VAD ÄR REPLIKATIONSGAFFELN? - BIOLOGI - 2025

Den replikationsgaffeln är den punkt vid vilken DNA-replikering sker, är det också kallas tillväxtpunkten. Den är Y-formad och när replikering äger rum rör sig hårnålen genom DNA-molekylen.

DNA-replikation är den cellulära processen som involverar duplicering av genetiskt material i cellen. Strukturen för DNA är en dubbel spiral, och för att replikera dess innehåll måste den öppnas. Var och en av strängarna kommer att ingå i den nya DNA-kedjan, eftersom replikering är en semikonservativ process.

Källa: Masur baserat på Gluon (spansk version av Alejandro Porto)

Replikationsgaffeln bildas exakt mellan övergången mellan den nyligen separerade mallen eller mallsträngarna och duplex-DNA som ännu inte har kopierats. När man initierar DNA-replikering kan en av strängarna enkelt dupliceras, medan den andra strängen står inför ett polaritetsproblem.

Enzymet som ansvarar för att polymerisera kedjan - DNA-polymeras - syntetiserar endast DNA-strängen i 5'-3 '-riktningen. Således är den ena strängen kontinuerlig och den andra genomgår diskontinuerlig replikering, vilket alstrar Okazaki-fragment.

DNA-replikering och replikationsgaffel

DNA är molekylen som lagrar nödvändig genetisk information för alla levande organismer - med undantag för vissa virus.

Denna enorma polymer som består av fyra olika nukleotider (A, T, G och C) ligger i kärnan hos eukaryoter, i var och en av cellerna som utgör vävnaderna från dessa varelser (utom i mogna röda blodkroppar hos däggdjur, som saknar kärna).

Varje gång en cell delar sig måste DNA replikeras för att skapa en dottercell med genetiskt material.

Envägs och tvåvägs replikering

Replikering kan vara enkelriktad eller dubbelriktad, beroende på bildningen av replikationsgaffeln vid utgångspunkten.

Logiskt, när det gäller replikering i en riktning, bildas endast en hårnål, medan i dubbelriktad replikation, två hårnålar bildas.

Enzymer inblandade

För denna process krävs en komplex enzymatisk maskin som fungerar snabbt och som kan replikera DNA exakt. De viktigaste enzymerna är DNA-polymeras, DNA-primas, DNA-helikas, DNA-ligas och topoisomeras.

Start av replikering och hårnålbildning

DNA-replikation startar inte på någon slumpmässig plats i molekylen. Det finns specifika regioner i DNA som markerar början på replikering.

I de flesta bakterier har bakteriekromosomen en enda AT-rik startpunkt. Denna komposition är logisk, eftersom den underlättar öppningen av regionen (AT-paren är förenade med två vätebindningar, medan GC-paret med tre).

När DNA börjar öppnas, bildas en Y-formad struktur: replikationsgaffeln.

Gaffelförlängning och rörelse

DNA-polymeras kan inte starta dotterkedjasyntes från början. Du behöver en molekyl som har en 3'-ände så att polymeraset har en plats att börja polymerisera.

Detta fria 3'-slut erbjuds av en liten nukleotidmolekyl som kallas grunning eller primer. Den första fungerar som en slags krok för polymeraset.

Under replikering har replikationsgaffeln förmågan att röra sig längs DNA: t. Genomgång av replikationsgaffeln lämnar två en-band-DNA-molekyler som styr bildningen av dubbelbandsdottermolekylerna.

Hårnålen kan röra sig framåt tack vare verkan av heliksenzymer som avlindrar DNA-molekylen. Detta enzym bryter vätebindningarna mellan basparen och låter hårnålen röra sig.

Uppsägning

Replikationen är fullständig när de två hårnålarna är vid 180 ° C från ursprunget.

I det här fallet talar vi om hur replikationsprocessen flyter i bakterier och det är nödvändigt att belysa hela torsionsprocessen för den cirkulära molekylen som replikering innebär. Topoisomeraser spelar en viktig roll i avvecklingen av molekylen.

DNA-replikation är semikonservativ

Har du någonsin undrat hur replikering inträffar i DNA? Med andra ord, en dubbel helix måste komma ut från dubbel helix, men hur händer det? Under flera år var detta en öppen fråga bland biologer. Det kan finnas flera permutationer: två gamla trådar tillsammans och två nya trådar tillsammans, eller en ny tråd och en gammal för att bilda den dubbla spiralen.

1957 besvarades denna fråga av forskarna Matthew Meselson och Franklin Stahl. Replikeringsmodellen som föreslagits av författarna var den semi-konservativa.

Meselson och Stahl hävdade att resultatet av replikering är två DNA-dubbla helixmolekyler. Var och en av de resulterande molekylerna består av en gammal tråd (från moder- eller initialmolekylen) och en ny syntetiserad ny tråd.

Problemet med polaritet

Hur fungerar polymeras?

DNA-spiralen består av två kedjor som kör antiparallell: en går i 5'-3 '-riktningen och den andra 3'-5'.

Det mest framträdande enzymet i replikationsprocessen är DNA-polymeras, som ansvarar för att katalysera föreningen av de nya nukleotiderna som kommer att läggas till kedjan. DNA-polymeras kan endast förlänga kedjan i 5'-3'-riktningen. Detta faktum hindrar samtidig kopiering av kedjorna i replikationsgaffeln.

Varför? Tillsatsen av nukleotider sker vid den fria änden 3 'där det finns en hydroxylgrupp (-OH). Således kan endast en av strängarna lätt förstärkas genom terminal tillsats av nukleotiden till 3'-änden. Detta kallas en ledande eller kontinuerlig tråd.

Produktion av Okazaki-skärvor

Den andra strängen kan inte vara långsträckt, eftersom den fria änden är 5 'och inte 3' och inget polymeras katalyserar tillsatsen av nukleotider till 5'-änden. Problemet löses med syntesen av flera korta fragment (från 130 till 200 nukleotider), var och en i normal replikationsriktning från 5´ till 3´.

Denna diskontinuerliga syntes av fragment slutar med sammanslagningen av var och en av delarna, en reaktion katalyserad av DNA-ligas. Till hedern för upptäckaren av denna mekanism, Reiji Okazaki, kallas de små syntetiserade segmenten Okazaki-fragment.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikering: identifiera bitarna för att lösa ett pussel. Genetik, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylär inställning. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flera funktioner av DNA-polymeraser. Kritiska recensioner inom växtvetenskap, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). gener IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funktioner för eukaryota DNA-polymeraser. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraser: strukturell mångfald och vanliga mekanismer. Journal of Biologisk kemi, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Molekylärbiologi av genen. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturell jämförelse av DNA-polymerasarkitektur antyder en nukleotidport till det polymerasaktiva stället. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.