กรดนิวคลีอิกมีบทบาทสำคัญในการรับรองกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ตัวแทนที่สำคัญของสารประกอบอินทรีย์กลุ่มนี้คือ DNA ซึ่งนำข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดและมีหน้าที่ในการสำแดงคุณสมบัติที่จำเป็น
การจำลองแบบคืออะไร
ในกระบวนการแบ่งเซลล์ จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณกรดนิวคลีอิกในนิวเคลียสเพื่อไม่ให้สูญเสียข้อมูลทางพันธุกรรมในกระบวนการ ในทางชีววิทยา การจำลองแบบคือการทำซ้ำของ DNA ผ่านการสังเคราะห์สายใหม่
วัตถุประสงค์หลักของกระบวนการนี้คือการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมไปยังเซลล์ลูกสาวโดยไม่เปลี่ยนแปลงโดยไม่มีการกลายพันธุ์ใดๆ
เอ็นไซม์และโปรตีนของการจำลองแบบ
ความซ้ำซ้อนของโมเลกุลดีเอ็นเอสามารถเปรียบเทียบได้กับกระบวนการเผาผลาญใดๆ ในเซลล์ ซึ่งต้องการโปรตีนที่เหมาะสม เนื่องจากการจำลองแบบเป็นองค์ประกอบสำคัญของการแบ่งเซลล์ในชีววิทยา จึงมีเปปไทด์เสริมจำนวนมากที่เกี่ยวข้อง
DNA polymerase เป็นเอนไซม์ทำซ้ำที่สำคัญที่สุดที่รับผิดชอบสำหรับการสังเคราะห์ลูกโซ่ของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ในกระบวนการจำลองแบบ จำเป็นต้องมีนิวคลีอิกไตรฟอสเฟต ซึ่งจะนำเบสนิวเคลียสมาทั้งหมด
เบสเหล่านี้เป็นโมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิก ดังนั้นทั้งสายโซ่ของโมเลกุลจึงถูกสร้างขึ้นจากพวกมัน DNA polymerase มีหน้าที่ในกระบวนการประกอบในลำดับที่ถูกต้อง มิฉะนั้น การกลายพันธุ์ทุกประเภทจะหลีกเลี่ยงไม่ได้
- Primase เป็นโปรตีนที่มีหน้าที่ในการสร้างไพรเมอร์บนสายโซ่แม่แบบ DNA ไพรเมอร์นี้เรียกอีกอย่างว่าไพรเมอร์ซึ่งมีโครงสร้างของอาร์เอ็นเอ สำหรับเอ็นไซม์ DNA polymerase การมีอยู่ของโมโนเมอร์ตั้งต้นเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งทำให้สามารถสังเคราะห์ต่อไปของสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์ทั้งหมดได้ ฟังก์ชั่นนี้ดำเนินการโดยไพรเมอร์และเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง
- เฮลิเคส (เฮลิเคส) สร้างส้อมจำลองซึ่งเป็นความแตกต่างของโซ่เมทริกซ์โดยการทำลายพันธะไฮโดรเจน ทำให้โพลีเมอเรสเข้าใกล้โมเลกุลได้ง่ายขึ้นและเริ่มสังเคราะห์
- โทพอยโซเมอเรส. หากคุณนึกภาพโมเลกุลดีเอ็นเอเป็นเชือกบิดตัว ในขณะที่โพลีเมอเรสเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ จะเกิดแรงดันบวกขึ้นเนื่องจากการบิดตัวที่แรง ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วยโทพอยโซเมอเรส เอ็นไซม์ที่ทำลายสายโซ่ในช่วงเวลาสั้นๆ และคลายโมเลกุลทั้งหมด หลังจากนั้นบริเวณที่เสียหายจะถูกเย็บติดกันอีกครั้งและ DNA ก็ไม่เครียด
- โปรตีน Ssb ยึดติดเหมือนคลัสเตอร์กับสาย DNA ที่ส้อมการจำลองเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดพันธะไฮโดรเจนขึ้นใหม่ก่อนสิ้นสุดกระบวนการทำซ้ำ
- ลีกาส. การทำงานของเอนไซม์ประกอบด้วยการเย็บชิ้นส่วนโอคาซากิบนเส้นใยที่ล้าหลังของโมเลกุลดีเอ็นเอ สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยการตัดไพรเมอร์ออกและใส่โมโนเมอร์กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเข้าไปแทน
ในทางชีววิทยา การจำลองแบบเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการแบ่งเซลล์ ดังนั้น การใช้โปรตีนและเอ็นไซม์ต่างๆ จึงจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์อย่างมีประสิทธิภาพและถูกต้อง
กลไกการทำซ้ำ
มี 3 ทฤษฎีที่อธิบายขั้นตอนการทำสำเนา DNA:
- อนุรักษ์นิยมกล่าวว่าโมเลกุลลูกสาวหนึ่งตัวของกรดนิวคลีอิกมีลักษณะเป็นเมทริกซ์ และโมเลกุลที่สองถูกสังเคราะห์ขึ้นมาใหม่ทั้งหมด
- กึ่งอนุรักษ์นิยมที่เสนอโดยวัตสันและคริก และยืนยันในปี 2500 ในการทดลองกับอีโคไล ทฤษฎีนี้บอกว่าโมเลกุลดีเอ็นเอของลูกสาวทั้งสองมีสายเก่าหนึ่งเส้นและสายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่อีกเส้น
- กลไกการกระจายอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีที่ว่าโมเลกุลของลูกสาวมีส่วนที่สลับกันตลอดความยาว ซึ่งประกอบด้วยโมโนเมอร์ทั้งเก่าและใหม่
ตอนนี้โมเดลกึ่งอนุรักษ์นิยมที่ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว การจำลองแบบในระดับโมเลกุลคืออะไร? ในตอนเริ่มต้น เฮลิเคสจะทำลายพันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลดีเอ็นเอ จึงเป็นการเปิดสายโซ่ทั้งสองสำหรับเอนไซม์พอลิเมอเรส อย่างหลัง หลังจากการก่อตัวของเมล็ด ให้เริ่มสังเคราะห์โซ่ใหม่ในทิศทางที่ 5'-3'
คุณสมบัติของการต้านการขนานกันของ DNA เป็นสาเหตุหลักของการเกิดเส้นนำและเส้นที่ล้าหลัง บนเส้นชั้นนำ DNA polymerase เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในขณะที่อยู่ด้านหลังมันก่อตัวเป็นชิ้นส่วนของ Okazaki ซึ่งจะรวมเข้าด้วยกันโดย ligase ในอนาคต
คุณสมบัติของการจำลอง
หลังจากการจำลองแบบมีโมเลกุล DNA กี่โมเลกุล? กระบวนการนี้แสดงถึงการเพิ่มชุดยีนของเซลล์เป็นสองเท่า ดังนั้นในช่วงระยะเวลาสังเคราะห์ของไมโทซิส ชุดดิพลอยด์จึงมีโมเลกุลดีเอ็นเอมากเป็นสองเท่า รายการดังกล่าวมักจะถูกทำเครื่องหมายเป็น 2n 4c.
นอกจากความหมายทางชีวภาพของการจำลองแบบแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังได้ค้นพบการประยุกต์ใช้กระบวนการนี้ในด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ต่างๆ หากการจำลองแบบทางชีววิทยาเป็นการทำซ้ำของ DNA ดังนั้นในห้องปฏิบัติการ การทำซ้ำของโมเลกุลกรดนิวคลีอิกจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสำเนาหลายพันชุด
วิธีนี้เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) กลไกของกระบวนการนี้คล้ายกับการจำลองแบบในวิฟ ดังนั้นจึงใช้เอนไซม์และระบบบัฟเฟอร์ที่คล้ายคลึงกันในหลักสูตร
สรุป
การจำลองแบบมีความสำคัญทางชีวภาพอย่างมากสำหรับสิ่งมีชีวิต การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างการแบ่งเซลล์จะไม่สมบูรณ์หากไม่มีการทำซ้ำของโมเลกุลดีเอ็นเอ ดังนั้นการประสานงานของเอนไซม์จึงมีความสำคัญในทุกขั้นตอน