DNA je genetický materiál, který definuje každou buňku. Před a buňka duplikáty a je rozdělena na nové dceřiné buňky prostřednictvím jednoho mitóza nebo redukční dělení buněk, biomolekuly a organely musí být zkopírovány, aby byly distribuovány mezi buňkami. DNA, nalezená uvnitř jádro, musí být replikovány, aby bylo zajištěno, že každá nová buňka obdrží správný počet chromozomy. Nazývá se proces duplikace DNA replikace DNA. Replikace následuje několik kroků, které zahrnují více proteiny nazývané replikační enzymy a RNA. V eukaryotických buňkách, jako je živočišné buňky a rostlinné buňkyV DNA se vyskytuje replikace DNA S fáze mezifáze Během buněčný cyklus. Proces replikace DNA je životně důležitý pro růst, opravy a reprodukci buněk v organismech.
DNA nebo kyselina deoxyribonukleová je typ molekuly známý jako a nukleová kyselina. Skládá se z 5-uhlíkového deoxyribosového cukru, fosfátu a dusíkaté báze. Dvouvláknová DNA se skládá ze dvou spirálních řetězců nukleových kyselin, které jsou zkroucené do a
dvojitá spirála tvar. Toto zkroucení umožňuje DNA být kompaktnější. Aby se vešly do jádra, je DNA zabalena do pevně svinutých struktur zvaných chromatin. Chromatin se kondenzuje chromozomy během dělení buněk. Před replikací DNA se chromatin uvolňuje, což umožňuje stroji pro replikaci buněk přístup k řetězcům DNA.Před replikací DNA musí být dvouřetězcová molekula „rozzipována“ do dvou jednoduchých řetězců. DNA má čtyři báze adenin (A), tymín (T), cytosin (C) a guanina (G) které tvoří páry mezi těmito dvěma prameny. Adenin se páruje pouze s tyminem a cytosin se váže pouze s guaninem. Aby bylo možné uvolnit DNA, musí být tyto interakce mezi páry bází přerušeny. To se provádí enzymem známým jako DNA helikáza. DNA helicase narušuje vodíkové vazby mezi páry bází pro oddělení vláken do tvaru Y známého jako replikační vidlice. Tato oblast bude šablonou pro zahájení replikace.
DNA je směr v obou řetězcích, označený 5 'a 3' koncem. Tento zápis označuje, která postranní skupina je připojena k páteři DNA. 5 'konec má připojenou fosfátovou (P) skupinu, zatímco 3 'konec má připojenou hydroxylovou (OH) skupinu. Tato směrovost je důležitá pro replikaci, protože postupuje pouze ve směru 5 'až 3'. Replikační vidlice je však obousměrná; jeden řetězec je orientován ve směru 3 'až 5' (hlavní řetězec) zatímco druhý je orientován 5 'na 3' (zaostávající řetězec). Obě strany jsou proto replikovány dvěma různými procesy, aby se přizpůsobily směrovým rozdílům.
Hlavní řetězec je nejjednodušší replikace. Jakmile jsou řetězce DNA odděleny, krátký kousek RNA volal a primer se váže na 3 'konec vlákna. Primer se vždy váže jako výchozí bod pro replikaci. Primery jsou vytvářeny enzymem DNA primáza.
Enzymy známé jako DNA polymerázy jsou zodpovědní za vytvoření nového řetězce procesem zvaným elongace. Existuje pět různých známých typů DNA polymeráz bakterie a lidské buňky. U bakterií, jako je E. coli, polymeráza III je hlavním replikačním enzymem, zatímco polymeráza I, II, IV a V jsou zodpovědné za kontrolu a opravu chyb. DNA polymeráza III se váže na vlákno v místě primeru a během replikace začíná přidávat nové páry bází komplementární k vláknu. V eukaryotických buňkách jsou polymerázy alfa, delta a epsilon primárními polymerázami zapojenými do replikace DNA. Protože replikace probíhá ve směru 5 'až 3' na vodícím prameni, je nově vytvořený pramen kontinuální.
zaostávající pramen začíná replikaci vazbou s více primery. Každý primer je od sebe vzdálen jen několik bází. DNA polymeráza pak přidá kousky DNA, tzv Fragmenty Okazaki, k pramenu mezi primery. Tento proces replikace je nespojitý, protože nově vytvořené fragmenty jsou odděleny.
Jakmile se vytvoří jak kontinuální, tak diskontinuální řetězce, enzym se nazývá exonukleáza odstraní všechny RNA primery z původních řetězců. Tyto primery jsou poté nahrazeny vhodnými bázemi. Další exonukleáza „koriguje“ nově vytvořenou DNA pro kontrolu, odstranění a nahrazení případných chyb. Nazval se další enzym DNA ligáza spojuje fragmenty Okazaki dohromady a tvoří jediný sjednocený řetězec. Konce lineární DNA představují problém, protože DNA polymeráza může přidávat nukleotidy pouze ve směru 5 'až 3'. Konce rodičovských řetězců sestávají z opakovaných sekvencí DNA nazývaných telomery. Telomery fungují jako ochranné čepičky na konci chromozomů, aby zabránily roztavení blízkých chromozomů. Speciální typ enzymu DNA polymerázy nazývaný telomeráza katalyzuje syntézu telomerových sekvencí na koncích DNA. Po dokončení se rodičovský řetězec a jeho komplementární řetězec DNA stočí do známého dvojitá spirála tvar. Nakonec replikace vytvoří dvě DNA molekuly, každý s jedním vláknem z rodičovské molekuly a jedním novým vláknem.
Replikace DNA je identická DNA helixy z jedné dvouřetězcové molekuly DNA. Každá molekula sestává z vlákna z původní molekuly a nově vytvořeného vlákna. Před replikací se DNA odvíjí a oddělí se vlákna. Vytvoří se replikační vidlička, která slouží jako šablona pro replikaci. Primery se vážou k DNA a DNA polymerázy přidávají nové nukleotidové sekvence ve směru 5 'až 3'.
Tento přídavek je spojitý ve vedoucím řetězci a fragmentován v zaostávajícím řetězci. Jakmile je prodloužení řetězců DNA dokončeno, jsou vlákna zkontrolována na chyby, provedeny opravy a na konce DNA jsou přidány telomerové sekvence.