Synteza DNA

Plik Synteza DNA zachodzi jako część replikacji DNA. DNA jest nośnikiem informacji genetycznej i kontroluje wszystkie procesy życiowe. U ludzi, podobnie jak u wszystkich innych żywych istot, znajduje się w jądrze komórki. DNA jest dwuniciowe, podobne do skręconej drabinki sznurowej zwanej helisą. Ta podwójna helisa składa się z dwóch cząsteczek DNA. Każda z dwóch komplementarnych pojedynczych nici składa się ze szkieletu cząsteczek cukru (dezoksyrybozy) i reszt fosforanowych, z którymi są związane cztery organiczne zasady azotowe: guanina, adenina, cytozyna i tymina. Obie nici są ze sobą połączone wiązaniami wodorowymi między przeciwnymi, tak zwanymi komplementarnymi zasadami. Zgodnie z zasadą komplementarnego parowania zasad, możliwe są tylko połączenia między guaniną i cytozyną z jednej strony a adeniną i tyminą z drugiej strony.

Co to jest synteza DNA?

Aby DNA mogło się replikować, niezbędny jest proces syntezy DNA. Opisuje strukturę kwasu dezoksyrybonukleinowego (w skrócie DNA lub DNA). Kluczowym enzymem jest polimeraza DNA. Tylko w ten sposób możliwy jest podział komórek.

W celu replikacji skręcona podwójna nić DNA jest najpierw odwiązywana przez enzymy, tak zwane helikazy i topoizomerazy, a dwie pojedyncze nici są oddzielane od siebie. To przygotowanie do właściwej replikacji nazywa się inicjacją. Syntetyzowany jest teraz kawałek RNA, którego polimeraza DNA potrzebuje jako punktu wyjścia dla swojej aktywności enzymatycznej.

Podczas późniejszego wydłużania (wydłużania nici) każda pojedyncza nić może zostać użyta przez polimerazę DNA jako matryca do syntezy komplementarnego odpowiednika DNA. Ponieważ jedna z zasad może wiązać się tylko z jedną inną zasadą, możliwe jest użycie jednej nici do rekonstrukcji drugiej, powiązanej nici. To przypisanie komplementarnych zasad jest zadaniem polimerazy DNA.

Szkielet cukrowo-fosforanowy nowej nici DNA jest następnie łączony ligazą. Tworzy to dwie nowe podwójne nici DNA, z których każda zawiera nić ze starej helisy DNA. Dlatego nowa podwójna helisa nazywana jest półkonserwatywną.

Obie nici podwójnej helisy mają biegunowość, która wskazuje na orientację cząsteczek. Kierunek dwóch cząsteczek DNA w helisie jest przeciwny. Ponieważ polimeraza DNA działa tylko w jednym kierunku, tylko ta nić, która jest w odpowiedniej orientacji, może być budowana w sposób ciągły. Drugi wątek jest syntetyzowany kawałek po kawałku. Powstałe segmenty DNA, znane również jako fragmenty Okazaki, są następnie łączone razem przez ligazę.Zakończenie syntezy DNA za pomocą różnych kofaktorów jest znane jako terminacja.

Funkcja i zadanie

Ponieważ większość komórek ma tylko ograniczoną żywotność, nowe komórki muszą nieustannie powstawać w organizmie poprzez podział komórek, aby zastąpić umierające. Na przykład czerwone krwinki w ludzkim ciele mają średnią długość życia 120 dni, podczas gdy niektóre komórki jelitowe muszą zostać zastąpione nowymi komórkami już po jednym lub dwóch dniach. W tym celu niezbędny jest mitotyczny podział komórki, w którym z komórki macierzystej powstają dwie nowe, identyczne komórki potomne. Obie komórki potrzebują pełnego zestawu genów, co oznacza, że ​​w przeciwieństwie do innych składników komórki nie można ich po prostu podzielić. Aby podczas podziału nie została utracona żadna informacja genetyczna, DNA musi zostać zduplikowane („zreplikowane”) przed podziałem.

Podziały komórek mają również miejsce podczas dojrzewania męskich i żeńskich komórek płciowych (komórki jajowe i plemniki). W mejotycznych podziałach, które mają miejsce, DNA nie jest podwajane, ponieważ pożądana jest redukcja DNA o połowę. Kiedy komórka jajowa i plemniki łączą się, ponownie dochodzi do pełnej liczby chromosomów, czyli stanu upakowania DNA.

DNA jest niezbędne do funkcjonowania organizmu ludzkiego i wszystkich innych organizmów, ponieważ jest podstawą syntezy białek. Połączenie trzech kolejnych zasad oznacza jeden aminokwas, dlatego określa się go jako kod trypletowy. Każdy tryplet zasad jest „tłumaczony” na aminokwas poprzez informacyjny RNA (mRNA); te aminokwasy są następnie łączone z białkami w osoczu komórkowym. MRNA różni się od DNA tylko jednym atomem w reszcie cukrowej szkieletu i kilkoma zasadami. MRNA służy głównie jako nośnik informacji do transportu informacji przechowywanych w DNA z jądra komórkowego do plazmy komórkowej.

Choroby i dolegliwości

Organizm, który nie jest zdolny do syntezy DNA, nie byłby zdolny do życia, ponieważ nowe komórki muszą powstać w wyniku podziału komórki podczas rozwoju embrionalnego. Błędy w syntezie DNA, to znaczy poszczególne nieprawidłowo wbudowane zasady, które nie są zgodne z zasadą komplementarnego parowania zasad, występują stosunkowo często. Z tego powodu ludzkie komórki mają systemy naprawcze. Są one oparte na enzymach, które kontrolują podwójną nić DNA i korygują nieprawidłowo wstawione zasady przy użyciu różnych mechanizmów.

W tym celu można na przykład wyciąć i odbudować obszar wokół niewłaściwej podstawy zgodnie z wyjaśnioną zasadą syntezy. Jeśli jednak systemy naprawy DNA komórki są uszkodzone lub przeciążone, mogą się kumulować niedopasowania zasad, zwane mutacjami. Mutacje te destabilizują genom, a tym samym zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia nowych błędów w przebiegu syntezy DNA. Nagromadzenie takich mutacji może prowadzić do raka. Mutacja daje niektórym genom efekt sprzyjający nowotworom (zyskanie funkcji), podczas gdy inne geny tracą działanie ochronne (utrata funkcji).

Jednak w niektórych komórkach zwiększony poziom błędów jest nawet pożądany, aby uczynić je bardziej elastycznymi, na przykład w niektórych komórkach ludzkiego układu odpornościowego.