ԴՆԹ-ի մոլեկուլը քրոմոսոմի վրա հայտնաբերված կառուցվածք է: Մեկ քրոմոսոմը պարունակում է մեկ այդպիսի մոլեկուլ, որը բաղկացած է երկու թելերից։ ԴՆԹ-ի կրկնօրինակումը տեղեկատվության փոխանցումն է թելերի ինքնավերարտադրումից հետո մեկ մոլեկուլից մյուսը: Այն բնորոշ է ինչպես ԴՆԹ-ին, այնպես էլ ՌՆԹ-ին: Այս հոդվածը քննարկում է ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման գործընթացը։
Ընդհանուր տեղեկություններ և ԴՆԹ-ի սինթեզի տեսակները
Հայտնի է, որ մոլեկուլում թելերը ոլորված են։ Սակայն, երբ սկսվում է ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման գործընթացը, դրանք հուսահատվում են, հետո շարժվում դեպի կողքերը, և յուրաքանչյուրի վրա նոր օրինակ է սինթեզվում։ Ավարտելուց հետո հայտնվում են երկու բացարձակապես նույնական մոլեկուլներ, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մայրական և դուստր թել։ Այս սինթեզը կոչվում է կիսապահպանողական։ ԴՆԹ-ի մոլեկուլները հեռանում են՝ մնալով մեկ ցենտրոմերում և վերջապես շեղվում են միայն այն ժամանակ, երբ այս ցենտրոմերն սկսում է բաժանվել։
Սինթեզի մեկ այլ տեսակ կոչվում է ռեպարատիվ: Նա, ի տարբերություն նախորդի,կապված ցանկացած բջջային փուլի հետ, բայց սկսվում է այն ժամանակ, երբ ԴՆԹ-ի վնաս է տեղի ունենում: Եթե դրանք չափազանց ընդարձակ են, ապա բջիջն ի վերջո մահանում է: Սակայն, եթե վնասը տեղայնացված է, ապա այն հնարավոր է վերականգնել։ Կախված խնդրից, ԴՆԹ-ի մեկ կամ երկու շղթա ենթակա է վերականգնման: Սա, ինչպես նաև կոչվում է, չպլանավորված սինթեզը երկար ժամանակ չի պահանջում և էներգիայի մեծ ծախսեր չի պահանջում։
Բայց երբ տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի կրկնօրինակում, շատ էներգիա, նյութ է սպառվում, դրա տևողությունը ձգվում է ժամերով։
Կրկնօրինակումը բաժանվում է երեք ժամանակաշրջանի.
- սկսում;
- երկարացում;
- դադարեցում.
Եկեք ավելի ուշադիր նայենք այս ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման հաջորդականությանը:
Նախաձեռնում
Մարդու ԴՆԹ-ում կան մի քանի տասնյակ միլիոն բազային զույգեր (կենդանիների մեջ կա ընդամենը հարյուր ինը): ԴՆԹ-ի կրկնօրինակումը սկսվում է շղթայի շատ տեղերում հետևյալ պատճառներով. Մոտավորապես միևնույն ժամանակ տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում ՌՆԹ-ում, սակայն այն որոշ առանձին վայրերում կասեցվում է ԴՆԹ սինթեզի ժամանակ։ Ուստի նման գործընթացից առաջ բջջի ցիտոպլազմայում բավական քանակությամբ նյութ է կուտակվում, որպեսզի պահպանվի գենի էքսպրեսիան և չխախտվի բջջի կենսագործունեությունը։ Հաշվի առնելով դա՝ գործընթացը պետք է իրականացվի հնարավորինս արագ։ Այս ընթացքում հեռարձակվում է, իսկ արտագրում չի կատարվում։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ԴՆԹ-ի կրկնօրինակումը տեղի է ունենում միանգամից մի քանի հազար կետերում՝ փոքր տարածքներում որոշակինուկլեոտիդների հաջորդականություն. Նրանց միանում են հատուկ նախաձեռնող սպիտակուցներ, որոնք իրենց հերթին միանում են ԴՆԹ-ի վերարտադրման այլ ֆերմենտներով:
ԴՆԹ-ի հատվածը, որտեղ տեղի է ունենում սինթեզ, կոչվում է ռեպլիկոն: Այն սկսվում է սկզբնական կետից և ավարտվում, երբ ֆերմենտը ավարտում է վերարտադրությունը: Replicon-ն ինքնավար է և նաև ապահովում է ամբողջ գործընթացը իր սեփական աջակցությամբ:
Գործընթացը կարող է չսկսվել միանգամից բոլոր կետերից, ինչ-որ տեղ այն սկսվում է ավելի վաղ, ինչ-որ տեղ ավելի ուշ; կարող է հոսել մեկ կամ երկու հակառակ ուղղություններով: Իրադարձություններն առաջանում են հետևյալ հաջորդականությամբ՝
- կրկնօրինակման պատառաքաղ;
- ՌՆԹ այբբենարան.
կրկնօրինակման պատառաքաղ
Այս մասն այն գործընթացն է, որով դեզօքսիռիբոնուկլեինային շղթաները սինթեզվում են ԴՆԹ-ի անջատված շղթաների վրա: Պատառաքաղները ձևավորում են այսպես կոչված կրկնօրինակման աչքը: Գործընթացին նախորդում են մի շարք գործողություններ՝
- ազատում նուկլեոսոմում գտնվող հիստոններին կապվելուց. ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման ֆերմենտները, ինչպիսիք են մեթիլացումը, ացետիլացումը և ֆոսֆորիլացումը, առաջացնում են քիմիական ռեակցիաներ, որոնք հանգեցնում են սպիտակուցների կորստի իրենց դրական լիցքին, ինչը հեշտացնում է դրանց արտազատումը;
- հուսահատությունը լուծարումն է, որն անհրաժեշտ է թելերը հետագայում ազատելու համար;
- ջրածնային կապերի խզում ԴՆԹ-ի շղթաների միջև;
- դրանց տարբերությունը մոլեկուլի տարբեր ուղղություններով;
- ֆիքսում SSB սպիտակուցներով:
ՌՆԹ այբբենարան
Սինթեզն իրականացվում էԴՆԹ պոլիմերազ կոչվող ֆերմենտ: Սակայն նա չի կարող ինքնուրույն սկսել, ուստի դա անում են այլ ֆերմենտներ՝ ՌՆԹ պոլիմերազներ, որոնք կոչվում են նաև ՌՆԹ պրայմերներ։ Կոմպլեմենտար սկզբունքով սինթեզվում են դեզօքսիռիբոնուկլեինաթելերի հետ զուգահեռ։ Այսպիսով, սկիզբն ավարտվում է երկու ՌՆԹ պրիմերի սինթեզով երկու ԴՆԹ շղթաների վրա, որոնք կոտրված և անջատված են տարբեր ուղղություններով:
Երկարացում
Այս շրջանը սկսվում է նուկլեոտիդի ավելացումով և ՌՆԹ այբբենարանի 3' ծայրով, որն իրականացվում է արդեն նշված ԴՆԹ պոլիմերազի միջոցով։ Առաջինին նա միացնում է երկրորդ, երրորդ նուկլեոտիդը և այլն։ Նոր շղթայի հիմքերը ջրածնային կապերով կապված են մայր շղթայի հետ։ Ենթադրվում է, որ թելերի սինթեզն ընթանում է 5'-3' ուղղությամբ:
Այնտեղ, որտեղ այն տեղի է ունենում դեպի վերարտադրման պատառաքաղ, սինթեզը շարունակաբար ընթանում է և երկարաձգվում է, երբ դա տեղի է ունենում: Հետեւաբար, նման շարանը կոչվում է առաջատար կամ առաջատար: ՌՆԹ այբբենարաններն այլևս չեն ձևավորվում դրա վրա։
Սակայն հակառակ մայրական շղթայի վրա ԴՆԹ նուկլեոտիդները շարունակում են կցել ՌՆԹ այբբենարանին, և դեզօքսիռիբոնուկլեինային շղթան սինթեզվում է կրկնօրինակման պատառաքաղից հակառակ ուղղությամբ: Այս դեպքում դա կոչվում է ուշացում կամ ուշացում։
Հետամնաց շղթայի վրա սինթեզը տեղի է ունենում հատվածաբար, որտեղ մի հատվածի վերջում սինթեզը սկսվում է մոտակա մեկ այլ վայրում՝ օգտագործելով նույն ՌՆԹ այբբենարանը: Այսպիսով, հետաձգված շղթայի վրա կա երկու բեկոր, որոնք կապված են ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի միջոցով: Դրանք կոչվում են Օկազակիի բեկորներ։
Հետո ամեն ինչ կրկնվում է։Այնուհետև պարույրի ևս մեկ պտույտ է արձակվում, ջրածնային կապերը կոտրվում են, շղթաները շեղվում են դեպի կողքերը, առաջատար շարանը երկարանում է, ուշացածի վրա սինթեզվում է ՌՆԹ այբբենարանի հաջորդ բեկորը, որից հետո Օկազակիի բեկորը։ Դրանից հետո, հետաձգված շղթայի վրա, ՌՆԹ պրայմերները ոչնչացվում են, և ԴՆԹ-ի բեկորները միավորվում են մեկի մեջ: Այսպիսով, այս միացումում տեղի է ունենում միաժամանակ՝
- նոր ՌՆԹ պրայմերների ձևավորում;
- Օկազակիի բեկորների սինթեզ;
- ՌՆԹ պրայմերների ոչնչացում;
- վերամիավորում մեկ միասնական շղթայի մեջ:
դադարեցում
Գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև երկու կրկնօրինակման պատառաքաղները հանդիպեն, կամ դրանցից մեկը հասնի մոլեկուլի վերջը: Պատառաքաղների հանդիպումից հետո ԴՆԹ-ի դուստր շղթաները միանում են ֆերմենտով: Այն դեպքում, երբ պատառաքաղը տեղափոխվել է մոլեկուլի ծայրը, ԴՆԹ-ի կրկնօրինակումն ավարտվում է հատուկ ֆերմենտների օգնությամբ։
Ուղղում
Այս գործընթացում կարևոր դեր է տրվում կրկնօրինակման վերահսկմանը (կամ ուղղմանը): Բոլոր չորս տեսակի նուկլեոտիդները մատակարարվում են սինթեզի վայր, և փորձնական զուգակցման միջոցով ԴՆԹ պոլիմերազն ընտրում է անհրաժեշտները:
Ցանկալի նուկլեոտիդը պետք է կարողանա ձևավորել այնքան ջրածնային կապեր, որքան նույն նուկլեոտիդը ԴՆԹ-ի կաղապարի շղթայի վրա: Բացի այդ, շաքարաֆոսֆատ ողնաշարի միջև պետք է լինի որոշակի մշտական հեռավորություն, որը համապատասխանում է երկու հիմքի երեք օղակներին: Եթե նուկլեոտիդը չի բավարարում այս պահանջներին, կապը տեղի չի ունենա։
Վերահսկումն իրականացվում է շղթայում ընդգրկվելուց առաջ և մինչևհաջորդ նուկլեոտիդի ներառումը. Դրանից հետո շաքարի ֆոսֆատի ողնաշարում կապ է առաջանում։
Մուտացիոն տատանումներ
ԴՆԹ-ի վերարտադրման մեխանիզմը, չնայած ճշգրտության բարձր տոկոսին, միշտ ունենում է թելերի խանգարումներ, որոնք հիմնականում կոչվում են «գենային մուտացիաներ»։ Մոտավորապես հազար բազային զույգ ունի մեկ սխալ, որը կոչվում է փոփոխական կրկնօրինակում:
Դա տեղի է ունենում տարբեր պատճառներով: Օրինակ՝ նուկլեոտիդների բարձր կամ չափազանց ցածր կոնցենտրացիայի դեպքում ցիտոզինի դեամինացումը, սինթեզի տարածքում մուտագենների առկայությունը և այլն։ Որոշ դեպքերում սխալները կարող են շտկվել փոխհատուցման գործընթացներով, որոշ դեպքերում ուղղումը անհնար է դառնում:
Եթե վնասը դիպել է ոչ ակտիվ վայրին, ապա սխալը լուրջ հետևանքներ չի ունենա, երբ տեղի ունենա ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման գործընթացը: Որոշակի գենի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը կարող է հայտնվել անհամապատասխանությամբ: Հետո իրավիճակն այլ է, և թե՛ այս բջջի մահը, թե՛ ողջ օրգանիզմի մահը կարող է բացասական արդյունք դառնալ։ Պետք է նաև հաշվի առնել, որ գենային մուտացիաները հիմնված են մուտացիոն փոփոխականության վրա, ինչը գենոֆոնդն ավելի պլաստիկ է դարձնում։
մեթիլացում
Սինթեզի պահին կամ դրանից անմիջապես հետո տեղի է ունենում շղթայի մեթիլացում։ Ենթադրվում է, որ մարդկանց մոտ այս գործընթացն անհրաժեշտ է քրոմոսոմներ ձևավորելու և գեների տրանսկրիպցիան կարգավորելու համար։ Բակտերիաներում այս գործընթացը պաշտպանում է ԴՆԹ-ն ֆերմենտների կողմից կտրվելուց:
