Πληροφορίες

Πότε πράγματι αναπαράγεται το DNA;

Πότε πράγματι αναπαράγεται το DNA;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Διάβασα στη Wikipedia ότι όταν το κύτταρο εισέρχεται σε πρόφαση κατά τη μίτωση, το DNA έχει ήδη διπλασιαστεί, δηλαδή το DNA αντιγράφεται με τη μορφή χρωματίνης, αλλά εδώ βλέπω την εικόνα που δείχνει το ήδη συμπυκνωμένο DNA (τώρα χρωμόσωμα) διαιρούμενο σε αδελφό χρωματίδες. Πότε πραγματικά διαιρείται το DNA;

σύνδεσμος στη wikipedia -https://en.wikipedia.org/wiki/Prophase


Σύμφωνα με την παρούσα εργασία και τα περισσότερα εγχειρίδια βιολογίας, η φάση S ή η φάση σύνθεσης ορίζεται κυριολεκτικά από την αρχή και το τέλος της αντιγραφής του DNA. Η πρώτη εικόνα δεν αντιπροσωπεύει με ακρίβεια τη φύση της αντιγραφής του DNA και είναι αντίθετα ένα μοντέλο για να βοηθήσει τους ανθρώπους να παρακολουθούν αντίγραφα DNA κατά τη διάρκεια των σταδίων της κυτταρικής διαίρεσης. Το DNA αντιγράφεται ως χρωματίνη και συμπυκνώνεται σε «διπλή» μορφή χρωμοσώματος. Μπορείτε να δείτε μερικές μικρογραφίες συμπύκνωσης DNA σε αυτό το έγγραφο. Θα δείτε ότι δεν συμπυκνώνονται ως μεμονωμένες χρωματίδες, αλλά έχουν ήδη αντιγραφεί.


Αντιγραφή DNA

Στη μοριακή βιολογία, Αντιγραφή DNA είναι η βιολογική διαδικασία παραγωγής δύο πανομοιότυπων αντιγράφων του DNA από ένα αρχικό μόριο DNA. [1] Η αντιγραφή του DNA συμβαίνει σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και ενεργεί ως το πιο ουσιαστικό μέρος της βιολογικής κληρονομικότητας. Αυτό είναι απαραίτητο για την κυτταρική διαίρεση κατά την ανάπτυξη και την επιδιόρθωση κατεστραμμένων ιστών, ενώ διασφαλίζει επίσης ότι κάθε ένα από τα νέα κύτταρα λαμβάνει το δικό του αντίγραφο του DNA. [2] Το κύτταρο διαθέτει τη διακριτική ιδιότητα της διαίρεσης, η οποία καθιστά απαραίτητη την αντιγραφή του DNA.

Το DNA αποτελείται από μια διπλή έλικα δύο συμπληρωματικών κλώνων. Η διπλή έλικα περιγράφει την εμφάνιση ενός δίκλωνου DNA που αποτελείται έτσι από δύο γραμμικούς κλώνους που τρέχουν απέναντι ο ένας στον άλλο και συστρέφονται μεταξύ τους για να σχηματιστούν. [3] Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, αυτά τα σκέλη διαχωρίζονται. Κάθε σκέλος του αρχικού μορίου DNA στη συνέχεια χρησιμεύει ως πρότυπο για την παραγωγή του αντίστοιχου, μια διαδικασία που αναφέρεται ως ημισυντηρητική αντιγραφή. Ως αποτέλεσμα της ημι-συντηρητικής αντιγραφής, η νέα έλικα θα αποτελείται από έναν αρχικό κλώνο DNA καθώς και έναν πρόσφατα συνθεμένο κλώνο. [4] Οι μηχανισμοί κυτταρικής διόρθωσης και ελέγχου σφαλμάτων εξασφαλίζουν σχεδόν τέλεια πιστότητα για την αντιγραφή του DNA. [5] [6]

Σε ένα κύτταρο, η αναπαραγωγή του DNA αρχίζει σε συγκεκριμένες θέσεις ή πηγές αντιγραφής, στο γονιδίωμα [7] που περιέχει το γενετικό υλικό ενός οργανισμού. [8] Το ξετύλιγμα του DNA στην προέλευση και η σύνθεση νέων κλώνων, που φιλοξενούνται από ένα ένζυμο γνωστό ως ελικάση, οδηγεί σε διχάλες αντιγραφής που αναπτύσσονται αμφίδρομα από την αρχή. Ένας αριθμός πρωτεϊνών συνδέεται με τη διχάλα αντιγραφής για να βοηθήσει στην έναρξη και τη συνέχιση της σύνθεσης του DNA. Κυρίως, η DNA πολυμεράση συνθέτει τους νέους κλώνους προσθέτοντας νουκλεοτίδια που συμπληρώνουν κάθε (πρότυπο) κλώνο. Η αντιγραφή του DNA λαμβάνει χώρα κατά το S-στάδιο της ενδιάμεσης φάσης.

Μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί αντιγραφή DNA (ενίσχυση DNA) in vitro (τεχνητά, έξω από ένα κύτταρο). Οι πολυμεράσες DNA που απομονώνονται από τα κύτταρα και οι τεχνητοί εκκινητές DNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την έναρξη της σύνθεσης του DNA σε γνωστές αλληλουχίες σε ένα πρότυπο μόριο DNA. Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR), η αλυσιδωτή αντίδραση λιγάσης (LCR) και η μεσολαβούμενη από μεταγραφή ενίσχυση (TMA) είναι παραδείγματα. Τον Μάρτιο του 2021, οι ερευνητές ανέφεραν στοιχεία που υποδηλώνουν ότι μια προκαταρκτική μορφή μεταφοράς RNA, απαραίτητο συστατικό της μετάφρασης, η βιολογική σύνθεση νέων πρωτεϊνών σύμφωνα με τον γενετικό κώδικα, θα μπορούσε να ήταν ένα μόριο αναπαραγωγικό στοιχείο στην πολύ πρώιμη ανάπτυξη της ζωής, ή αβιογένεση. [9] [10]


Κανόνες Chargaff

Άλλες σημαντικές ανακαλύψεις για το DNA έγιναν στα μέσα του 1900 από τον Erwin Chargaff. Μελέτησε το DNA από πολλά διαφορετικά είδη. Ενδιαφέρθηκε ιδιαίτερα για τις τέσσερις διαφορετικές βάσεις αζώτου του DNA: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (Γ) και θυμίνη (Τ) (βλ. Εικόνα παρακάτω). Ο Chargaff διαπίστωσε ότι οι συγκεντρώσεις των τεσσάρων βάσεων διέφεραν από το ένα είδος στο άλλο. Ωστόσο, σε κάθε είδος, η συγκέντρωση της αδενίνης ήταν πάντα περίπου η ίδια με τη συγκέντρωση της θυμίνης. Το ίδιο ίσχυε για τις συγκεντρώσεις γουανίνης και κυτοσίνης. Αυτές οι παρατηρήσεις έγιναν γνωστές ως Κανόνες Chargaff & rsquosΤο Η σημασία των κανόνων δεν θα αποκαλυφθεί μέχρι να ανακαλυφθεί η δομή του DNA.

Βάσεις Αζώτου στο DNA. Το DNA όλων των ειδών έχει τις ίδιες τέσσερις βάσεις αζώτου.

Η διπλή έλικα

Αφού βρέθηκε ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό, οι επιστήμονες ήθελαν να μάθουν περισσότερα γι 'αυτό. Οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ συνήθως αναγνωρίζονται για την ανακάλυψη ότι το DNA έχει έναδιπλό έλιξ σχήμα, σαν μια σπειροειδή σκάλα (βλ Εικόνα παρακάτω). Η ανακάλυψη βασίστηκε στην προηγούμενη εργασία της Rosalind Franklin και άλλων επιστημόνων, οι οποίοι είχαν χρησιμοποιήσει ακτίνες Χ για να μάθουν περισσότερα σχετικά με τη δομή του DNA & rsquos. Ο Φράνκλιν και αυτοί οι άλλοι επιστήμονες δεν λάμβαναν πάντα τα εύσημα για τη συνεισφορά τους. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το έργο του Franklin&rsquos παρακολουθώντας το βίντεο σε αυτόν τον σύνδεσμο: http://www.youtube.com/watch?v=s3whouvZYG8 (7:47).

Το μόριο DNA έχει σχήμα διπλής έλικας. Αυτό είναι το ίδιο βασικό σχήμα με μια σπειροειδή σκάλα. Βλέπετε την ομοιότητα; Ποια μέρη του μορίου DNA μοιάζουν με τα σκαλιά της σπειροειδούς σκάλας;

Το σχήμα διπλής έλικας του DNA, μαζί με τους κανόνες Chargaff & rsquos, οδήγησαν σε καλύτερη κατανόηση του DNA. Το DNA, ως νουκλεϊκό οξύ, αποτελείται από νουκλεοτίδιο μονομερή και η διπλή έλικα DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από ένα σάκχαρο (δεοξυριβόζη), μια φωσφορική ομάδα και μια βάση που περιέχει άζωτο (A, C, G ή T).

Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι δεσμοί (δεσμοί υδρογόνου) μεταξύ συμπληρωματικών βάσεων συγκρατούν τις δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες του DNA. Η αδενίνη συνδέεται πάντα με τη συμπληρωματική της βάση, τη θυμίνη. Η κυτοσίνη συνδέεται πάντα με τη συμπληρωματική της βάση, τη γουανίνη. Αν κοιτάξετε τις βάσεις αζώτου στο Εικόνα παραπάνω, θα δείτε γιατί. Η αδενίνη και η γουανίνη έχουν δομή δύο δακτυλίων. Η κυτοσίνη και η θυμίνη έχουν μόνο έναν δακτύλιο. Εάν η αδενίνη συνδέεται με τη γουανίνη και η κυτοσίνη με τη θυμίνη, η απόσταση μεταξύ των δύο αλυσίδων DNA θα είναι μεταβλητή. Ωστόσο, όταν ένα μόριο ενός δακτυλίου συνδέεται με ένα μόριο δύο δακτυλίων, η απόσταση μεταξύ των δύο αλυσίδων διατηρείται σταθερή. Αυτό διατηρεί το ομοιόμορφο σχήμα της διπλής έλικας του DNA. Αυτά τα ζεύγη βάσεων (A-T ή G-C) κολλήστε στη μέση της διπλής έλικας, σχηματίζοντας, ουσιαστικά, τα βήματα της σπειροειδούς σκάλας.

Αντιγραφή DNA

Η γνώση της δομής του DNA & του rsquos βοήθησε τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς αναπαράγεται το DNA. Αντιγραφή DNA είναι η διαδικασία κατά την οποία αντιγράφεται το DNA. Εμφανίζεται κατά τη φάση σύνθεσης (S) του κύκλου των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η αντιγραφή του DNA ξεκινά όταν ένα ένζυμο, η DNA ελικάση, σπάει τους δεσμούς μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων στο DNA (βλ. Εικόνα παρακάτω). Αυτό εκθέτει τις βάσεις μέσα στο μόριο, ώστε να μπορούν να "διαβαστούν" από ένα άλλο ένζυμο, την πολυμεράση DNA, και να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δύο νέων κλώνων DNA με συμπληρωματικές βάσεις, επίσης από την πολυμεράση DNA. Τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν περιέχουν το καθένα έναν κλώνο από το μητρικό μόριο και έναν νέο κλώνο που είναι συμπληρωματικός του. Ως αποτέλεσμα, τα δύο θυγατρικά μόρια είναι και τα δύο πανομοιότυπα με το μητρικό μόριο. Η αντιγραφή του DNA είναι α ημι-συντηρητικός διαδικασία διότι το ήμισυ του γονικού μορίου DNA διατηρείται σε καθένα από τα δύο θυγατρικά μόρια DNA.

Η διαδικασία της αντιγραφής του DNA είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο περίπλοκη από αυτήν την απλή περίληψη. Μπορείτε να δείτε μια λεπτομερή κινούμενη εικόνα της διαδικασίας σε αυτόν τον σύνδεσμο: http://www.youtube.com/watch?v=-mtLXpgjHL0 (2:05).

Αντιγραφή DNA. Η αντιγραφή του DNA είναι μια ημι-συντηρητική διαδικασία. Το μισό από το μητρικό μόριο DNA διατηρείται σε καθένα από τα δύο θυγατρικά μόρια DNA.


Βιολογία 171

Μέχρι το τέλος αυτής της ενότητας, θα μπορείτε να κάνετε τα εξής:

  • Εξηγήστε πώς η δομή του DNA αποκαλύπτει τη διαδικασία αντιγραφής
  • Περιγράψτε τα πειράματα Meselson και Stahl

Η αποσαφήνιση της δομής της διπλής έλικας παρείχε μια υπόδειξη για το πώς το DNA διαιρείται και δημιουργεί αντίγραφα του εαυτού του. Στο έγγραφό τους του 1953, οι Watson και Crick έγραψαν μια απίστευτη υποτίμηση: “ Δεν έχει ξεφύγει από την αντίληψή μας ότι το συγκεκριμένο ζευγάρι που αναφέραμε προτείνει αμέσως έναν πιθανό μηχανισμό αντιγραφής για το γενετικό υλικό. ” Με συγκεκριμένα ζεύγη βάσεων, η ακολουθία Ένα σκέλος DNA μπορεί να προβλεφθεί από το συμπλήρωμά του. Το μοντέλο διπλής έλικας προτείνει ότι οι δύο κλώνοι της διπλής έλικας διαχωρίζονται κατά τη διάρκεια της αντιγραφής και κάθε σκέλος χρησιμεύει ως πρότυπο από το οποίο αντιγράφεται ο νέος συμπληρωματικός κλώνος. Αυτό που δεν ήταν σαφές ήταν πώς έγινε η αναπαραγωγή. Προτάθηκαν τρία μοντέλα ((Εικόνα)): συντηρητικό, ημι-συντηρητικό και διασπαρτικό.


Στη συντηρητική αντιγραφή, το γονικό DNA παραμένει μαζί και οι νεοσχηματισμένοι θυγατρικοί κλώνοι είναι μαζί. Η ημι-συντηρητική μέθοδος υποδηλώνει ότι κάθε ένας από τους δύο γονικούς κλώνους DNA λειτουργεί ως πρότυπο για τη σύνθεση νέου DNA μετά την αντιγραφή, κάθε δίκλωνο DNA περιλαμβάνει έναν γονικό ή "παλιό" κλώνο και έναν "νέο" κλώνο. Στο μοντέλο διασποράς, και τα δύο αντίγραφα του DNA έχουν δίκλωνα τμήματα γονικού DNA και νεοσυντιθέμενο DNA διασπασμένα.

Ο Meselson και ο Stahl ενδιαφέρθηκαν να κατανοήσουν πώς το DNA αντιγράφεται. Μεγάλωσαν Ε. Coli για αρκετές γενιές σε ένα μέσο που περιέχει ένα «βαρύ» ισότοπο αζώτου (15 N), το οποίο ενσωματώνεται σε αζωτούχες βάσεις και τελικά στο DNA ((Εικόνα)).


ο Ε. Coli η καλλιέργεια τοποθετήθηκε στη συνέχεια σε μέσο που περιέχει 14 Ν και αφέθηκε να αναπτυχθεί για αρκετές γενιές. Μετά από καθεμία από τις πρώτες γενιές, τα κύτταρα συλλέχθηκαν και το DNA απομονώθηκε, στη συνέχεια φυγοκεντρήθηκε σε υψηλές ταχύτητες σε υπερφυγόκεντρο. Κατά τη φυγοκέντρηση, το DNA φορτώθηκε σε ένα βαθμίδα (τυπικά ένα διάλυμα άλατος όπως χλωριούχο καίσιο ή σακχαρόζη) και περιστρέφεται σε υψηλές ταχύτητες 50.000 έως 60.000 σ.α.λ. Υπό αυτές τις συνθήκες, το DNA θα σχηματίσει μια ζώνη σύμφωνα με αυτό πλευστική πυκνότητα: η πυκνότητα εντός της κλίσης στην οποία επιπλέει. Το DNA που αναπτύσσεται σε 15 Ν θα σχηματίσει μια ζώνη σε θέση υψηλότερης πυκνότητας (δηλ., Πιο κάτω στον σωλήνα φυγοκέντρησης) από αυτό που αναπτύχθηκε στο 14 N. Οι Meselson και Stahl σημείωσαν ότι μετά από μια γενιά ανάπτυξης σε 14 N αφού είχαν μετατοπιστεί από 15 Ν, η μονή ζώνη που παρατηρήθηκε ήταν ενδιάμεση στη θέση μεταξύ DNA των κυττάρων που αναπτύχθηκαν αποκλειστικά σε 15 Ν και 14 Ν. Αυτό πρότεινε είτε έναν ημι-συντηρητικό είτε διασπαρτικό τρόπο αντιγραφής. Το DNA που συλλέχθηκε από κύτταρα που αναπτύχθηκαν για δύο γενιές σε 14 Ν σχημάτισε δύο ζώνες: η μία ζώνη DNA ήταν στην ενδιάμεση θέση μεταξύ 15 Ν και 14 Ν και η άλλη αντιστοιχούσε στη ζώνη των 14 Ν DNA. Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο εάν το DNA αναπαράγεται με ημι-συντηρητικό τρόπο. Και για αυτόν τον λόγο, επομένως, τα άλλα δύο μοντέλα αποκλείστηκαν.

Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του DNA, καθένας από τους δύο κλώνους που αποτελούν τη διπλή έλικα χρησιμεύει ως πρότυπο από το οποίο αντιγράφονται οι νέοι κλώνοι. Τα νέα σκέλη θα είναι συμπληρωματικά με τα γονικά ή "παλιά" σκέλη. Όταν σχηματίζονται δύο θυγατρικά αντίγραφα DNA, έχουν την ίδια αλληλουχία και χωρίζονται εξίσου στα δύο θυγατρικά κύτταρα.

Κάντε κλικ στο DNA Replication (Flash animation).

Περίληψη τμήματος

Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα αντίγραφο κάθε μορίου DNA με μια διαδικασία γνωστή ως αντιγραφή DNA. Το μεμονωμένο χρωμόσωμα ενός προκαρυωτικού ή κάθε χρωμοσώματος ενός ευκαρυωτικού αποτελείται από μία μόνο συνεχή διπλή έλικα. Το μοντέλο για την αντιγραφή του DNA υποδηλώνει ότι οι δύο κλώνοι της διπλής έλικας διαχωρίζονται κατά την αντιγραφή, και κάθε σκέλος χρησιμεύει ως πρότυπο από το οποίο αντιγράφεται ο νέος συμπληρωματικός κλώνος. Στο συντηρητικό μοντέλο αντιγραφής, το γονικό DNA διατηρείται και το θυγατρικό DNA συντίθεται πρόσφατα. Το ημι-συντηρητικό μοντέλο προτείνει ότι καθένας από τους δύο μητρικούς κλώνους DNA λειτουργεί ως πρότυπο για το νέο DNA που πρόκειται να συντεθεί μετά την αντιγραφή, κάθε δίκλωνο DNA διατηρεί τον πατρικό ή «παλιό» κλώνο και έναν «νέο» κλώνο. Το διασκορπιστικό μοντέλο πρότεινε ότι τα δύο αντίγραφα του DNA θα είχαν τμήματα γονικού DNA και νεοσυντιθέμενο DNA. Το πείραμα των Meselson και Stahl υποστήριξε το ημι-συντηρητικό μοντέλο αντιγραφής, στο οποίο ένα ολόκληρο αναδιπλασιασμένο χρωμόσωμα αποτελείται από έναν γονικό κλώνο και έναν νεοσυντιθέμενο κλώνο DNA.

Δωρεάν ανταπόκριση

Πώς έμαθε η επιστημονική κοινότητα ότι η αντιγραφή του DNA πραγματοποιείται με ημι-συντηρητικό τρόπο;

Τα πειράματα του Meselson με Ε. Coli που καλλιεργήθηκε σε 15 Ν συνήγαγε αυτό το εύρημα.

Φανταστείτε ότι τα πειράματα Meselson και Stahl είχαν υποστηρίξει συντηρητική αναπαραγωγή αντί για ημι-συντηρητική αναπαραγωγή. Τι αποτελέσματα προβλέπετε ότι θα παρατηρήσετε μετά από δύο γύρους αντιγραφής; Να είστε συγκεκριμένοι όσον αφορά τις ποσοστιαίες κατανομές του DNA που ενσωματώνουν 15 Ν και 14 Ν στην κλίση.

Μετά από δύο γύρους συντηρητικής αντιγραφής, δύο ζώνες θα ανιχνευθούν μετά από υπερφυγοκέντρηση. Μια χαμηλότερη (βαρύτερη) ζώνη θα έχει πυκνότητα 15 Ν και θα περιλαμβάνει το 25% του συνολικού DNA. Μια δεύτερη, υψηλότερη (ελαφρύτερη) ζώνη θα ήταν στην πυκνότητα 14 N και θα περιέχει το 75% του συνολικού DNA.


Πώς λειτουργεί το DNA

Το DNA μεταφέρει τις πληροφορίες για την παραγωγή όλων των πρωτεϊνών του κυττάρου. Αυτές οι πρωτεΐνες υλοποιούν όλες τις λειτουργίες ενός ζωντανού οργανισμού και καθορίζουν τα χαρακτηριστικά του οργανισμού. Όταν το κύτταρο αναπαράγεται, πρέπει να περάσει όλες αυτές τις πληροφορίες στα θυγατρικά κύτταρα.

Για να μπορέσει ένα κύτταρο να αναπαραχθεί, πρέπει πρώτα αντιγράφωή δημιουργήστε ένα αντίγραφο του DNA του. Το πού συμβαίνει η αντιγραφή του DNA εξαρτάται από το αν τα κύτταρα είναι προκαρυωτικά ή ευκαρυωτικά (δείτε την πλαϊνή γραμμή RNA στην προηγούμενη σελίδα για περισσότερα σχετικά με τους τύπους κυττάρων). Η αντιγραφή του DNA συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών και στον πυρήνα των ευκαρυωτικών. Ανεξάρτητα από το πού συμβαίνει η αντιγραφή του DNA, η βασική διαδικασία είναι η ίδια.

Η δομή του DNA προσφέρεται εύκολα για την αντιγραφή του DNA. Κάθε πλευρά της διπλής έλικας τρέχει απέναντι (αντιπαράλληλος) κατευθύνσεις. Η ομορφιά αυτής της δομής είναι ότι μπορεί να αποσυμπιέσει τη μέση και κάθε πλευρά μπορεί να χρησιμεύσει ως μοτίβο ή πρότυπο για την άλλη πλευρά (ονομάζεται ημι-συντηρητική αντιγραφή). Ωστόσο, το DNA δεν αποσυμπιέζεται εντελώς. Αποσυνδέεται σε μια μικρή περιοχή που ονομάζεται α πιρούνι αναπαραγωγής, το οποίο στη συνέχεια κινείται προς τα κάτω σε όλο το μήκος του μορίου.

  1. Ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA γυράση κάνει ένα ψευδώνυμο στη διπλή έλικα και κάθε πλευρά χωρίζει
  2. Ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση ξετυλίγει το δίκλωνο DNA
  3. Πολλές μικρές πρωτεΐνες ονομάζονται μονοκλωνικές πρωτεΐνες δέσμευσης (SSB) συνδέονται προσωρινά με κάθε πλευρά και τα διατηρούν χωριστά
  4. Ένα σύμπλεγμα ενζύμων που ονομάζεται Πολυμεράση DNA & περπατά & αναφέρει τους κλώνους του DNA και προσθέτει νέα νουκλεοτίδια σε κάθε κλώνο. Τα νουκλεοτίδια ζευγαρώνουν με τα συμπληρωματικά νουκλεοτίδια στην υπάρχουσα βάση (Α με Τ, Γ με Γ).
  5. Υπομονάδα της πολυμεράσης DNA διορθώσεις το νέο DNA
  6. Ένα ένζυμο που ονομάζεται Λιγάση DNA σφραγίζει τα θραύσματα σε ένα μακρύ συνεχές κλώνο
  7. Τα νέα αντίγραφα κλείνει αυτόματα ξανά

Διαφορετικοί τύποι κυττάρων αντιγράφουν το DNA τους με διαφορετικούς ρυθμούς. Ορισμένα κύτταρα διαιρούνται συνεχώς, όπως αυτά στα μαλλιά και τα νύχια σας και στα κύτταρα του μυελού των οστών. Άλλα κύτταρα περνούν αρκετούς κύκλους κυτταρικής διαίρεσης και σταματούν (συμπεριλαμβανομένων των εξειδικευμένων κυττάρων, όπως αυτά στον εγκέφαλο, τους μυς και την καρδιά σας). Τέλος, ορισμένα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται, αλλά μπορούν να προκληθούν να διαιρεθούν για να αποκαταστήσουν τον τραυματισμό (όπως τα κύτταρα του δέρματος και τα κύτταρα του ήπατος). Σε κύτταρα που δεν διαιρούνται συνεχώς, οι ενδείξεις για την αντιγραφή/διαίρεση του DNA έχουν τη μορφή χημικών ουσιών. Αυτές οι χημικές ουσίες μπορεί να προέρχονται από άλλα μέρη του σώματος (ορμόνες) ή από το περιβάλλον.

Το DNA όλων των ζωντανών οργανισμών έχει την ίδια δομή και κώδικα, αν και ορισμένοι ιοί χρησιμοποιούν RNA ως φορέα πληροφοριών αντί για DNA. Τα περισσότερα ζώα έχουν δύο αντίγραφα από κάθε χρωμόσωμα. Αντίθετα, τα φυτά μπορεί να έχουν περισσότερα από δύο αντίγραφα αρκετών χρωμοσωμάτων, τα οποία συνήθως προκύπτουν από σφάλματα στην κατανομή των χρωμοσωμάτων κατά την αναπαραγωγή των κυττάρων. Στα ζώα, αυτός ο τύπος σφάλματος προκαλεί συνήθως γενετικές ασθένειες που είναι συνήθως θανατηφόρες. Για κάποιους άγνωστους λόγους, αυτό το είδος σφάλματος δεν είναι τόσο καταστροφικό για τα φυτά.


Σε ποιο στάδιο του κυτταρικού κύκλου λαμβάνει χώρα η αντιγραφή του DNA;

Κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου, η αντιγραφή του DNA συμβαίνει κατά τη διάρκεια της φάσης S της ενδιάμεσης φάσης. Η ενδιάμεση φάση εμφανίζεται μεταξύ των κυτταρικών διαιρέσεων και αποτελεί απαραίτητο βήμα προόδου για την κυτταρική διαίρεση.

Η ενδιάμεση φάση χωρίζεται σε τρία διαδοχικά στάδια: τη φάση G1, τη φάση S και τη φάση G2. Οι πλευρικές φάσεις G περιλαμβάνουν κυτταρική ανάπτυξη και προετοιμασία για να συμβεί η διαίρεση του κυττάρου, το "G" στη φάση G σημαίνει ανάπτυξη. Μεταξύ αυτών των περιόδων ανάπτυξης, το κύτταρο υποβάλλεται στη σύνθεση, ή S, φάση. Κατά τη φάση S, τα χρωμοσώματα μέσα στο κύτταρο αντιγράφονται έτσι ώστε τα διαιρεμένα κύτταρα να έχουν αντίστοιχα αντίγραφα του DNA. Το κύτταρο υποβάλλεται στη συνέχεια στα πιο εμφανώς ενεργά στάδια της κυτταρικής διαίρεσης: προφάση, αναφάση, τελοφάση και κυτοκίνηση.

Τα τυπικά ανθρώπινα κύτταρα χρειάζονται περίπου 24 ώρες για να ολοκληρώσουν έναν πλήρη κύκλο κυτταρικής αντιγραφής και διαίρεσης. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της διαδικασίας είναι η ενδιάμεση φάση, η οποία διαρκεί περίπου 23 ώρες. Η αντιγραφή των χρωμοσωμάτων κατά τη φάση S διαρκεί περίπου 8 ώρες. Άλλοι τύποι κυττάρων ολοκληρώνουν την κυτταρική διαίρεση πιο γρήγορα, για παράδειγμα, κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη, ο πλήρης κυτταρικός κύκλος μπορεί να συμβεί σε περίπου 30 λεπτά. Σε αυτές τις ταχείες κυτταρικές διαιρέσεις, οι φάσεις ανάπτυξης συχνά παραλείπονται ή μειώνονται δραστικά και η αντιγραφή λαμβάνει χώρα πιο γρήγορα. Ακόμη και όταν δεν εμφανιστούν οι φάσεις G1 και G2, το κύτταρο πρέπει να ολοκληρώσει τη φάση S της ενδιάμεσης φάσης για να αναπαράγει το DNA του πριν από τη διαίρεση.


Την έναρξη

Η διαδικασία κατασκευής των αλληλουχιών RNA εκτελείται από την πολυμεράση RNA, μαζί με τη βοήθεια ενός μεταγραφικού παράγοντα. Ο μεταγραφικός παράγοντας βοηθά την RNA Polymerase να αναγνωρίσει και να συνδεθεί σε μια αλληλουχία που ονομάζεται αλληλουχία προαγωγού. Η πολυμεράση ξετυλίγεται γύρω από 14 ζεύγη βάσεων DNA και σχηματίζει ένα ανοικτό σύμπλεγμα προαγωγέα πολυμεράσης RNA. Αυτή η μονόκλωνη μορφή DNA είναι γνωστή ως & lsquotranscription bubble & rsquo.

Τώρα για να συνεχίσει τη δουλειά της η Πολυμεράση και να προσθέσει νουκλεοτίδια για να φτιάξει το mRNA, πρέπει να αποσπαστεί από τον υποκινητή. Αυτό συμβαίνει μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως Abortive beginning. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η Πολυμεράση δημιουργεί σύντομες μεταγραφές mRNA που απελευθερώνονται πριν η πολυμεράση αποσπαστεί από τον υποκινητή.

Απόδραση προωθητή. (Προστασία φωτογραφίας: Luis E Ramirez-Tapia / Wikimedia Commons)


Αναπαραγωγή ιών

Jennifer Louten, στο Essential Human Virology, 2016

4.4.1 Κατηγορία Ι: Ιοί dsDNA

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν γονιδιώματα DNA διπλής έλικας. Οι ιοί με γονιδιώματα dsDNA έχουν ως εκ τούτου το πιο παρόμοιο νουκλεϊκό οξύ με ζωντανούς οργανισμούς και συχνά χρησιμοποιούν τα ένζυμα και τις πρωτεΐνες που συνήθως χρησιμοποιεί το κύτταρο για την αντιγραφή και μεταγραφή του DNA, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερασών του DNA και των πολυμεράσεων RNA. Αυτά βρίσκονται στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου και έτσι όλοι οι ιοί dsDNA που μολύνουν τον άνθρωπο (με εξαίρεση τους ιούς ευλογιάς) εισέρχονται στον πυρήνα του κυττάρου, χρησιμοποιώντας τους διάφορους μηχανισμούς εισόδου και αποκάλυψης που αναφέρθηκαν παραπάνω. Πολλοί αναγνωρίσιμοι ανθρώπινοι ιοί έχουν γονιδιώματα dsDNA, συμπεριλαμβανομένων των ιών του έρπητα, των ιών ευλογιάς, των αδενοϊών και των πολυοϊών.

Η μεταγραφή του ιικού mRNA (vmRNA) πρέπει να συμβεί πριν από την αντιγραφή του γονιδιώματος εάν οι ιικές πρωτεΐνες εμπλέκονται στην αναπαραγωγή του γονιδιώματος του ιού. Επιπλέον, ορισμένες μεταφρασμένες ιικές πρωτεΐνες δρουν ως παράγοντες μεταγραφής να κατευθύνει τη μεταγραφή άλλων γονιδίων. Όπως συζητήθηκε στο Κεφάλαιο 3, «Χαρακτηριστικά των κυττάρων ξενιστών: Ανασκόπηση κυτταρικής και μοριακής βιολογίας, οι παράγοντες μεταγραφής συνδέονται με συγκεκριμένες αλληλουχίες εντός του υποστηρικτές κυτταρικών γονιδίων αμέσως ανάντη του τόπου έναρξης της μεταγραφής για να ξεκινήσει η μεταγραφή αυτών των γονιδίων. Ενισχυτές, οι ρυθμιστικές αλληλουχίες που εμπλέκονται επίσης στη μεταγραφή, βρίσκονται πιο μακριά από το σημείο έναρξης της μεταγραφής και μπορούν να είναι ανάντη ή κατάντη. Οι ιοί dsDNA έχουν επίσης περιοχές προαγωγών και ενισχυτών μέσα στα γονιδιώματά τους που αναγνωρίζονται όχι μόνο από ιικούς παράγοντες μεταγραφής αλλά και από παράγοντες μεταγραφής ξενιστή. Αυτές οι πρωτεΐνες ξεκινούν τη μεταγραφή των γονιδίων του ιού από την πολυμεράση II του RNA ξενιστή.

Η επεξεργασία του ιικού προδρόμου mRNA (επίσης γνωστό ως μετα -μεταγραφική τροποποίηση) πραγματοποιείται μέσω των ίδιων μηχανισμών όπως και για το κυτταρικό mRNA. Οι μεταγραφές ιών λαμβάνουν μια ουρά 5'-cap και 3'-poly(A) και τα μεταγραφήματα ορισμένων ιών ματίζονται για να σχηματίσουν διαφορετικά vmRNAs. Για παράδειγμα, τα γονίδια των ιών έρπητα κωδικοποιούνται το καθένα από τον δικό τους προαγωγέα και γενικά δεν συνδέονται, αλλά το ανθρώπινο γονιδίωμα αδενοϊού Ε έχει 17 γονίδια που κωδικοποιούν 38 διαφορετικές πρωτεΐνες, που προέρχονται από εναλλακτική συγκόλληση του vmRNA κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας RNA.

Οι ιοί dsDNA μεταγράφουν τα ιικά γονιδιακά προϊόντα τους σε κύματα, και το αμέσως νωρίς και/ή νωρίς Τα γονίδια είναι τα πρώτα ιικά γονίδια που μεταγράφονται και μεταφράζονται σε ιικές πρωτεΐνες. Αυτά τα γονιδιακά προϊόντα έχουν μια ποικιλία λειτουργιών, πολλές από τις οποίες βοηθούν στην κατεύθυνση της αποτελεσματικής αντιγραφής του γονιδιώματος και στην περαιτέρω μεταγραφή του αργά γονίδια που κωδικοποιούν τις κύριες δομικές πρωτεΐνες του ιοσωματίου και άλλες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη συναρμολόγηση, ωρίμανση και απελευθέρωση από το κύτταρο. Η αντιγραφή του ιικού γονιδιώματος απαιτεί πολλές κυτταρικές πρωτεΐνες με μεταγραφή και μετάφραση των όψιμων γονιδίων μετά την αντιγραφή του γονιδιώματος του ιού διασφαλίζει ότι τα ένζυμα ξενιστή που απαιτούνται για αντιγραφή δεν επηρεάζονται αρνητικά από τη μετάφραση μαζικής ποσότητας δομικών πρωτεϊνών ιοσωμάτων.

Για τη δημιουργία νέων βιριόντων, οι ιικές πρωτεΐνες πρέπει να μεταφραστούν και το γονιδίωμα πρέπει επίσης να αντιγραφεί. Με εξαίρεση τους ιούς ευλογιάς, η αντιγραφή γονιδιώματος όλων των ιών dsDNA λαμβάνει χώρα εντός του πυρήνα του μολυσμένου κυττάρου. Η αντιγραφή του ευκαρυωτικού DNA, επίσης αναθεωρήθηκε λεπτομερέστερα στο Κεφάλαιο 3, "Χαρακτηριστικά των κυττάρων ξενιστών: Επιθεώρηση κυτταρικής και μοριακής βιολογίας", πραγματοποιείται επίσης από πολυμεράσες DNA και άλλες πρωτεΐνες εντός του πυρήνα. Ωστόσο, οι πολυμεράσες DNA, είτε προέρχονται από κύτταρα είτε προέρχονται από ιούς, δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν de novo σύνθεση. Πρέπει να συνδέονται με ένα κοντό εκκινητή νουκλεϊκού οξέος που έχει συνδεθεί με το μονόκλωνο κομμάτι του DNA, σχηματίζοντας ένα κοντό δίκλωνο τμήμα που στη συνέχεια επεκτείνεται με πολυμεράση DNA (Εικ. 4.8Α). Η πριμάση είναι το ένζυμο που δημιουργεί εκκινητές κατά την αναπαραγωγή του κυτταρικού DNA και ορισμένοι ιοί, όπως οι πολυοϊοί και ορισμένοι ιοί έρπητα, εκμεταλλεύονται το ένζυμο κυτταρικής πριμάσης για να δημιουργήσουν εκκινητές στα γονιδιώματά τους dsDNA κατά την αντιγραφή. Άλλοι έρπητες ιοί, όπως ο HSV-1, παρέχουν το δικό τους μόριο πριμάσης, αν και αυτή η διαδικασία συμβαίνει λιγότερο συχνά. Ακόμα άλλοι ιοί, όπως οι αδενοϊοί, κωδικοποιούν έναν εκκινητή ιικής πρωτεΐνης που εκκινεί τη δική του ιική πολυμεράση DNA (Εικ. 4.8Β). Οι πολυμεράσες κυτταρικού DNA χρησιμοποιούνται από πολυοϊούς και ιούς θηλωμάτων, ενώ όλοι οι άλλοι ιοί dsDNA κωδικοποιούν τις δικές τους πολυμεράσες DNA για να αναπαράγουν το γονιδίωμα του ιού. Πολλά άλλα κυτταρικά ένζυμα και πρωτεΐνες απαιτούνται για τη σύνθεση του DNA και οι ιοί εξαρτώνται από αυτά σε διάφορους βαθμούς, ανάλογα με τον συγκεκριμένο ιό. Οι ιοί ευλογιάς αποτελούν μια αξιοσημείωτη εξαίρεση σε αυτό: κωδικοποιούν όλες τις πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για την αντιγραφή του DNA. Στην πραγματικότητα, κωδικοποιούν επίσης τις πρωτεΐνες που απαιτούνται για τη μεταγραφή του RNA, και έτσι, σε αντίθεση με όλους τους άλλους ιούς dsDNA, δεν χρειάζεται να εισέλθουν στον πυρήνα ενός κυττάρου ξενιστή ούτε για αντιγραφή γονιδιώματος ούτε για μεταγραφή και επεξεργασία ιικών γονιδίων, επιτρέποντας η αντιγραφή τους να γίνει εξ ολοκλήρου στο κυτταρόπλασμα.

Οι πολυμεράσες DNA δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν de novo σύνθεση και έτσι χρειάζονται έναν εκκινητή για να αναπαράγουν το DNA. Ορισμένοι ιοί εκμεταλλεύονται την κυτταρική πριμάση για να δημιουργήσουν εκκινητές (Α), ενώ άλλοι ιοί, όπως οι αδενοϊοί, κωδικοποιούν ένα πρωτεϊνικό αστάρι που υπερισχύει της δικής του πολυμεράσης DNA (Β). Στη διαδικασία της αυτο-εκκίνησης, τα γονιδιώματα ssDNA των παρβοϊών αναδιπλώνονται και σχηματίζουν άκρα φουρκέτας που λειτουργούν ως εκκινητής για την πολυμεράση DNA ξενιστή (C).


ALEVEL BIO αντιγραφή dna

Πότε η πολυμεράση DNA λειτουργεί μόνο από την κατεύθυνση 5 'έως 3'; είναι κάτι που μόλις αποδέχτηκα, αλλά είμαι πραγματικά περίεργος για το γιατί συμβαίνει αυτό.
παρακαλώ μπορεί κάποιος να μου το εξηγήσει με πολύ απλά λόγια;
Σας ευχαριστώ για τη βοήθειά σας!

Όχι αυτό που ψάχνεις; Δοκιμάστε & hellip

Νομίζω ότι έχει να κάνει με το ενεργό σημείο πολυμεράσης DNA που είναι μόνο συμπληρωματικό με το 3' άκρο
Επομένως, κάθε κλώνος διπλής έλικας DNA είναι απέναντι, δηλαδή το ένα άκρο είναι 3 '--- 5' και το άλλο 5 '--- 3'
Η πολυμεράση DNA θα προσθέσει μόνο νουκλεοτίδια στο 3 'άκρο γιατί είναι συμπληρωματική μόνο σε αυτό το άκρο
και το νουκλεοτίδιο που θα έφερνε και θα "δουλεύει" θα πρέπει να είναι 5 "

(Αρχική ανάρτηση από moriyanu)
Νομίζω ότι έχει να κάνει με το ότι η ενεργή θέση της πολυμεράσης DNA είναι συμπληρωματική μόνο στο 3 'άκρο
Επομένως, κάθε κλώνος διπλής έλικας DNA είναι απέναντι, δηλαδή το ένα άκρο είναι 3 '--- 5' και το άλλο 5 '--- 3'
Η πολυμεράση DNA θα προσθέσει μόνο νουκλεοτίδια στο 3 'άκρο γιατί είναι συμπληρωματική μόνο σε αυτό το άκρο
και το νουκλεοτίδιο που θα έφερνε και θα "δουλεύει" θα πρέπει να είναι 5 "

(Αρχική ανάρτηση από lane_in_pain)
Πότε λειτουργεί η DNA πολυμεράση μόνο από την κατεύθυνση 5' προς 3'; είναι κάτι που μόλις αποδέχτηκα, αλλά είμαι πραγματικά περίεργος γιατί συμβαίνει αυτό.
παρακαλώ μπορεί κάποιος να μου το εξηγήσει με πολύ απλά λόγια;
Σας ευχαριστώ για τη βοήθειά σας!

Είμαι στο έτος 13 και έχω αφιερώσει πολύ χρόνο σε περιττές λεπτομέρειες όπως η εκμάθηση της χημείας στη βιολογία και η εκμάθηση θεμάτων χημείας σε πανεπιστήμιο όπως η σταθεροποίηση συντονισμού , που είναι πολύ πέρα ​​από το επίπεδο του μαθήματος. Δεν αξίζει να το κάνετε αυτό, αλλά μάλλον είναι πολύ καλύτερο να βεβαιωθείτε ότι ΚΑΤΕΧΕΙΤΕ κάθε διατύπωση, φράση κ.λπ., στα σχήματα σημάτων προδιαγραφών σας.

Αυτό που μαθαίνετε σε βαθμό βιοχημείας είναι 5 'έως 3'. Μπορώ να πω με βεβαιότητα 98% ότι δεν θα δοκιμαστεί ποτέ, και αν είναι, πιθανότατα θα εκδηλωθεί ως "σήμα AP" σε δείκτη 9, δηλαδή όπου υπάρχουν πολλές πιθανές απαντήσεις.


Φάση S και Αντιγραφή DNA

Την έναρξη

Ε. Coli η αντιγραφή του χρωμοσωμικού DNA ξεκινά μέσα σε μια περιοχή 245-bp, που ονομάζεται oriC. Αυτή η περιοχή περιέχει τέσσερις θέσεις δέσμευσης 9-bp για το Ε. Coli πρωτεΐνη έναρξης, DnaA. Σε κοντινή απόσταση υπάρχουν τρεις επαναλήψεις μιας ακολουθίας πλούσιας σε A/T 13 bp. oriC περιέχει επίσης συγκεκριμένες θέσεις δέσμευσης για δύο μικρές πρωτεΐνες που μοιάζουν με ιστόνη που ονομάζονται HU και IHF. Η αντιγραφή ξεκινά με τη συνεργατική δέσμευση 10 έως 20 μονομερών DnaA στις συγκεκριμένες θέσεις δέσμευσής τους (Εικ. 42.13). Για να είναι ενεργά, αυτά τα μονομερή πρέπει να έχουν δεσμευμένο ATP. Η δέσμευση του DnaA επιτρέπει το ξετύλιγμα του DNA στις επαναλήψεις των 13 bp, σε μια αντίδραση που απαιτεί πρωτεΐνες που μοιάζουν με ιστόνη. Στη συνέχεια, το DnaC συνδέεται με το DnaB και το συνοδεύει στο ξετυλιγμένο DNA. Το DnaB είναι η βασική ελικάση που θα οδηγήσει στην αναπαραγωγή του DNA ξετυλίγοντας τη διπλή έλικα, αλλά δεσμεύει ελάχιστα το DNA από μόνο του ελλείψει της συνοδείας του DnaC. Μόλις το DnaB προσδεθεί στο DNA, το DnaC απελευθερώνεται και η ελικάση μπορεί στη συνέχεια να αρχίσει να ξετυλίγει το DNA, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχουν ATP, SSB και DNA γυράση. Το SSB είναι μια μονόκλωνη πρωτεΐνη δέσμευσης DNA που σταθεροποιεί το ξετυλιγμένο DNA και η γυράση του DNA είναι μια τοποϊσομεράση (βλέπε κεφάλαιο 8) που αφαιρεί τη συστροφή που δημιουργείται όταν διαχωρίζονται οι δύο κλώνοι της διπλής έλικας.

ΕΙΚΟΝΑ 42.13 . ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΤΟΥ DNA ΣΤΟ ESCHERICHIA COLI.

ΕΝΑ, Αλληλουχίες DNA στο OriC. ΣΙ, Χαλάρωση της προέλευσης. ΝΤΟ, Δεσμευση ελικασας. ΡΕ, Το πρότυπο, τώρα έτοιμο για δέσμευση DNA πολυμεράσης. ADP, διφωσφορική αδενοσίνη ATP, τριφωσφορική αδενοσίνη SSB, μονόκλωνη πρωτεΐνη δέσμευσης DNA.

(Τροποποιήθηκε από Baker TA, Wickner SH. Genetics and enzymology of DNA replication in Escherichia coli. Annu Rev Genet. 199226:447–477.)


Δες το βίντεο: Transcription and Translation: From DNA to Protein (Νοέμβριος 2022).