REPLIKACJA DNA ORGANIZMÓW EUKARIOTYCZNYCH

Replikacja jest procesem, w którym zachodzi podwojenie ilości materiału genetycznego w komórkach mających wejść w podział - mitotyczny lub mejotyczny - to znaczy będących w fazie S cyklu komórkowego. Znaczenie replikacji jest najwyraźniej widoczne, kiedy poruszony zostaje temat "losu informacji genetycznej" danego organizmu w rozwoju embrionalnym. Wiadomo jest, że wszystkie organizmy wielokomórkowe ( m.in. ludzie, których ciała liczą biliony komórek ) wzięły swój początek z pojedynczych zygot, w k tórych zdeponowany został materiał genetyczny obojga rodziców. Kolejne podziały prowadzące do wzrostu liczby komórek związane są z koniecznością podwajania ilości DNA w komórkach rosnącego zarodka. Za powielanie informacji zgromadzonej w DNA odpowiedzial ne są enzymy zwane polimerazami DNA, których działanie jest bardzo precyzyjne. Dzięki temu materiał genetyczny w każdej komórce jest w zasadzie identyczny, a zatem niesie identyczną informację.

Czy wiesz, że:

Polimeraza DNA błędny nukleotyd wstawia raz na miliard włączonych prawidłowo. Zważywszy, że diploidalna komórka ludzka zawiera ok. 7 miliardów par zasad ( DNA jądrowego ), w czasie jednej rundy replikacyjnej zaledwie kilka ( do kilkunastu ) nukleotydów jest wbudowanych mylnie. Tak wysoka wierność replikacji wynika z korekcyjnej aktywności polimerazy.

Ponieważ replikacją w całym świecie ożywionym rządzą te same prawa, o których mowa jest w dziale poświęconym genetyce Procaryota, poniżej opisane zostaną jedynie co istotniejsze elementy charakterystyczne dla eukariontów.

 

REPLIKACJA A WIELKOŚĆ I ORGANIZACJA GENOMU EUKARIOTYCZNEGO

Proces podwajania ilości DNA rozpoczyna się w tzw. miejscach inicjacji, których w DNA eukariotycznym ze względu na jego długość jest bardzo wiele. I tak dla przykładu, w największym spośród czterech chromosomów Drosophila liczącm 62 mln. p.z. repli kacja startuje z ponad 6 tys. miejsc ( tzw. Ori ). U eukariontów Ori znajdują się w strefach międzygenowych i nie są tak ściśle sprecyzowane jak w przypadku Procaryota. Oznacza to, że replikacja określonego fragmentu może rozpocząć się w jednym z kilku mi ejsc.

Strzałkami oznaczono potencjalne Ori.

Podczas replikacji ( jak również innych procesów związanych z DNA m.in. transkrypcji ) konieczne jest rozluźnienie strukury chromatyny w celu umożliwienia oddziaływań aparatu enzymatycznego ( replikacyjnego ) z DNA. Rozluźnienie to dotyczy poszczeg ólnych fragmentów, przez które - w danym momencie - przechodzą widełki replikacyjne, a nie całego chromosomu. Eliminację struktur nukleosomowych, a co za tym idzie wypętlenie odcinka mającego ulec replikacji, umożliwiają tzw. białka struktur jądrowych. D emontaż rdzenia nukleosomowego prawdopodobnie zainicjowany jest dysocjacją bądź usunięciem dimeru H2A : H2B. Dopiero do tak wyeksponowanego nagiego DNA mają dostęp białka replikacyjne. Po przejściu przez dany fragment widełek replikacyjnych tj. po dosynte tyzowaniu nowych nici DNA ( tzw. potomnych ) następuje odbudowa struktury nukleosomowej. Interesujący jest fakt, że "stare" histony ( tj. pochodzące z demontażu ) wykorzystywane są przez tę cząsteczkę DNA, która zawiera nić wiodącą ( patrz Genetyka moleku larna Procaryota ).

Nić opóźniona - złożona z fragmentów Okazaki - wychwytuje histony syntetyzowane de novo specjalnie na potrzebę replikacji tj. w trwającej fazie S. Przy podwajaniu ilości DNA bowiem, dwukrotnie wzrasta zapotrzebowanie na histony i stąd konieczność do syntetyzowania brakującej porcji białek zasadowych.

EUCARYOTA POSIADAJĄ CZTERY RÓŻNE REPLIKAZY

Spośród pięciu rodzajów polimeraz DNA występujących w komórkach eukariotycznych, cztery są enzymami zaangażowanymi w proces replikacji. Trzy z nich a, d, e oddzaływuj ą z DNA jądrowym, natomiast czwarta pełni rolę replikazy na terenie mitochondriów i chloroplastów.

Aktywność polimeraz regulowana jest przez białka wspomagające.

W poniższej tabeli przedstawiono wybrane cechy jądrowych enzymów replikacyjnych.

Nazwa enzymu

Wierność replikacji

Właściwości korekcyjne

Funkcje

polimeraza a

Wysoka

-

synteza starterów dla obu nici

polimeraza d

Wysoka

+

synteza nici opóźnionej

polimeraza e

Wysoka

+

synteza nici wiodącej ( ciągłej )

Replikazy działające na terenie jądra

Zdolność polimerazy ( do syntezy starterów ( krótkich fragmentów RNA a nie DNA ! ) wynika z jej współdziałania z primazami - enzymami bezpośrednio odpowiedzialnymi za tworzenie odcinków RNA i występującymi z nią w kompleksie. Polimeraza ( jedynie d obudowuje do starterów krótkie fragmenty DNA, które są w dalszych etapach replikacji eliminowane razem z odcinkami RNA ( wycinanie starterów ). Powstałe w ten sposób luki wypełnia najprawdopodobniej - nienależąca do replikaz - polimeraza (.

CHROMOSOMY EUKARIOTYCZNE ZAWIERAJĄ TELOMERY

Ponieważ chromosomy eukariotyczne są cząsteczkami liniowymi, narażone są na niebezpieczeństwo stopniowego skracania - w kolejnych rundach replikacyjnych - które dla komórki mogłoby być brzemienne w skutki. Niebezpieczeństwo to związane jest z brakie m możliwości wypełniania luki po wycięciu skrajnego startera występującego na 5' końcu nici opóźnionej.

Zabudowanie tej luki jest niemożliwe, ponieważ polimeraza działająca w kierunku 5'Ž 3'wymaga na 5' końcu "zaczepienia"( którego w tym przypadku nie ma ), a nie istnieje enzym, mogący polimeryzować w kierunku 3'Ž 5'. Radą na tego typu zagrożenie jest obecność na końcach chromosomów telomerów. Są to długie odcinki powtarzającej się setki razy sekwencji 6- nukleotydowej, która u człowieka ma postać - AGGGTT. Odcinki te dobudowywane są przez telomerazę. Jest to enzym zawierający w swojej budowie fragmen t RNA komplementarny do sekwencji telomerowej tj. matrycę do syntezy telomerów.

Podsumowując:

1. Replikacja to proces podwajania ilości DNA przed nastąpieniem podziału komórkowego.

2. W czasie replikacji - dzięki istnieniu mechanizmów kontrolujących poprawność włączania kolejnych nukleotydów - informacja zawarta w macierzystym DNA zostaje skopiowana z dużą dokładnością.

3. Ogólny schemat replikacji jest taki sam dla Procaryota i Eucaryota, a istniejące różnice wynikają przede wszystkim z wielkości i sposobu upakowania genomu obu grup organizmów.



ORGANIZACJA GENOMU EUKARIONTÓW

EKSPRESJA INFORMACJI GENETYCZNEJ


Š 1997, 1998 Biologia Molekularna w Internecie                 Webmaster

This server is running Apache