Mekanisme replikasi DNA, dalam prokariota dan eukariota

Itu Replikasi DNA (Asam desoksiribonukleat) terdiri dari menyalin genom, yaitu, semua informasi genetik yang terkandung dalam DNA suatu organisme, untuk menghasilkan dua salinan yang identik. Genom memiliki informasi yang diperlukan untuk membangun organisme lengkap.

Sebelum pembelahan sel, replikasi DNA terjadi. Melalui meiosis, gamet untuk reproduksi seksual terjadi. Melalui mitosis, penggantian sel terjadi (misalnya, kulit dan darah) dan perkembangan (misalnya, jaringan dan organ).

Pengetahuan tentang struktur DNA memungkinkan kita untuk memahami cara replikasi terjadi. Struktur DNA terdiri dari baling -baling ganda, terdiri dari dua rantai antipaal nukleotida berturut -turut, yang basis nitrogennya dilengkapi secara khusus.

Selama replikasi, masing -masing rantai rantai DNA ganda bertindak sebagai cetakan untuk biosintesis rantai baru. Dua rantai yang baru disintesis memiliki basis yang saling melengkapi dengan basis rantai cetakan: adenin (a) dengan timina (t), dan sitosin (C) dengan guanin (g).

Beberapa enzim dan protein berpartisipasi dalam replikasi DNA. Misalnya, membuka baling-baling DNA ganda, menjaga DNA tetap terbuka, dan menambahkan deoxyribonucleosidos-5'-triphosphate (DNTP) untuk membentuk rantai baru.

[TOC]

Replikasi DNA adalah semi -konservatif

Berdasarkan struktur DNA, Watson dan Crick mengusulkan bahwa replikasi DNA terjadi dengan cara semi -konservatif. Ini ditunjukkan oleh meselson dan stahl dengan menandai DNA Escherichia coli Dengan isotop nitrogen yang berat, ^limabelasN, berikut untuk beberapa generasi pola distribusi dalam media kultur dengan nitrogen ringan, ¹⁴N.

Messelson dan Stahl menemukan bahwa, pada generasi pertama, kedua molekul DNA kedua anak perempuan memiliki, masing -masing molekul yang ditandai dengan rantai dengan isotop nitrogen berat dan lainnya dengan isotop cahaya cahaya. Berbeda dengan molekul DNA orang tua, yang memiliki dua rantai yang ditandai dengan isotop yang berat, ^limabelasN.

Pada generasi kedua, 50% molekul DNA seperti generasi pertama, dan 50% lainnya hanya memiliki nitrogen ringan. Interpretasi dari hasil ini adalah bahwa baling -baling putri ganda memiliki rantai orang tua (yang berfungsi sebagai cetakan) dan rantai baru.

Mekanisme replikasi semi -konservatif menyiratkan pemisahan rantai DNA dan perkawinan basis pelengkap dengan cara nukleotida berturut -turut, menghasilkan dua anak perempuan putri putri ganda.

Replikasi baterai

Mulai replikasi DNA pada bakteri

Bakteri DNA terdiri dari kromosom melingkar dan hanya memiliki satu situs asal replikasi. Dari situs ini, biosintesis kedua putri terjadi pada dua arah, membentuk dua garpu replikasi yang bergerak ke arah yang bertentangan dengan asal. Pada akhirnya, garpu adalah, menyelesaikan replikasi.

Replikasi dimulai dengan penyatuan protein DNAA ke tempat asal. Protein ini pada gilirannya membentuk kompleks. Kemudian protein Hu dan IHF terikat.

Selanjutnya, protein DNAC bergabung, yang membuat helikase DNA bergabung. Ini membantu melepaskan DNA dan memecahkan ikatan hidrogen, terbentuk dalam pasangan basa. Jadi, kedua rantai itu lebih terpisah, membentuk dua rantai sederhana.

Topoisomerase II, atau DNA girasa, bergerak di depan helicy DNA. Protein pengikat DNA rantai tunggal (SSB) memisahkan rantai DNA. Dengan demikian, biosintesis rantai anak dapat dimulai.

Biosintesis rantai DNA anak perempuan pada bakteri

Enzim Prima bertanggung jawab untuk mensintesis rantai RNA pendek yang disebut primer, yang memiliki panjang 10 hingga 15 nukleotida. DNA polimerase mulai menambahkan 5'-triphosphate (DNTPS) ke 3'-OH dari gula priming, setelah itu rantai terus tumbuh dengan ujung yang sama.

Karena rantai DNA bersifat antiparalel, primer disintesis dalam rantai pemandu dan banyak primer dalam rantai tertunda. Karena itu, biosintesis rantai tertunda terputus. Meskipun rantai DNA bersifat antiparalel, garpu replikasi bergerak dalam satu arah.

DNA polimerase bertanggung jawab untuk pembentukan ikatan kovalen antara nukleotida yang berdekatan dari rantai yang baru disintesis, dalam arah 5'®3 '. Di dalam DAN. coli, Ada lima DNA polimerase: DNA polimerase I dan III melakukan replikasi DNA; dan DNA polimerase II, IV dan V bertanggung jawab untuk mereplikasi dan mereplikasi DNA yang rusak.

Sebagian besar replikasi dibuat oleh DNA polimerase III, yang merupakan holoenzim yang memiliki 10 subunit berbeda dengan beberapa fungsi dalam replikasi DNA. Misalnya, subunit alpha bertanggung jawab untuk membuat ikatan antara nukleotida.

Kompleks enzim bertanggung jawab atas replikasi DNA pada bakteri

Helicase DNA dan Prima bergabung untuk membentuk kompleks yang disebut primosoma. Ini bergerak di sepanjang DNA, bertindak dengan cara yang terkoordinasi untuk memisahkan dua rantai orang tua, mensintesis primer setiap interval tertentu pada rantai yang tertunda.

Primosome secara fisik berikatan dengan DNA polimerase III, dan membentuk ulangan. Dua DNA Polymerases III bertanggung jawab untuk mereplikasi DNA panduan dan rantai tertunda. Sehubungan dengan DNA polimerase III, rantai yang tertunda membentuk loop out, yang memungkinkan penambahan nukleotida ke rantai ini terjadi dalam arah rantai panduan yang sama.

Penambahan nukleotida ke rantai panduan terus menerus. Sedangkan dalam penundaan itu terputus -putus. Fragmen 150 nukleotida panjang terbentuk, disebut fragmen okazaki.

Aktivitas Exonuclease 5 ' -> 3' dari DNA polimerase I bertanggung jawab untuk menghilangkan primer dan mengisi, menambahkan nukleotida. Ligase enzim menyegel celah antara fragmen. Replikasi berakhir ketika dua replikasi hoquillas berada dalam urutan penyelesaian.

Protein Anda berikatan dengan urutan terminasi, menghentikan pergerakan garpu replikasi. Topoisomerase II memungkinkan pemisahan dua kromosom.

Desoxiribonucleotides tryfosphate digunakan oleh DNA polimerase

Dexinucleoside Tryphosphate (DNTP) mengandung tiga gugus fosfat yang disatukan dengan karbon 5 'dari deoxyribosa. DNTPS (DATP, DTTP, DGTP dan DCTP) bergabung dengan rantai cetakan mengikuti aturan AT/GC.

DNA polimerase mengkatalisasi reaksi berikut: gugus hidroksil (-OH) 3 'dari nukleotida dari rantai pertumbuhan bereaksi dengan alfa fosfat dari DNTP yang masuk, melepaskan pirofosfat anorganik (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI) (PPI). Hidrolisis PPI menghasilkan energi untuk pembentukan ikatan kovalen, atau ikatan fosfodi, antara nukleotida dari rantai yang tumbuh.

Mekanisme yang memastikan kesetiaan replikasi DNA

Selama replikasi DNA, DNA polimerase III membuat kesalahan per 100 juta nukleotida. Meskipun probabilitas kesalahan sangat rendah, ada mekanisme yang memastikan kesetiaan dalam replikasi DNA. Mekanisme ini adalah:

1) Stabilitas di apar dasar. Energi ikatan hidrogen antara AT/GC lebih besar dari pada pasangan basa yang salah.

2) Struktur situs aktif DNA polimerase. DNA polimerase secara istimewa mengkatalisasi nukleotida dengan basa yang benar di rantai yang berlawanan. Katak yang buruk dari basis menyebabkan distorsi baling -baling DNA ganda, yang mencegah nukleotida yang salah dari menempati situs aktif enzim.

3) Tes Membaca. DNA polimerase mengidentifikasi nukleotida yang salah dan menghilangkannya dari rantai anak perempuan. Aktivitas eksonuklease DNA polimerase memecah ikatan fosfodiéster antara nukleotida di ujung 3 'dari rantai baru.

Replikasi DNA dalam eukariota

Berbeda dengan replikasi dalam prokariota, yang replikasinya dimulai di satu situs, replikasi eukariotik dimulai di beberapa situs asal dan garpu replikasi bergerak dua arah. Selanjutnya, semua garpu replikasi digabungkan, membentuk dua kromatid saudari yang bergabung dalam sentromer.

Eukaryota memiliki banyak jenis DNA polimerase, yang namanya menggunakan huruf Yunani. DNA polimerase α membentuk kompleks dengan prima. Kompleks ini mensintesis primer pendek yang terdiri dari 10 nukleotida RNA diikuti oleh 20 hingga 30 nukleotida DNA.

Kemudian DNA polimerase ε salah satu δ Katalisasi perpanjangan rantai anak perempuan dari primer. DNA polimerase ε Itu terlibat dalam sintesis rantai utama, sedangkan DNA polimerase δ Mensintesis rantai tertunda.

DNA polimerase δ Memperpanjang fragmen okazaki kiri sampai mencapai primer RNA kanan, menghasilkan pengangkatan pendek primer ("flap pendek"). Tidak seperti prokariota, di mana DNA polimerase menghilangkan primer, dalam eukariota enzim flap endonuklease menghilangkan primer RNA.

Selanjutnya, ligase DNA menyegel fragmen DNA yang berdekatan. Penyelesaian replikasi terjadi dengan disosiasi protein garpu replikasi.

Itu Replikasi DNA dalam eukariota dan siklus sel

Replikasi dalam eukariota terjadi pada fase S dari siklus sel. Molekul DNA yang direplikasi dipisahkan dalam dua sel anak selama mitosis. Fase G1 dan G2 memisahkan fase S dan mitosis. Perkembangan melalui setiap fase siklus sel sangat diatur oleh kinase, fosfatase dan protease.

Dalam fase G1 dari siklus sel, kompleks pengakuan asal (OCR) bergabung dengan situs asal. Ini menginduksi penyatuan helikas MCM dan protein lainnya, seperti CDC6 dan CDT1, untuk membentuk kompleks pra-replikasi (PRERC). Las Helicase MCM Bergabung dengan Rantai Panduan.

Di fase S, prerc menjadi situs replikasi aktif. Protein OCR, CDC6 dan CDT1 dilepaskan, dan MCM helicase bergerak ke arah 3 'menjadi 5'. Setelah replikasi berakhir, ini akan dimulai kembali dalam siklus sel berikutnya.

Replikasi ujung kromosom dalam eukariota

Ujung -ujung kromosom dikenal sebagai telomer, yang terdiri dari urutan berulang dalam tandem, dan dari wilayah 3 'yang unggul, dari 12 hingga 16 nukleotida panjangnya.

DNA polimerase tidak dapat mereplikasi ujung 3 'rantai DNA. Ini karena DNA polimerase hanya dapat mensintesis DNA di alamat 5'-3 ', dan hanya dapat memperpanjang rantai yang sudah ada sebelumnya, tanpa dapat mensintesis primer di wilayah ini. Akibatnya, telomer diperpendek di setiap putaran replikasi.

Enzim telomerase mencegah pemendekan telomer. Telomerase adalah enzim yang memiliki subunit protein dan RNA (ketiga). Yang terakhir berikatan dengan urutan DNA yang berulang, dan memungkinkan telomerase untuk bergabung ke ujung telomer 3 '.

Urutan RNA di belakang persatuan yang terletak sebagai cetakan untuk sintesis urutan enam nukleotida (polimerisasi) di ujung rantai DNA. Perpanjangan telomer dikatalisis oleh subunit telomerase, yang disebut Reverse Telomerase transcriptase (Tert).

Setelah polimerisasi, translokalisasi terjadi, yang terdiri dari pergerakan telomerase ke ujung baru dari rantai DNA, bergabung dengan enam nukleotida lainnya sampai akhir.

Fungsi polimerase DNA lainnya dalam eukariota

DNA polimerase β Ini memiliki peran penting dalam penghapusan basis DNA yang salah, tetapi tidak terlibat dalam replikasi DNA.

Banyak DNA polimerase yang ditemukan termasuk dalam kelompok polimerase “translikat yang mereplikasi”. Polimerase ini bertanggung jawab untuk mensintesis rantai komplementer di daerah DNA yang rusak.

Ada beberapa jenis polimerase "mereplikasi transesi". Misalnya, DNA polimerase η Anda dapat mereplikasi tentang Timina Dímeros, yang diproduksi oleh lampu UV.

Replikasi DNA di Arkeobakteri

Replikasi DNA arkeobakteri mirip dengan yang diberikan dalam eukariota. Hal ini disebabkan oleh berikut: 1) Protein yang berpartisipasi dalam replikasi lebih seperti eukariota daripada prokariota; dan 2) Meskipun hanya ada satu situs replikasi seperti pada prokariota, urutannya mirip dengan situs asal eukariotis.

Kesamaan dalam replikasi antara lengkungan dan eukariota mendukung gagasan bahwa kedua kelompok secara filogenetik lebih terkait satu sama lain daripada prokariota mana pun dengan prokariota.

Referensi

1. Brooker, r. J. 2018. Analisis dan Prinsip Genetika. McGraw-Hill, New York.
2. Hartwell, l. H., Goldberg, m. L., Fischer, J. KE., Hood, l. 2018. Genetika - dari gen genom. McGraw-Hill, New York.
3. Kušić-tišma, j. 2011. Aspek mendasar dari replikasi DNA. Akses terbuka intech, Kroasia.
4. Lewis, r., 2015. Konsep dan aplikasi genetika manusia. McGraw-Hill, New York.
5. Pierce, b. KE. 2005. Genetika - Pendekatan Konseptual. W. H. Freeman, New York.