Wat is de replicatievork?



de replicatievork het is het punt waarop DNA-replicatie optreedt, het wordt ook wel een groeipunt genoemd. Het heeft een Y-vorm en naarmate de replicatie voortschrijdt, wordt de haarspeld verdrongen door het DNA-molecuul.

DNA-replicatie is het cellulaire proces dat de duplicatie van genetisch materiaal in de cel omvat. De structuur van DNA is een dubbele helix en om de inhoud ervan te repliceren, moet deze worden geopend. Elk van de strengen zal deel uitmaken van de nieuwe DNA-keten, omdat replicatie een semiconservatief proces is.

De replicatievork wordt gevormd net tussen de kruising tussen de nieuw gescheiden sjabloon- of sjabloonketens en het duplex-DNA dat nog niet is gedupliceerd. Bij het initiëren van DNA-replicatie kan een van de strengen eenvoudig worden gedupliceerd, terwijl de andere streng een polariteitsprobleem vertoont.

Het enzym dat verantwoordelijk is voor het polymeriseren van de keten - het DNA-polymerase - synthetiseert alleen de DNA-streng in de 5'-3'-richting. De ene streng is dus continu en de andere lijdt onder een discontinue replicatie en genereert fragmenten van Okazaki.

index

  • 1 Replicatie van DNA en replicatievork
    • 1.1 Unidirectionele en bidirectionele replicatie
    • 1.2 Enzymen betrokken
    • 1.3 Begin van replicatie en vorkvorming
    • 1.4 Verlenging en beweging van de vork
    • 1.5 Beëindiging
  • 2 DNA-replicatie is semiconservatief
  • 3 Het polariteitsprobleem
    • 3.1 Hoe het polymerase werkt?
    • 3.2 Productie van Okazaki-fragmenten
  • 4 Referenties

Replicatie van DNA en replicatievork

DNA is het molecuul dat de noodzakelijke genetische informatie van alle levende organismen bevat, met uitzondering van enkele virussen.

Dit enorme polymeer bestaat uit vier verschillende nucleotiden (A, T, G en C) en bevindt zich in de kern van eukaryoten, in elk van de cellen die de weefsels van deze wezens vormen (behalve in rijpe rode bloedcellen van zoogdieren, die ontbreken van kern).

Telkens wanneer een cel zich deelt, moet het DNA worden gerepliceerd om een ​​dochtercel met genetisch materiaal te maken.

Unidirectionele en bidirectionele replicatie

Replicatie kan unidirectioneel of bidirectioneel zijn, afhankelijk van de formatie van de replicatievork op het punt van oorsprong.

Logisch gezien, in het geval van replicatie in één richting, wordt slechts één vork gevormd, terwijl bij tweerichtingsreplicatie twee vorken worden gevormd.

Enzymen betrokken

Voor dit proces is een complexe enzymatische machine nodig, die snel werkt en die het DNA op een precieze manier kan repliceren. De belangrijkste enzymen zijn DNA-polymerase, DNA-primase, DNA-helicase, DNA-ligase en topoisomerase.

Start van replicatie en vorming van de vork

DNA-replicatie start niet op een willekeurige plaats in het molecuul. Er zijn specifieke regio's in het DNA die het begin van replicatie markeren.

Bij de meeste bacteriën heeft het bacteriële chromosoom één AT-rijk startpunt. Deze samenstelling is logisch, omdat het de opening van het gebied vergemakkelijkt (de AT-paren worden verbonden door twee waterstofbruggen, terwijl het GC-paar wordt gedeeld door drie).

Terwijl het DNA begint te openen, vormt zich een Y-vormige structuur: de replicatievork.

Verlenging en beweging van de vork

DNA-polymerase kan de synthese van dochterketens niet van de grond af beginnen. Je hebt een molecuul nodig dat een 3'-uiteinde heeft, zodat het polymerase kan beginnen polymeriseren.

Dit vrije 3'-uiteinde wordt aangeboden door een klein molecuul nucleotiden dat de primer of primer wordt genoemd. De eerste fungeert als een soort haak voor de polymerase.

Met het verloop van replicatie heeft de replicatievork het vermogen om langs het DNA te bewegen. De toonhoogte van de replicatievork laat twee enkelbandige DNA-moleculen achter die de vorming van de dubbele-banddochtermoleculen sturen.

De vork kan vooruitgaan dankzij de werking van de helicase-enzymen die het DNA-molecuul ontrollen. Dit enzym breekt de waterstofbruggen tussen de basenparen en maakt de verplaatsing van de vork mogelijk.

voltooiing

De replicatie wordt beëindigd wanneer de twee vorken op 180 ° C van de oorsprong zijn.

In dit geval praten we over hoe het replicatieproces in de bacterie stroomt en is het noodzakelijk om het hele torsieproces van het circulaire molecuul dat replicatie omvat te markeren. Topoisomerasen spelen een belangrijke rol bij het afwikkelen van het molecuul.

DNA-replicatie is semiconservatief

Heb je je ooit afgevraagd hoe replicatie optreedt in DNA? Dat wil zeggen, er moet nog een dubbele helix ontstaan ​​uit de dubbele helix, maar hoe gebeurt het? Gedurende meerdere jaren was dit een open vraag bij biologen. Er kunnen verschillende permutaties zijn: twee oude strengen samen en twee nieuwe samen, of een nieuwe en een oude om de dubbele helix te vormen.

In 1957 werd deze vraag beantwoord door de onderzoekers Matthew Meselson en Franklin Stahl. Het door de auteurs voorgestelde replicatiemodel was de semiconservatief.

Meselson en Stahl hebben verklaard dat het resultaat van replicatie twee dubbelstrengige DNA-moleculen zijn. Elk van de resulterende moleculen bestaat uit een oude streng (van de moeder of het beginmolecuul) en een nieuw gesynthetiseerde nieuwe streng..

Het polariteitsprobleem

Hoe polymerase werkt?

De DNA-helix wordt gevormd door twee kettingen die antiparallel lopen: de ene gaat in de 5'-3'-richting en de andere 3'-5 '.

Het belangrijkste enzym in het replicatieproces is DNA-polymerase, dat verantwoordelijk is voor het katalyseren van de binding van de nieuwe nucleotiden die aan de keten zullen worden toegevoegd. Het DNA-polymerase kan de keten alleen in de 5'-3'-richting verlengen. Dit feit verhindert de gelijktijdige duplicatie van de kettingen in de replicatievork.

Waarom? De toevoeging van nucleotiden vindt plaats aan het vrije uiteinde 3 'waar een hydroxylgroep (-OH) wordt gevonden. Aldus kan slechts één van de ketens gemakkelijk worden geamplificeerd door de terminale toevoeging van het nucleotide aan het 3'-uiteinde. Dit wordt geleidende of continue streng genoemd.

Productie van Okazaki-fragmenten

De andere streng kan niet langer zijn, omdat het vrije uiteinde 5 'en niet 3' is en geen polymerase de toevoeging van nucleotiden aan het 5'-uiteinde katalyseert. Het probleem wordt opgelost door de synthese van meerdere korte fragmenten (130 tot 200 nucleotiden), elk in de normale richting van replicatie van 5 'naar 3'.

Deze discontinue synthese van fragmenten eindigt met de vereniging van elk van de delen, een reactie gekatalyseerd door DNA-ligase. Ter ere van de ontdekker van dit mechanisme, Reiji Okazaki, worden de kleine gesynthetiseerde segmenten fragmenten van Okazaki genoemd.

referenties

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K. Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Essentiële celbiologie. Garland Science.
  2. Cann, I.K., en Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replicatie: het identificeren van de stukjes om een ​​puzzel op te lossen. genetica, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2004). De cel: moleculaire benadering. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Meerdere functies van DNA-polymerasen. Kritieke beoordelingen in plantenwetenschappen, 26(2), 105-122.
  5. Lewin, B. (2008). genen IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
  6. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Functies van eukaryote DNA-polymerasen. Science SAGE KE, 2003(8), 3.
  7. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymerasen: structurele diversiteit en gemeenschappelijke mechanismen. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395-17398.
  8. Watson, J.D. (2006). Moleculaire biologie van het gen. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wu, S., Beard, W.A., Pedersen, L.G., & Wilson, S.H. (2013). Structurele vergelijking van DNA-polymerase-architectuur suggereert een nucleotide-gateway naar de polymerase-actieve plaats. Chemische beoordelingen, 114(5), 2759-74.