โมเลกุลดีเอ็นเอเป็นโครงสร้างที่พบในโครโมโซม โครโมโซมหนึ่งมีโมเลกุลดังกล่าวซึ่งประกอบด้วยสองเส้น การทำซ้ำของ DNA คือการถ่ายโอนข้อมูลหลังจากการสืบพันธุ์ของเธรดจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งด้วยตนเอง มันมีอยู่ในทั้ง DNA และ RNA บทความนี้กล่าวถึงกระบวนการทำซ้ำ DNA
ข้อมูลทั่วไปและประเภทของการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเกลียวในโมเลกุลนั้นบิดเบี้ยว อย่างไรก็ตาม เมื่อกระบวนการสร้างซ้ำของ DNA เริ่มต้นขึ้น พวกมันจะสลายตัว จากนั้นเคลื่อนไปด้านข้าง และสำเนาใหม่จะถูกสังเคราะห์ขึ้นในแต่ละส่วน เมื่อเสร็จสิ้น โมเลกุลที่เหมือนกันทุกประการจะปรากฏขึ้น โดยแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยเส้นแม่และลูก การสังเคราะห์นี้เรียกว่ากึ่งอนุรักษ์นิยม โมเลกุลของดีเอ็นเอจะเคลื่อนตัวออกไป โดยยังคงอยู่ในเซนโทรเมียร์เพียงตัวเดียว และในที่สุดก็จะแยกตัวเมื่อเซนโทรเมียร์นี้เริ่มแบ่งตัวเท่านั้น
การสังเคราะห์อีกประเภทหนึ่งเรียกว่าการเยียวยา เขาไม่เหมือนครั้งก่อนเกี่ยวข้องกับระยะเซลล์ใด ๆ แต่เริ่มต้นเมื่อความเสียหายของ DNA เกิดขึ้น ถ้ามากเกินไป เซลล์ก็จะตายในที่สุด อย่างไรก็ตามหากความเสียหายมีการแปลก็สามารถซ่อมแซมได้ ขึ้นอยู่กับปัญหา DNA สายเดี่ยวหรือสองสายอาจได้รับการฟื้นฟู สิ่งนี้ตามที่เรียกกันว่าการสังเคราะห์ที่ไม่ได้กำหนดไว้ใช้เวลาไม่นานและไม่ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก
แต่เมื่อมีการทำซ้ำของดีเอ็นเอ พลังงานจำนวนมาก วัตถุดิบถูกใช้ไป ระยะเวลาของมันจะยืดออกไปเป็นชั่วโมง
การทำซ้ำแบ่งออกเป็นสามช่วงเวลา:
- การเริ่มต้น;
- ยืด;
- สิ้นสุด
มาดูลำดับการทำซ้ำของ DNA กันดีกว่า
การเริ่มต้น
DNA ของมนุษย์มีคู่เบสหลายสิบล้านคู่ (ในสัตว์มีเพียงหนึ่งร้อยเก้าตัว) การทำซ้ำของ DNA เริ่มต้นในหลาย ๆ ที่ในห่วงโซ่ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้ ในเวลาเดียวกัน การถอดรหัสเกิดขึ้นใน RNA แต่จะถูกระงับในบางแห่งระหว่างการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ดังนั้น ก่อนกระบวนการดังกล่าว สารในปริมาณที่เพียงพอจะสะสมในไซโตพลาสซึมของเซลล์ เพื่อรักษาการแสดงออกของยีนและเพื่อไม่ให้กิจกรรมที่สำคัญของเซลล์ถูกรบกวน ด้วยเหตุนี้จึงควรดำเนินการตามขั้นตอนโดยเร็วที่สุด มีการออกอากาศในช่วงเวลานี้ และไม่มีการถอดความ จากการศึกษาพบว่าการทำซ้ำของ DNA เกิดขึ้นพร้อมกันในจุดหลายพันจุด - พื้นที่ขนาดเล็กที่มีบางส่วนลำดับของนิวคลีโอไทด์ พวกมันถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยโปรตีนริเริ่มพิเศษ ซึ่งจะรวมเข้ากับเอ็นไซม์อื่นๆ ของการจำลองดีเอ็นเอ
DNA Fragment ที่เกิดการสังเคราะห์ขึ้นเรียกว่า Replican มันเริ่มต้นจากจุดเริ่มต้นและสิ้นสุดเมื่อเอ็นไซม์ทำซ้ำเสร็จสมบูรณ์ ตัวจำลองเป็นแบบอิสระและยังให้การสนับสนุนกระบวนการทั้งหมดด้วย
กระบวนการนี้อาจไม่ได้เริ่มต้นจากทุกจุดในคราวเดียว ที่ไหนสักแห่งที่เริ่มต้นก่อน ที่ไหนสักแห่งในภายหลัง สามารถไหลในทิศทางตรงกันข้ามได้หนึ่งหรือสองทิศทาง เหตุการณ์จะเกิดขึ้นตามลำดับต่อไปนี้เมื่อสร้าง:
- ส้อมจำลอง;
- RNA ไพรเมอร์
ส้อมจำลอง
ส่วนนี้เป็นกระบวนการสังเคราะห์สายดีออกซีไรโบนิวคลีอิกบนสายดีเอ็นเอที่แยกออกมา ส้อมสร้างตาทำซ้ำที่เรียกว่า กระบวนการนำหน้าด้วยชุดของการกระทำ:
- ปลดปล่อยจากการผูกมัดกับฮิสโตนในนิวคลีโอโซม - เอ็นไซม์การจำลองซ้ำของ DNA เช่น methylation, acetylation และ phosphorylation ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้โปรตีนสูญเสียประจุบวก ซึ่งช่วยให้เกิดการปลดปล่อย
- despiralization คือการคลายเกลียวที่จำเป็นในการปล่อยเธรดต่อไป
- ทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างสาย DNA;
- เบี่ยงเบนไปในทิศทางต่าง ๆ ของโมเลกุล
- ตรึงด้วยโปรตีน SSB
RNA ไพรเมอร์
ดำเนินการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เรียกว่า DNA polymerase อย่างไรก็ตาม เขาไม่สามารถเริ่มได้ด้วยตัวเขาเอง ดังนั้นเอ็นไซม์อื่นๆ จึงทำ RNA polymerase ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าอาร์เอ็นเอไพรเมอร์ พวกมันถูกสังเคราะห์ควบคู่ไปกับสายดีออกซีไรโบนิวคลีอิกตามหลักการเสริม ดังนั้น การเริ่มต้นจึงจบลงด้วยการสังเคราะห์ไพรเมอร์ RNA สองตัวบนสาย DNA สองเส้นที่แตกและแยกออกจากกันในทิศทางที่ต่างกัน
การยืด
ช่วงนี้เริ่มต้นด้วยการเติมนิวคลีโอไทด์และส่วนปลาย 3' ของไพรเมอร์ RNA ซึ่งดำเนินการโดย DNA polymerase ที่กล่าวถึงแล้ว ในครั้งแรก เธอยึดนิวคลีโอไทด์ที่สอง ที่สาม เป็นต้น ฐานของเกลียวใหม่เชื่อมต่อกับสายแม่โดยพันธะไฮโดรเจน เชื่อกันว่าการสังเคราะห์เส้นใยดำเนินไปในทิศทางที่ 5'-3'
เมื่อมันเกิดขึ้นที่ทางแยกการจำลอง การสังเคราะห์จะดำเนินการอย่างต่อเนื่องและยืดออกเมื่อทำเช่นนั้น ดังนั้นเธรดดังกล่าวจึงเรียกว่านำหน้าหรือนำหน้า ไพรเมอร์ RNA จะไม่ก่อตัวอีกต่อไป
อย่างไรก็ตาม นิวคลีโอไทด์ของ DNA ยังคงเกาะติดกับไพรเมอร์ RNA บนสายแม่ที่อยู่ตรงข้าม และสายโซ่ดีออกซีไรโบนิวคลีอิกถูกสังเคราะห์ในทิศทางตรงกันข้ามจากส้อมทำซ้ำ ในกรณีนี้จะเรียกว่าล้าหลังหรือล้าหลัง
บนเส้นที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนนั้น การสังเคราะห์เกิดขึ้นอย่างเป็นชิ้นเป็นอัน โดยที่ส่วนท้ายของส่วนใดส่วนหนึ่ง การสังเคราะห์เริ่มต้นที่ไซต์อื่นใกล้เคียงโดยใช้ไพรเมอร์ RNA เดียวกัน ดังนั้นจึงมีชิ้นส่วนสองชิ้นบนเส้นที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนซึ่งเชื่อมต่อกันด้วย DNA และ RNA พวกมันถูกเรียกว่าชิ้นส่วนของโอคาซากิ
แล้วทุกอย่างก็เกิดซ้ำจากนั้นเกลียวอีกอันหนึ่งก็คลายออก พันธะไฮโดรเจนแตกออก เกลียวแยกไปด้านข้าง เกลียวนำจะยาวขึ้น ส่วนถัดไปของไพรเมอร์ RNA จะถูกสังเคราะห์บนส่วนที่ล้าหลัง หลังจากนั้นชิ้นส่วนโอกาซากิ หลังจากนั้นไพรเมอร์อาร์เอ็นเอจะถูกทำลายบนเส้นที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนและชิ้นส่วนดีเอ็นเอจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว ดังนั้นวงจรนี้จึงเกิดขึ้นพร้อมกัน:
- การก่อตัวของไพรเมอร์ RNA ใหม่;
- การสังเคราะห์ชิ้นส่วนโอกาซากิ;
- ทำลายไพรเมอร์อาร์เอ็นเอ;
- รวมเป็นหนึ่งเดียว
สิ้นสุด
กระบวนการจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งส้อมจำลองสองตัวมาบรรจบกัน หรือตัวใดตัวหนึ่งไปถึงจุดสิ้นสุดของโมเลกุล หลังจากที่ส้อมมาบรรจบกัน สาย DNA ของลูกสาวก็เชื่อมต่อกันด้วยเอ็นไซม์ ในกรณีที่ส้อมเคลื่อนไปที่ส่วนท้ายของโมเลกุล การจำลองดีเอ็นเอจะจบลงด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์พิเศษ
การแก้ไข
ในขั้นตอนนี้ มีบทบาทสำคัญในการควบคุม (หรือการแก้ไข) ของการทำซ้ำ นิวคลีโอไทด์ทั้งสี่ประเภทจะถูกส่งไปยังบริเวณที่สังเคราะห์ และโดยการจับคู่ทดลอง DNA polymerase จะเลือกชนิดที่จำเป็น
นิวคลีโอไทด์ที่ต้องการจะต้องสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้มากเท่ากับนิวคลีโอไทด์เดียวกันบนสายแม่แบบ DNA นอกจากนี้ ต้องมีระยะห่างคงที่ระหว่างแบ็คโบนน้ำตาลฟอสเฟต ซึ่งสอดคล้องกับวงแหวนสามวงในสองเบส หากนิวคลีโอไทด์ไม่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้ การเชื่อมต่อจะไม่เกิดขึ้น
การควบคุมจะดำเนินการก่อนที่จะรวมไว้ในห่วงโซ่และก่อนหน้าการรวมนิวคลีโอไทด์ต่อไป หลังจากนั้นจะเกิดพันธะในกระดูกสันหลังของน้ำตาลฟอสเฟต
รูปแบบการกลายพันธุ์
กลไกการจำลอง DNA แม้ว่าจะมีเปอร์เซ็นต์ความแม่นยำสูง แต่ก็มีการรบกวนในเธรดเสมอ ส่วนใหญ่เรียกว่า "การกลายพันธุ์ของยีน" คู่เบสประมาณหนึ่งพันคู่มีข้อผิดพลาด 1 ครั้ง ซึ่งเรียกว่าการทำซ้ำแบบวนซ้ำ
มันเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ ตัวอย่างเช่น ที่ความเข้มข้นสูงหรือต่ำเกินไปของนิวคลีโอไทด์ การทำลายไซโตซีน การมีอยู่ของสารก่อกลายพันธุ์ในพื้นที่การสังเคราะห์ และอื่นๆ ในบางกรณี ข้อผิดพลาดสามารถแก้ไขได้โดยกระบวนการซ่อมแซม ในบางกรณี การแก้ไขจะเป็นไปไม่ได้
หากความเสียหายสัมผัสกับสถานที่ที่ไม่ได้ใช้งาน ข้อผิดพลาดจะไม่ส่งผลกระทบร้ายแรงเมื่อกระบวนการทำซ้ำ DNA เกิดขึ้น ลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนบางตัวอาจปรากฏขึ้นโดยที่ไม่ตรงกัน จากนั้นสถานการณ์จะแตกต่างกันและทั้งการตายของเซลล์นี้และการตายของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดสามารถเป็นผลลบได้ นอกจากนี้ ควรพิจารณาด้วยว่าการกลายพันธุ์ของยีนนั้นขึ้นอยู่กับความแปรปรวนของการกลายพันธุ์ ซึ่งทำให้ยีนพูลเป็นพลาสติกมากขึ้น
เมทิลเลชั่น
ในช่วงเวลาของการสังเคราะห์หรือทันทีหลังจากนั้น การเกิดเมทิลลูกโซ่จะเกิดขึ้น เชื่อกันว่าในมนุษย์ กระบวนการนี้มีความจำเป็นเพื่อสร้างโครโมโซมและควบคุมการถอดรหัสยีน ในแบคทีเรีย กระบวนการนี้ทำหน้าที่ปกป้อง DNA จากการถูกตัดโดยเอ็นไซม์