REPLIKACJA DNA ORGANIZMÓW EUKARIOTYCZNYCH

Replikacja jest procesem, w którym zachodzi podwojenie ilo¶ci materiału genetycznego w komórkach maj±cych wej¶ć w podział - mitotyczny lub mejotyczny - to znaczy będ±cych w fazie S cyklu komórkowego. Znaczenie replikacji jest najwyraĽniej widoczne, kiedy poruszony zostaje temat "losu informacji genetycznej" danego organizmu w rozwoju embrionalnym. Wiadomo jest, że wszystkie organizmy wielokomórkowe ( m.in. ludzie, których ciała licz± biliony komórek ) wzięły swój pocz±tek z pojedynczych zygot, w k tórych zdeponowany został materiał genetyczny obojga rodziców. Kolejne podziały prowadz±ce do wzrostu liczby komórek zwi±zane s± z konieczno¶ci± podwajania ilo¶ci DNA w komórkach rosn±cego zarodka. Za powielanie informacji zgromadzonej w DNA odpowiedzial ne s± enzymy zwane polimerazami DNA, których działanie jest bardzo precyzyjne. Dzięki temu materiał genetyczny w każdej komórce jest w zasadzie identyczny, a zatem niesie identyczn± informację.

Czy wiesz, że:

Ponieważ replikacj± w całym ¶wiecie ożywionym rz±dz± te same prawa, o których mowa jest w dziale po¶więconym genetyce Procaryota, poniżej opisane zostan± jedynie co istotniejsze elementy charakterystyczne dla eukariontów.

REPLIKACJA A WIELKO¦Ć I ORGANIZACJA GENOMU EUKARIOTYCZNEGO

Proces podwajania ilo¶ci DNA rozpoczyna się w tzw. miejscach inicjacji, których w DNA eukariotycznym ze względu na jego długo¶ć jest bardzo wiele. I tak dla przykładu, w największym spo¶ród czterech chromosomów Drosophila licz±cm 62 mln. p.z. repli kacja startuje z ponad 6 tys. miejsc ( tzw. Ori ). U eukariontów Ori znajduj± się w strefach międzygenowych i nie s± tak ¶ci¶le sprecyzowane jak w przypadku Procaryota. Oznacza to, że replikacja okre¶lonego fragmentu może rozpocz±ć się w jednym z kilku mi ejsc.

Strzałkami oznaczono potencjalne Ori.

Podczas replikacji ( jak również innych procesów zwi±zanych z DNA m.in. transkrypcji ) konieczne jest rozluĽnienie strukury chromatyny w celu umożliwienia oddziaływań aparatu enzymatycznego ( replikacyjnego ) z DNA. RozluĽnienie to dotyczy poszczeg ólnych fragmentów, przez które - w danym momencie - przechodz± widełki replikacyjne, a nie całego chromosomu. Eliminację struktur nukleosomowych, a co za tym idzie wypętlenie odcinka maj±cego ulec replikacji, umożliwiaj± tzw. białka struktur j±drowych. D emontaż rdzenia nukleosomowego prawdopodobnie zainicjowany jest dysocjacj± b±dĽ usunięciem dimeru H2A : H2B. Dopiero do tak wyeksponowanego nagiego DNA maj± dostęp białka replikacyjne. Po przej¶ciu przez dany fragment widełek replikacyjnych tj. po dosynte tyzowaniu nowych nici DNA ( tzw. potomnych ) następuje odbudowa struktury nukleosomowej. Interesuj±cy jest fakt, że "stare" histony ( tj. pochodz±ce z demontażu ) wykorzystywane s± przez tę cz±steczkę DNA, która zawiera nić wiod±c± ( patrz Genetyka moleku larna Procaryota ).

Nić opóĽniona - złożona z fragmentów Okazaki - wychwytuje histony syntetyzowane de novo specjalnie na potrzebę replikacji tj. w trwaj±cej fazie S. Przy podwajaniu ilo¶ci DNA bowiem, dwukrotnie wzrasta zapotrzebowanie na histony i st±d konieczno¶ć do syntetyzowania brakuj±cej porcji białek zasadowych.

EUCARYOTA POSIADAJˇ CZTERY RÓŻNE REPLIKAZY

Spo¶ród pięciu rodzajów polimeraz DNA występuj±cych w komórkach eukariotycznych, cztery s± enzymami zaangażowanymi w proces replikacji. Trzy z nich a, d, e oddzaływuj ± z DNA j±drowym, natomiast czwarta pełni rolę replikazy na terenie mitochondriów i chloroplastów.

Aktywno¶ć polimeraz regulowana jest przez białka wspomagaj±ce.

W poniższej tabeli przedstawiono wybrane cechy j±drowych enzymów replikacyjnych.

Replikazy działaj±ce na terenie j±dra

Zdolno¶ć polimerazy ( do syntezy starterów ( krótkich fragmentów RNA a nie DNA ! ) wynika z jej współdziałania z primazami - enzymami bezpo¶rednio odpowiedzialnymi za tworzenie odcinków RNA i występuj±cymi z ni± w kompleksie. Polimeraza ( jedynie d obudowuje do starterów krótkie fragmenty DNA, które s± w dalszych etapach replikacji eliminowane razem z odcinkami RNA ( wycinanie starterów ). Powstałe w ten sposób luki wypełnia najprawdopodobniej - nienależ±ca do replikaz - polimeraza (.

CHROMOSOMY EUKARIOTYCZNE ZAWIERAJˇ TELOMERY

Ponieważ chromosomy eukariotyczne s± cz±steczkami liniowymi, narażone s± na niebezpieczeństwo stopniowego skracania - w kolejnych rundach replikacyjnych - które dla komórki mogłoby być brzemienne w skutki. Niebezpieczeństwo to zwi±zane jest z brakie m możliwo¶ci wypełniania luki po wycięciu skrajnego startera występuj±cego na 5' końcu nici opóĽnionej.

Zabudowanie tej luki jest niemożliwe, ponieważ polimeraza działaj±ca w kierunku 5'® 3'wymaga na 5' końcu "zaczepienia"( którego w tym przypadku nie ma ), a nie istnieje enzym, mog±cy polimeryzować w kierunku 3'® 5'. Rad± na tego typu zagrożenie jest obecno¶ć na końcach chromosomów telomerów. S± to długie odcinki powtarzaj±cej się setki razy sekwencji 6- nukleotydowej, która u człowieka ma postać - AGGGTT. Odcinki te dobudowywane s± przez telomerazę. Jest to enzym zawieraj±cy w swojej budowie fragmen t RNA komplementarny do sekwencji telomerowej tj. matrycę do syntezy telomerów.

Podsumowuj±c:

1. Replikacja to proces podwajania ilo¶ci DNA przed nast±pieniem podziału komórkowego.

2. W czasie replikacji - dzięki istnieniu mechanizmów kontroluj±cych poprawno¶ć wł±czania kolejnych nukleotydów - informacja zawarta w macierzystym DNA zostaje skopiowana z duż± dokładno¶ci±.

3. Ogólny schemat replikacji jest taki sam dla Procaryota i Eucaryota, a istniej±ce różnice wynikaj± przede wszystkim z wielko¶ci i sposobu upakowania genomu obu grup organizmów.