CO JE REPLIKAČNÍ VIDLIČKA? - BIOLOGIE - 2025

Replikační vidlička je bod, v němž dochází k replikaci DNA, je také nazýván růst bod. Má tvar písmene Y a jak probíhá replikace, vlásenka se pohybuje molekulou DNA.

Replikace DNA je buněčný proces, který zahrnuje zdvojení genetického materiálu v buňce. Struktura DNA je dvojitá spirála a pro replikaci jejího obsahu musí být otevřena. Každý z řetězců bude součástí nového řetězce DNA, protože replikace je polokonzervativní proces.

Zdroj: Masur založený na Gluonu (španělská verze Alejandra Porto)

Replikační vidlička se přesně vytváří mezi spojem mezi nově separovaným templátem nebo templátovými vlákny a duplexní DNA, která dosud nebyla duplikována. Při zahájení replikace DNA lze jeden z řetězců snadno duplikovat, zatímco druhý řetězec čelí problému polarity.

Enzym zodpovědný za polymerizaci řetězce - DNA polymeráza - syntetizuje pouze řetězec DNA ve směru 5'-3 '. Jeden řetězec je tedy spojitý a druhý podléhá diskontinuální replikaci, čímž se generují fragmenty Okazaki.

Replikace DNA a replikační vidlička

DNA je molekula, která ukládá nezbytné genetické informace pro všechny živé organismy - s výjimkou některých virů.

Tento obrovský polymer složený ze čtyř různých nukleotidů (A, T, G a C) sídlí v jádru eukaryot, v každé z buněk, které tvoří tkáně těchto bytostí (s výjimkou zralých červených krvinek savců, které postrádají) jádro).

Pokaždé, když se buňka dělí, musí se DNA replikovat, aby vytvořila dceřinnou buňku s genetickým materiálem.

Jednosměrná a obousměrná replikace

Replikace může být jednosměrná nebo obousměrná v závislosti na vytvoření replikační vidlice v místě původu.

Logicky, v případě replikace v jednom směru, se vytvoří pouze jeden vlásenka, zatímco v obousměrné replikaci se vytvoří dva vlásenky.

Enzymy zapojeny

Pro tento proces je nezbytný komplexní enzymatický aparát, který pracuje rychle a dokáže přesně replikovat DNA. Nejdůležitější enzymy jsou DNA polymeráza, DNA primáza, DNA helikáza, DNA ligáza a topoisomeráza.

Začátek replikace a vytváření vlásenky

Replikace DNA nezačíná na žádném náhodném místě v molekule. V DNA jsou specifické oblasti, které označují začátek replikace.

U většiny bakterií má bakteriální chromozom jediný počáteční bod bohatý na AT. Toto složení je logické, protože usnadňuje otevření oblasti (AT páry jsou spojeny dvěma vodíkovými vazbami, zatímco GC pár třemi).

Jak se DNA začíná otevírat, vytváří se struktura ve tvaru Y: replikační vidlička.

Prodloužení a pohyb vidlice

DNA polymeráza nemůže začít syntézu dceřiného řetězce od nuly. Potřebujete molekulu, která má 3 'konec, aby polymeráza měla místo pro zahájení polymerace.

Tento volný 3 'konec je nabízen malou nukleotidovou molekulou nazývanou primer nebo primer. První působí jako druh háku pro polymerázu.

V průběhu replikace má replikační vidlice schopnost pohybovat se po DNA. Průchod replikační vidlice zanechává dvě jednopásmové molekuly DNA, které řídí tvorbu dvojpásmových dceřiných molekul.

Vlásenka se může pohybovat vpřed díky působení helikázových enzymů, které uvolňují molekulu DNA. Tento enzym narušuje vodíkové vazby mezi páry bází a umožňuje pohyb vlásenky.

Ukončení

Replikace je dokončena, když jsou dva vlásenky při 180 ° C od původu.

V tomto případě mluvíme o tom, jak proces replikace proudí v bakteriích, a je nutné zdůraznit celý proces kroucení cirkulární molekuly, který replikace znamená. Topoisomerázy hrají důležitou roli při odvíjení molekuly.

Replikace DNA je polokonzervativní

Přemýšleli jste někdy, jak k replikaci dochází v DNA? Jinými slovy, z dvojité šroubovice musí vycházet další dvojitá spirála, ale jak k tomu dochází? Několik let to byla biologická otázka. Mohlo by to být několik permutací: dva staré prameny dohromady a dva nové prameny dohromady, nebo jeden nový pramen a jeden starý pro vytvoření dvojité šroubovice.

V roce 1957 na tuto otázku odpověděli vědci Matthew Meselson a Franklin Stahl. Replikační model navržený autory byl polokonzervativní.

Meselson a Stahl argumentovali, že výsledkem replikace jsou dvě molekuly DNA s dvojitou spirálou. Každá z výsledných molekul je tvořena starým vláknem (z rodičovské nebo počáteční molekuly) a nově syntetizovaným novým vláknem.

Problém polarity

Jak funguje polymeráza?

Spirála DNA se skládá ze dvou řetězců, které běží antiparalelně: jeden jde ve směru 5'-3 'a druhý 3'-5'.

Nejvýznamnějším enzymem v replikačním procesu je DNA polymeráza, která je zodpovědná za katalýzu spojení nových nukleotidů, které budou přidány do řetězce. DNA polymeráza může prodloužit řetězec pouze ve směru 5'-3 '. Tato skutečnost brání současné duplicitě řetězců v replikační vidličce.

Proč? Přidání nukleotidů nastává na volném konci 3 ', kde je hydroxylová skupina (-OH). Koncovým přidáním nukleotidu na 3 'konec tedy lze snadno amplifikovat pouze jedno vlákno. Tomu se říká vodivé nebo souvislé vlákno.

Výroba střepů Okazaki

Druhé vlákno nemůže být prodlouženo, protože volný konec je 5 'a ne 3' a ani polymeráza katalyzuje přidání nukleotidů na 5 'konec. Problém je vyřešen syntézou několika krátkých fragmentů (od 130 do 200 nukleotidů), každý z nich v normálním směru replikace od 5´ do 3´.

Tato nespojitá syntéza fragmentů končí spojením každé z částí, což je reakce katalyzovaná DNA ligázou. Na počest objevitele tohoto mechanismu, Reiji Okazaki, se malé syntetizované segmenty nazývají fragmenty Okazaki.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Cann, IK a Ishino, Y. (1999). Archaální replikace DNA: identifikace kousků k vyřešení hádanky. Genetics, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Buňka: Molekulární přístup. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Mnoho funkcí DNA polymeráz. Kritické recenze v rostlinných vědách, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). geny IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funkce eukaryotických DNA polymeráz. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA polymerázy: strukturální rozmanitost a společné mechanismy. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Molekulární biologie genu. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG a Wilson, SH (2013). Strukturální srovnání architektury DNA polymerázy navrhuje nukleotidovou bránu do aktivního místa polymerázy. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.