteert DNA-polymerase diegene die nodig zijn.
Het gewenste nucleotide moet evenveel waterstofbruggen kunnen vormen als hetzelfde nucleotide op de DNA-matrijsstreng. Bovendien moet er een zekere constante afstand zijn tussen de suiker-fosfaatruggengraat, overeenkomend met drie ringen in twee basen. Als het nucleotide niet aan deze vereisten voldoet, zal de verbinding niet tot stand komen.
Controle wordt uitgevoerd voordat het in de keten wordt opgenomen en voordatopname van het volgende nucleotide. Daarna wordt er een binding gevormd in de ruggengraat van het suikerfosfaat.
Mutatievariatie
Het mechanisme van DNA-replicatie, ondanks het hoge percentage nauwkeurigheid, heeft altijd verstoringen in de draden, voornamelijk "genmutaties" genoemd. Ongeveer duizend basenparen hebben één fout, die convariante reduplicatie wordt genoemd.
Het gebeurt om verschillende redenen. Bijvoorbeeld bij een hoge of te lage concentratie van nucleotiden, deaminering van cytosine, de aanwezigheid van mutagenen in het synthesegebied en meer. In sommige gevallen kunnen fouten worden gecorrigeerd door reparatieprocessen, in andere gevallen wordt correctie onmogelijk.
Als de schade een inactieve plaats heeft geraakt, heeft de fout geen ernstige gevolgen wanneer het DNA-verdubbelingsproces plaatsvindt. De nucleotidesequentie van een bepaald gen kan verschijnen met een mismatch. Dan is de situatie anders en kan zowel de dood van deze cel als de dood van het hele organisme een negatief resultaat worden. Er moet ook rekening mee worden gehouden dat genmutaties gebaseerd zijn op mutatievariabiliteit, wat de genenpool meer plastisch maakt.
Methylering
Op het moment van synthese of direct daarna vindt ketenmethylering plaats. Er wordt aangenomen dat dit proces bij mensen nodig is om chromosomen te vormen en gentranscriptie te reguleren. Bij bacteriën dient dit proces om het DNA te beschermen tegen knippen door enzymen.
