REPLIKACJA DNA ORGANIZM╙W EUKARIOTYCZNYCH

Replikacja jest procesem, w kt≤rym zachodzi podwojenie ilo╢ci materia│u genetycznego w kom≤rkach maj▒cych wej╢µ w podzia│ - mitotyczny lub mejotyczny - to znaczy bΩd▒cych w fazie S cyklu kom≤rkowego. Znaczenie replikacji jest najwyra╝niej widoczne, kiedy poruszony zostaje temat "losu informacji genetycznej" danego organizmu w rozwoju embrionalnym. Wiadomo jest, ┐e wszystkie organizmy wielokom≤rkowe ( m.in. ludzie, kt≤rych cia│a licz▒ biliony kom≤rek ) wziΩ│y sw≤j pocz▒tek z pojedynczych zygot, w k t≤rych zdeponowany zosta│ materia│ genetyczny obojga rodzic≤w. Kolejne podzia│y prowadz▒ce do wzrostu liczby kom≤rek zwi▒zane s▒ z konieczno╢ci▒ podwajania ilo╢ci DNA w kom≤rkach rosn▒cego zarodka. Za powielanie informacji zgromadzonej w DNA odpowiedzial ne s▒ enzymy zwane polimerazami DNA, kt≤rych dzia│anie jest bardzo precyzyjne. DziΩki temu materia│ genetyczny w ka┐dej kom≤rce jest w zasadzie identyczny, a zatem niesie identyczn▒ informacjΩ.

Czy wiesz, ┐e:

Poniewa┐ replikacj▒ w ca│ym ╢wiecie o┐ywionym rz▒dz▒ te same prawa, o kt≤rych mowa jest w dziale po╢wiΩconym genetyce Procaryota, poni┐ej opisane zostan▒ jedynie co istotniejsze elementy charakterystyczne dla eukariont≤w.

REPLIKACJA A WIELKOª╞ I ORGANIZACJA GENOMU EUKARIOTYCZNEGO

Proces podwajania ilo╢ci DNA rozpoczyna siΩ w tzw. miejscach inicjacji, kt≤rych w DNA eukariotycznym ze wzglΩdu na jego d│ugo╢µ jest bardzo wiele. I tak dla przyk│adu, w najwiΩkszym spo╢r≤d czterech chromosom≤w Drosophila licz▒cm 62 mln. p.z. repli kacja startuje z ponad 6 tys. miejsc ( tzw. Ori ). U eukariont≤w Ori znajduj▒ siΩ w strefach miΩdzygenowych i nie s▒ tak ╢ci╢le sprecyzowane jak w przypadku Procaryota. Oznacza to, ┐e replikacja okre╢lonego fragmentu mo┐e rozpocz▒µ siΩ w jednym z kilku mi ejsc.

Strza│kami oznaczono potencjalne Ori.

Podczas replikacji ( jak r≤wnie┐ innych proces≤w zwi▒zanych z DNA m.in. transkrypcji ) konieczne jest rozlu╝nienie strukury chromatyny w celu umo┐liwienia oddzia│ywa± aparatu enzymatycznego ( replikacyjnego ) z DNA. Rozlu╝nienie to dotyczy poszczeg ≤lnych fragment≤w, przez kt≤re - w danym momencie - przechodz▒ wide│ki replikacyjne, a nie ca│ego chromosomu. EliminacjΩ struktur nukleosomowych, a co za tym idzie wypΩtlenie odcinka maj▒cego ulec replikacji, umo┐liwiaj▒ tzw. bia│ka struktur j▒drowych. D emonta┐ rdzenia nukleosomowego prawdopodobnie zainicjowany jest dysocjacj▒ b▒d╝ usuniΩciem dimeru H2A : H2B. Dopiero do tak wyeksponowanego nagiego DNA maj▒ dostΩp bia│ka replikacyjne. Po przej╢ciu przez dany fragment wide│ek replikacyjnych tj. po dosynte tyzowaniu nowych nici DNA ( tzw. potomnych ) nastΩpuje odbudowa struktury nukleosomowej. Interesuj▒cy jest fakt, ┐e "stare" histony ( tj. pochodz▒ce z demonta┐u ) wykorzystywane s▒ przez tΩ cz▒steczkΩ DNA, kt≤ra zawiera niµ wiod▒c▒ ( patrz Genetyka moleku larna Procaryota ).

Niµ op≤╝niona - z│o┐ona z fragment≤w Okazaki - wychwytuje histony syntetyzowane de novo specjalnie na potrzebΩ replikacji tj. w trwaj▒cej fazie S. Przy podwajaniu ilo╢ci DNA bowiem, dwukrotnie wzrasta zapotrzebowanie na histony i st▒d konieczno╢µ do syntetyzowania brakuj▒cej porcji bia│ek zasadowych.

EUCARYOTA POSIADAJí CZTERY R╙»NE REPLIKAZY

Spo╢r≤d piΩciu rodzaj≤w polimeraz DNA wystΩpuj▒cych w kom≤rkach eukariotycznych, cztery s▒ enzymami zaanga┐owanymi w proces replikacji. Trzy z nich a, d, e oddza│ywuj ▒ z DNA j▒drowym, natomiast czwarta pe│ni rolΩ replikazy na terenie mitochondri≤w i chloroplast≤w.

Aktywno╢µ polimeraz regulowana jest przez bia│ka wspomagaj▒ce.

W poni┐szej tabeli przedstawiono wybrane cechy j▒drowych enzym≤w replikacyjnych.

Replikazy dzia│aj▒ce na terenie j▒dra

Zdolno╢µ polimerazy ( do syntezy starter≤w ( kr≤tkich fragment≤w RNA a nie DNA ! ) wynika z jej wsp≤│dzia│ania z primazami - enzymami bezpo╢rednio odpowiedzialnymi za tworzenie odcink≤w RNA i wystΩpuj▒cymi z ni▒ w kompleksie. Polimeraza ( jedynie d obudowuje do starter≤w kr≤tkie fragmenty DNA, kt≤re s▒ w dalszych etapach replikacji eliminowane razem z odcinkami RNA ( wycinanie starter≤w ). Powsta│e w ten spos≤b luki wype│nia najprawdopodobniej - nienale┐▒ca do replikaz - polimeraza (.

CHROMOSOMY EUKARIOTYCZNE ZAWIERAJí TELOMERY

Poniewa┐ chromosomy eukariotyczne s▒ cz▒steczkami liniowymi, nara┐one s▒ na niebezpiecze±stwo stopniowego skracania - w kolejnych rundach replikacyjnych - kt≤re dla kom≤rki mog│oby byµ brzemienne w skutki. Niebezpiecze±stwo to zwi▒zane jest z brakie m mo┐liwo╢ci wype│niania luki po wyciΩciu skrajnego startera wystΩpuj▒cego na 5' ko±cu nici op≤╝nionej.

Zabudowanie tej luki jest niemo┐liwe, poniewa┐ polimeraza dzia│aj▒ca w kierunku 5'« 3'wymaga na 5' ko±cu "zaczepienia"( kt≤rego w tym przypadku nie ma ), a nie istnieje enzym, mog▒cy polimeryzowaµ w kierunku 3'« 5'. Rad▒ na tego typu zagro┐enie jest obecno╢µ na ko±cach chromosom≤w telomer≤w. S▒ to d│ugie odcinki powtarzaj▒cej siΩ setki razy sekwencji 6- nukleotydowej, kt≤ra u cz│owieka ma postaµ - AGGGTT. Odcinki te dobudowywane s▒ przez telomerazΩ. Jest to enzym zawieraj▒cy w swojej budowie fragmen t RNA komplementarny do sekwencji telomerowej tj. matrycΩ do syntezy telomer≤w.

Podsumowuj▒c:

1. Replikacja to proces podwajania ilo╢ci DNA przed nast▒pieniem podzia│u kom≤rkowego.

2. W czasie replikacji - dziΩki istnieniu mechanizm≤w kontroluj▒cych poprawno╢µ w│▒czania kolejnych nukleotyd≤w - informacja zawarta w macierzystym DNA zostaje skopiowana z du┐▒ dok│adno╢ci▒.

3. Og≤lny schemat replikacji jest taki sam dla Procaryota i Eucaryota, a istniej▒ce r≤┐nice wynikaj▒ przede wszystkim z wielko╢ci i sposobu upakowania genomu obu grup organizm≤w.