Schritte und Verfahren zur DNA-Replikation

DNA ist das genetische Material, das jede Zelle definiert. Vor einem Zelle dupliziert und ist in neue unterteilt Tochterzellen durch entweder Mitose oder Meiose, Biomoleküle und Organellen muss kopiert werden, um auf die Zellen verteilt zu werden. DNA, gefunden innerhalb der Kernmuss repliziert werden, um sicherzustellen, dass jede neue Zelle die richtige Anzahl von erhält Chromosomen. Der Prozess der DNA-Duplikation wird aufgerufen DNA Replikation. Die Replikation erfolgt in mehreren Schritten, die mehrere umfassen Proteine Replikationsenzyme genannt und RNA. In eukaryotischen Zellen wie tierische Zellen und PflanzenzellenDie DNA-Replikation erfolgt in der S Phase der Interphase während der Zellzyklus. Der Prozess der DNA-Replikation ist entscheidend für das Zellwachstum, die Reparatur und die Reproduktion in Organismen.

DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist eine Art von Molekül, bekannt als a Nukleinsäure. Es besteht aus einem 5-Kohlenstoff-Desoxyribose-Zucker, einem Phosphat und einer stickstoffhaltigen Base. Doppelsträngige DNA besteht aus zwei spiralförmigen Nukleinsäureketten, die zu a verdreht sind

Bevor DNA repliziert werden kann, muss das doppelsträngige Molekül in zwei Einzelstränge "entpackt" werden. DNA hat vier Basen genannt Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G) die Paare zwischen den beiden Strängen bilden. Adenin paart sich nur mit Thymin und Cytosin bindet nur an Guanin. Um die DNA abzuwickeln, müssen diese Wechselwirkungen zwischen Basenpaaren unterbrochen werden. Dies wird von einem Enzym durchgeführt, das als DNA bekannt ist Helikase. DNA-Helikase stört die Wasserstoffbrückenbindung zwischen Basenpaaren, um die Stränge in eine Y-Form zu trennen, die als bekannt ist Replikationsgabel. Dieser Bereich ist die Vorlage für den Beginn der Replikation.

DNA ist in beiden Strängen gerichtet, was durch ein 5'- und 3'-Ende gekennzeichnet ist. Diese Notation gibt an, an welche Seitengruppe das DNA-Rückgrat gebunden ist. Das 5 'Ende hat eine Phosphat (P) -Gruppe gebunden, während die 3 'Ende hat eine Hydroxyl (OH) -Gruppe gebunden. Diese Richtung ist für die Replikation wichtig, da sie nur in der 5'- bis 3'-Richtung fortschreitet. Die Replikationsgabel ist jedoch bidirektional. Ein Strang ist in 3 'bis 5' Richtung ausgerichtet (Leitstrang) während der andere 5 'bis 3' orientiert ist. (nacheilender Strang). Die beiden Seiten werden daher mit zwei verschiedenen Prozessen repliziert, um den Richtungsunterschied auszugleichen.

Der führende Strang ist am einfachsten zu replizieren. Sobald die DNA-Stränge getrennt wurden, ein kurzes Stück RNA genannt Grundierung bindet an das 3'-Ende des Strangs. Der Primer bindet immer als Ausgangspunkt für die Replikation. Primer werden vom Enzym erzeugt DNA-Primase.

Enzyme bekannt als DNA-Polymerasen sind dafür verantwortlich, den neuen Strang durch einen Prozess namens Dehnung zu erzeugen. Es gibt fünf verschiedene bekannte Arten von DNA-Polymerasen in Bakterien und menschliche Zellen. In Bakterien wie E. coli, Polymerase III ist das Hauptreplikationsenzym, während die Polymerase I, II, IV und V für die Fehlerprüfung und -reparatur verantwortlich sind. Die DNA-Polymerase III bindet an der Stelle des Primers an den Strang und beginnt während der Replikation neue Basenpaare hinzuzufügen, die zum Strang komplementär sind. In eukaryotischen Zellen sind die Polymerasen alpha, delta und epsilon die primären Polymerasen, die an der DNA-Replikation beteiligt sind. Da die Replikation auf dem führenden Strang in der 5'- bis 3'-Richtung abläuft, ist der neu gebildete Strang kontinuierlich.

Das nacheilender Strang beginnt die Replikation durch Bindung mit mehreren Primern. Jeder Primer ist nur mehrere Basen voneinander entfernt. Die DNA-Polymerase fügt dann DNA-Stücke hinzu, die als bezeichnet werden Okazaki-Fragmentezum Strang zwischen den Primern. Dieser Replikationsprozess ist diskontinuierlich, da die neu erstellten Fragmente getrennt werden.

Sobald sowohl die kontinuierlichen als auch die diskontinuierlichen Stränge gebildet sind, wird ein Enzym genannt Exonuklease entfernt alle RNA-Primer von den ursprünglichen Strängen. Diese Primer werden dann durch geeignete Basen ersetzt. Eine andere Exonuklease „korrigiert“ die neu gebildete DNA, um Fehler zu überprüfen, zu entfernen und zu ersetzen. Ein anderes Enzym namens DNA-Ligase verbindet Okazaki-Fragmente zu einem einzigen einheitlichen Strang. Die Enden der linearen DNA stellen ein Problem dar, da DNA-Polymerase nur Nukleotide in der 5'- bis 3'-Richtung hinzufügen kann. Die Enden der Elternstränge bestehen aus wiederholten DNA-Sequenzen, die als Telomere bezeichnet werden. Telomere wirken als Schutzkappen am Ende der Chromosomen, um zu verhindern, dass nahegelegene Chromosomen fusionieren. Eine spezielle Art von DNA-Polymeraseenzym namens Telomerase katalysiert die Synthese von Telomersequenzen an den Enden der DNA. Sobald dies abgeschlossen ist, wickeln sich der Elternstrang und sein komplementärer DNA-Strang in das Vertraute ein Doppelhelix gestalten. Am Ende erzeugt die Replikation zwei DNA-Molekülejeweils mit einem Strang aus dem Ausgangsmolekül und einem neuen Strang.

DNA-Replikation ist die Produktion von identischen DNA-Helices aus einem einzelnen doppelsträngigen DNA-Molekül. Jedes Molekül besteht aus einem Strang des ursprünglichen Moleküls und einem neu gebildeten Strang. Vor der Replikation werden die DNA abgewickelt und die Stränge getrennt. Es wird eine Replikationsgabel gebildet, die als Vorlage für die Replikation dient. Primer binden an die DNA und DNA-Polymerasen fügen neue Nukleotidsequenzen in 5'- bis 3'-Richtung hinzu.

Diese Zugabe ist im führenden Strang kontinuierlich und im nacheilenden Strang fragmentiert. Sobald die Dehnung der DNA-Stränge abgeschlossen ist, werden die Stränge auf Fehler überprüft, Reparaturen durchgeführt und Telomersequenzen an den Enden der DNA hinzugefügt.