Վիքիպեդիա

ԴՆԹ-ի կրկնապատկում

Մոլեկուլային կենսաբանության մեջ ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը (ԴՆԹ ռեպլիկացիա) (լատ. replicatio`կրկնօրինակում) նախնական ԴՆԹ (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) մոլեկուլի երկու միանման պատճենների ձևավորման գործընթաց։ Այս կենսաբանական գործընթացը տեղի է ունենում Երկրի բոլոր կենդանի օրգանիզմներում և հանդիսանում է ժառանգականության հիմքը։ Բջիջը ունի բաժանվելու հատկություն, ինչի շնորհիվ անհրաժեշտություն է ստեղծվում ԴՆԹ-ի կրկնապատկուման համար։

ԴՆԹ-ի կրկնապատկում: Սլաքներով ցույց է տրված տվյալ շղթայի կրկնապատկման ուղղությունը:

ԴՆԹ-ն կազմված է 2 կոմպլեմենտար շղթայից, որոնցից յուրաքանչյուրը կաղապար է ծառայում նոր սինթեզվող ԴՆԹ շղթայի համար։ Այսպիսով ԴՆԹ կրկնապատկումն ընթանում է կիսակոնսերվատիվ (կիսապահպանողական) եղանակով։ Բջջային սխալների բացահայտման ու ուղղման մեխանիզմներն ապահովում են ԴՆԹ շղթայի գրեթե անսխալ կրկնապատկում[1][2]։

Բջջում ԴՆԹ կրկանապատկումը սկսվում է գենոմի որոշակի վայրերում, որոնք կոչվում են կրկնապատկման օրիջիններ (անգլ.՝ origins of replication)[3]: ԴՆԹ շղթայի ապապարուրումը սկսվում է օրիջիններում, իրականացվելով հելիկազ ֆերմենտի օգնությամբ, որտեղ և ձևավորվում են ռեպլիկացիոն եղանները։ Վերջիններս կարող են շարժվել կամ մեկ ուղղությամբ (էուկարիոտներ) կամ երկու (պրոկարիոտներ)։ Այս գործընթացին մասնակցում են բազմաթիվ ֆերմենտներ և սպիտակուցներ։ Հատկապես առանցքային է ԴՆԹ-պոլիմերազի դերը։

ԴՆԹ-պոլիմերազը կարող է սինթեզել նոր շղթա,

Սովորաբար ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ժամանակ այն շղթան, որը սինթեզվում է անդադար՝ 5' - 3' ուղղությամբ, կոչվում է առաջնորդող շղթա (անգլ.՝ leading strand), իսկ այն մեկը, որը սինթեզվում է ընդհատումներով և 3' - 5' ուղղությամբ՝ ետ մնացող շղթա (անգլ.՝ lagging strand)։

ԴՆԹ կրկանապատկում կարելի է իրականացնել նաև in vitro (արհեստականորեն, բջջից դուրս). այս կատարվում է բջիջներից առանձնացված ԴՆԹ-պոլիմերազների ու արհեստական սինթեզված ԴՆԹ-պրայմերների միջոցով։ Այդ գործընթացը, որը մեծ նշանակություն ունի ողջ կենսաբանության համար, կոչվում է ՊՇՌ (պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա, անգլ.՝ PCR)։

ԴՆԹ կրկանապատկումը կազմում է մոլեկուլային կենսաբանության հիմք հանդիսացող կենտրոնական դոգմայի առաջին օղակը։

ԴՆԹ կառուցվածք

խմբագրել

ԴՆԹ սովորաբար գտնվում է երկպարույրի տեսքով։ Յուրաքանչյուր շղթա կազմված է 4 տեսակի նուկլեոտիդներից։ Վերջիններս էլ իրենց հերթին կազմված են ածխաջուր դեզօքսիռիբոզից, ֆոսֆորական թթվի մնացորդից և ազոտային հիմքից։ 4 տեսակի նուկլեոտիդները համապատասխանում են 4 տեսակի ազոտային հիմքերին՝ ադենին, գուանին, ցիտոզին և թիմին։ Ադենինը և գուանինը պուրինային, իսկ թիմինն ու ցիտոզինը՝ պիրիմիդինային հիմքեր են։ Այս նուկլեոտիդներն իրար միանում են ֆոսֆոդիէսթերային կապերով։ Դրա հետևանքով ձևավորվում է ԴՆԹ մոլեկուլի շաքար-ֆոսֆատային կմախքը։ Երկու շղթաներն իրար են միանում նուկլեոտիդների միջև առաջացող ջրածնային կապերի կիջոցով. ադենինի և թիմինի միջև առաջանում է 2, իսկ գուանինի և ցիտոզինի միջև՝ 3 կապ։

ԴՆԹ շղթաներն ունեն ուղղություն։ Մոլեկուլի մեկ ծայրը կոչվում է "3' ", իսկ մյուսը՝ "5' ": Ըստ նշանակման, եթե մեզ տրված է ԴՆԹ մեկ շղթա, ապա դրա ձախ ծայրը կլինի 5', իսկ աջ ծայրը՝ 3': ԴՆԹ շղթաները հակազուգահեռ են, այսինքն մեկ շղթան ունի 5' - 3' ուղղվածություն, իսկ մյուսը՝ 3' - 5': Այս նշանակումները վերաբերում են ածխաջրի ածխածնի ատոմին, որին միանում է մյուս նուկլեոտիդի ֆոսֆորական թթվի մնացորդը։ Ուղվածությունը մեծ նշանակություն ունի կրկնապատկման պրոցեսում, քանի որ բոլոր տեսակի պոլիմերազները սինթեզում են միայն 5' ուղղությամբ Այսինքն վերջիններս ընդունակ են նոր նուկլեոտիդ ավելացնել եղածի միայն 3' ծայրին։

Ֆոսֆոդիեթերական (ներշղթայական) կապերը ավելի ուժեղ են, քան ջրածնական (միջշղթայան կապերը)։ Սա թույլ է տալիս որպեսզի շղթաներն անջատվեն իրարից։

Հավելենք նաև, որ անհրաժեշտության դեպքում մեկ շղթան կարող է օգտագործվել նոր սինթեզված և իրեն կոմպլեմենտար շղթայի վերականգնման համար[4]։

Գործընթաց

խմբագրել

ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը ֆերմենտի սազդեցությամբ սկսում է մի ծայրից հետ ոլորվել, որի շնորհիվ նուկլեոտիդների միջև քանդվում են ջրածնային կապերը և միմյանցից առանձնացած շղթաներից յուրաքանչյուրի վրա շրջապատում գտնվող ազատ նուկլեոտիդներից նոր շղթաներ են հավաքվում։ Նոր շղթաների հավաքումն ընթանում է ճշգրիտ համապատասխանությամբ կոմպլեմենտարության լրացման սկզբունքով։ Յուրաքանչյուր ադենինի դիմաց կանգնում է թիմինը, գուանինի դիմաց՝ ցիտոզինը, և հակառակը։ Որպես հետևանք ԴՆԹ-ի մեկ մոլեկուլի փոխարեն առաջանում են երկուսը՝ ճիշտ նույնպիսի նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ, ինչպիսին ուներ նախնականը։

Այսպիսով, շղթաներից մեկը չի փոխվում և ծառայում է որպես մատրիցա, իսկ մյուս շղթան նոր է սինթեզվում, այլ կերպ ասած, սինթեզն իրականանում է կիսակոնսերվատիվ սկզբունքով։

Ֆերմենտներ

խմբագրել

ԴՆԹ-պոլիմերազ

խմբագրել
Հիմնական հոդված՝ ԴՆԹ-պոլիմերազ
 
ԴՆԹ-պոլիմերազներն ավելացնում են նոր նուկլեոտիդ շղթայի 3' ծայրից[5]: Սխալ նուկլեոտիդ ավելացնելու և դրա հայտնաբերման դեպքում պոլիմերազը դադարեցնում է կրկնապատկումը, մինչև որ սխալը չի ուղղվում:

ԴՆԹ-պոլիմերազները ֆերմենտների ընտանիք են, որոնք իրականացնում են մեզ հայտնի ԴՆԹ-ի կրկնապատկման բոլոր եղանակները[6]։ Սակայն իրենք ԴՆԹ-պոլիմերազները, ի տարբերություն ՌՆԹ-պոլիմերազների, չեն կարող սինթեզել շղթա de novo (նոր շղթա), այլ միայն երկարացնել արդեն գոյություն ունեցողը։ Այս խնդիրը լուծվում է ՌՆԹ-ի կարճ հաջորդականությունների՝ պրայմերների միջոցով, որոնք սինթեզվում են ԴՆԹ-պրայմազների կողմից։ Սրանք պետք է սինթեզվեն և համապատասխանեցվեն մատրցային ԴՆԹ-ի շղթային։

ԴՆԹ-պոլիմերազն ավելացնում է նոր նուկլեոտիդ համաձայն կոմպլեմենտարության սկզբունքի։ Նոր նուկլեոտիդը միանում է նախորդողին ֆոսֆոդիեթերական կապի միջոցով։ Այս պրոցեսն ընթանում է ավելացվող նուկլեոտիդի ֆոսֆորի ատոմների միջև կապերի խզման հաշվին։ Երբ ԴՆԹ շղթային ավելացվում է նոր նուկլեոտիդ, ֆոսֆոսդիեթերական կապը ձևավորվում է պրոքսիմալ (ածխաջրին ամենամոտ) ֆոսֆորի միջոցով, և վերջինից անջատվում է պիրոֆոսֆատ։ Այն հաջորդիվ ենթարկվում է հիդրոլիզի. կապերի երկու խզումներն էլ ուղեկցվում են էներգիայի անջատմամբ, որի հետևանքով նուկլեոտիդի ավելացումը դառնում է անշրջելի։

Ընդհանուր առմամբ ԴՆԹ-պոլիմերազները բավական ճշգրիտ են աշխատում։ Նրանք սխալվում են միջինում ամեն 107 նուկլեոտիդը մեկ[7]։ Դրան գումարվում է նաև որոշ ԴՆԹ-պոլիմերազների սրբագրման հատկությունը։ Պոլիմերազներն ընդունակ են հեռացնել սխալմամբ տեղադրված նուկլեոտիդները։ Վերջապես գործում է նաև ետ-ռեպլիկացիոն սխալների ուղղման մեխանիզմները, որի ընթացքում բջիջն ընդունակ է տարբերել նախնական ԴՆԹ մոլեկուլի նուկլեոտիդների հաջորդականությունը նոր շղթայում կատարված սխալից։ Այսպիսով սրբագրման այս բոլոր մեխանիզմների շնորհիվ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ժամանակ սխալ տեղի է ունենում ամեն 109 նուկլեոտիդը մեկ[7]։

ԴՆԹ-ի կրկնապատկման արագությունն առաջին անգամ բացահայտվել է T4 բակտերիոֆագով վարակված աղիքային ցուպիկի բջջում ֆագային ԴՆԹ-ի համար[8]։ Այն կազմել է 749 նուկլեոտիդ վայրկյանում։ Իսկ միինում կրկնապատկման ժամանակ տեղի է ունեցել սխալ նուկլեոտիդի ընդգրկում նոր սինթեզվող շղայում ամեն 108 նուկլեոտիդը մեկ[9]։ Այսպիսով ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը, բացի նրանից, որ բավական ճշգրիտ է, այն նար բավական արագ գործընթաց է։

ԴՆԹ-հելիկազ

խմբագրել

ԴՆԹ-ի կրկնապատկման համար անհրաժեշտ է ԴՆԹ մոլեկուլի ապապարուրում։ Այս կարևորագույն գործառույթն իրականացնում է ֆերմենտների մի ընտանիք՝ հելիկազները։ Էուկարիոտների գեների մոտավորապես 1% կոդավարում է հելիկազներ[10]։ Հելիկազներն ունեն օղակի տեսք և օգնական սպտակուցային համալիրի կողմից դրվում են ԴՆԹ շղթայի վրա, որից հետո նրանք շարժվելով առաջ, առանձնացնում այդ շղթան նրա հետ պարուրված մյուս շղթայից։

Միաշղթայի հետ կապվող սպիտակուցներ

խմբագրել

Միաշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլը բավական զգայուն է նուկլեազների ազդեցության նկատմամբ։ Դրան հավելվում է նաև ԴՆԹ շղթաների տարբեր տեղամասերի իրար հետ փոխազդեցությունը, որը կարող է առաջ բերել շղթայում նոր կառույցների ձևավորմանը, որը կդժվարացնի կրկանապատկման գործընթացը։ Այս անցանկալի հետևանքներից խուսափելու համար միաշղթա ԴՆԹ-ին միանում են հատուկ սպիտակուցներ ((անգլ.՝ Single-strand binding protein, SSB, SSBP), մեկ շղթային միացող սպիտակուցներ), որոնք կայունացնում և պաշտպանում են միաշղթա ԴՆԹ մոլեկուլը[11]։

Պրայմազ

խմբագրել

ԴՆԹ-պոլիմերազը կարող է ավելացնել նուկլեոտիդ միայն արդեն գոյություն ունեցող շղթային, հետևաբար հարկավոր է սինթեզել նուկլեոտիդներից կազմված փոքր շղթա, որի վրա այն արդեն կկարողանա աշխատել։ Այդ փոքր հաջորդականությունը, որը կոչվում է պրայմեր, սինթեզվում է ԴՆԹ-պրայմազի կողմից, որն իրականում ՌՆԹ-պոլիմերազ է։ Այսինքն պրայմերն իրենից ներկայացնում է ռիբոնուկլոտդիներից կազմված շղթա, որը կրկնապատկման ավարտից հետո, հեռացվում և փոխարինվում է դեզօքսիռիբոնուկլեոտիդային հաջորդականությամբ։

ԴՆԹ լիգազ

խմբագրել
Հիմնական հոդված՝ ԴՆԹ լիգազ

ԴՆԹ կրկնապատկման ընթացքում գալիս է պահ, երբ պետք է լինում իրար հետ կապել ետ մնացող շղթայի տարբեր շղթաներ (Օկազակիի հատվածներ)։ Այս գործառույթն իրականացնում է ԴՆԹ լիգազ ֆերմենտը, որը պատկանում է լիգազների ընտանիքին։ ԴՆԹ լիգազն ունակ է առաջացնել ֆոսֆոսդիէսթերային կապ հարևան հատվածների նուկլեոտիդների միջև։

Տոպոիզոմերազներ

խմբագրել

Տոպոիզոմերազները (անգլ.՝ topoisomerase) ֆերմենտների խումբ են, որոնք ազդում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլի տոպոլոգիայի (տեղաբանության) վրա[12]։ Տոպոիզոմերազներն ընդունակ են իջեցնել տարբեր պատճառներով (օրինակ կրկնապատկման) ԴՆԹ մոլեկուլում առաջացող լարվածությունը։ Այդ նրանք անում են կտրելով ԴՆԹ-ի մեկ կամ երկու շղթաները, կատարելով տեղափոխումներ, ապա ետ միացնելով կտրված տեղամասերը[13]։

Կրկնապատկման ընթացք

խմբագրել

ԴՆԹ կրկնապատկումը, ինչպես և բոլոր պոլիմերազային կենսաբանական պրոցեսները, ընթանում է 3 ֆերմենտորեն կատալիզվող և իրար հետ սերտորեն կապված փուլով՝ ինիցիացիա (սկիզբ), էլոնգացիա (երկարում) և տերմինացիա (ավարտ)։

Ինիցիացիա

խմբագրել
 
Ինիցիատոների դերը ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը սկսելու գործում:
 
Նախառեպլիկացիոն կոմպլեքսի ձևավորումը:

Որպեսզի բջիջը կարողանա կիսվել, նրանում նախ պետք է տեղի ունենա ԴՆԹ-ի կրկնապատկում[14]։ Այդ գործընթացը սկսվում է ԴՆԹ-ի որոշակի հատվածներում, որոնք հայտնի են որպես օրիջիններ, երբ վերջիններիս միանում են ինիցիատոր սպիտակուցներ[3]։ Escherichia coli բակտերիայի դեպքում (և ընդհանրապես պրոկարիոտների) այդ սիպտակուցը DnaA-ն է, իսկ խմորասնկերի (և էուկարիոտների) բջիջներում ինիցատոր է հանդիսանում օրիջին ճանաչող կոմպլեքսը[15]։ Սովորաբար օրիջիններում մեծ քանակությամբ հանդիպում են Ա-Թ նուկլեոտիդային զույգը, քանի ի տարբերություն Գ-Ց զույգի, այս դեպքում նրանց միջև 3 ջրածնական կապի փոխարեն առկա է երկուսը. այս բավական հեշտացնում է օրիջինում ԴՆԹ-ի ապապարուրումը[16]։ Օրիջինի հետ կապվելուց հետո ինիցիատոր սպիտակուցները իրենց շուրջը հավաքում են այլ սպիտակուցների, որի հետևանքով ձևավորվում է նախառեպլիկացիոն կոմպլեքսը։

Էլոնգացիա

խմբագրել

ԴՆԹ-պոլիմերազն ունի 5'-3' ակտիվություն։ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման բոլոր մոդելներում անհրաժեշտ է, որպեսզի 3' դիրքում ազատ հիդրօքսիլ խմբով նուկլեոտիդ։ Գոյություն ունի ԴՆԹ-ի կրկնապատկման 4 տարբեր մեխանիզմներ.

  1. Կյանքի բոլոր բջջային ձևերը, շատ ԴՆԹ վիրուսներ, ֆագեր և պլազմիդներ օգտագործում են պրայմազ ֆերմնետը։ Այն սինթեզում է կարճ ՌՆԹ շղթա (պրայմեր), որում կա 3' դիրքում ազատ հիդրօքսիլ խմբով նուկլեոտիդ։ Վերջինից սինթեզը շարունակում է արդեն ԴՆԹ-պոլիմերազը։
  2. Ռետրոտարրերը, այդ թվում ռետրովիրուսները, օգտագործում են փոխադրող ՌՆԹ, որը տրամադրում իր 3' դիրքում ազատ հիդրօքսիլ խմբով նուկլեոտիդներից մեկը։
  3. Ադենովիրուսներ և որոշ բակտերիոֆագերի դեպքում, որպես 3' դիրքում ազատ հիդրօքսիլ խմբի աղբյուր ծառայում է գենոմին միացած տերմինալ (ծայրային) սպիտակուցը։
  4. Միաշղթա ԴՆԹ վիրուսները, բազմաթիվ ֆագեր և պլազմիդներ, որոնք կրկնապատկվում են «գլորվող շրջան»ի եղանակով, կրկնապատկումը սկսում են հատուկ էնդոնուկլեազի միջոցով, որը ճեղքում է ԴՆԹ շղթան։ Դրա հետևանքով առաջացած 5′ ծայրով նուկլեոտիդը տեղափոխվում է ֆերմենտի վրա, իսկ ազատ մնացած 3′ OH խումբն օգտագործվում է ԴՆԹ-պոլիմերազի կողմից սկսելու ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը։

Այս մեխանիզմներից ամենից ուսումնասիրվածը առաջինն է։ Այս դեպքում, հենց երկու շղթաներն իրարից առանձնացվում են, պրայմազը սինթեզում է ՌՆԹ պրայմերներ։ Առաջնորդող շղթային անհրաժեշտ է ընդամենը մեկ պրայմեր, իսկ ետ մնացողին՝ բազմաթիվ։ Առաջնորդող շղթան շարունակաբար երկարացվում է, իսկ ետ մնացող շղթայի դեպքում յուրաքանչյուր պրայմերից առաջանում են առանձին հատվածներ։ Հետագայում ՌՆազ ֆերմենտը հեռացնում է պրայմերները և առավել դանդաղ աշխատող մեկ այլ տեսակի ԴՆԹ-պոլիմերազ բաց մնացած հատվածներում սինթեզում է նոր ԴՆԹ հատվածներ։ Այս ամենից հետո առաջնորդող շղթայում մնում է մեկ, իսկ ետ մնացողում՝ բազմաթիվ ճեղքեր։ Դրանք վերացվում են արդեն ԴՆԹ լիգազի միջոցով։

Բակտերիաների և արքեաների ու էուկարիոտների բջիջներում օգտագործվող պրայմազներն իրարից էականորեն տարբերվում են։ Բակտերիաներն օգտագործում են DnaG սպիտակուցի ընտանիքին պատկանող պրայմեր, որի կատալիտիկ կենտրոնն ունի TOPRIM ձևի ֆոլդինգ (կառուցվածք)[17]։ Արքեաների և էուկարիոտների կողմից օգտագործվող պրայմազը գիտնականների կողմից կապվում է ՌՆԹ ճանաչող սպիտակուցների հետ։ Էուկարիոտային բջիջներում տեղի ունեցող ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ժամանակ պոլիմերազը կոմպլեքս է ստեղծում Pol α ֆերմնետի հետ[18]։

Տարբեր ԴՆԹ-պոլիմերազներ իրականացնում են տարբեր ֆունկցիաներ։ Աղիքային ցուպիկի բջջում ԴՆԹ-ի կրկանապատկումը հիմնականում իրականացնում է ԴՆԹ-պոլիմերազ III ֆերմենտը։ Վերջինս միանում է ռեպլիկացիոն կոմպլեքսին և կրկանապատկման ընթացքում ցուցաբերում է բարձր արդյունավետություն։ Ի հակադրում, ԴՆԹ-պոլիմերազ I ֆերմենտը, որը պատասխանատու է ՌՆԹ պրայմերների հեռացման և դրանց փոխարինման համար, ցուցաբերում է ցածր արդյունավետություն։ Նրանց մյուս տարբերությունն այն է, որ պոլիմերազ III-ը 3' - 5' էկզոնուկլեազային ակտիվության հետ միասին ունի նաև հնարավորություն քայքայելու նուկլեոտիդները 5' - 3' ուղղությամբ։

Էուկարիոտների դեպքում ցածր արդյունավետությամբ օժտված ֆերմենտ Pol α-ն օգնում է սկսել կրկնապատկումը։ Իսկ բարձր արդյունավետությամբ և կրկնապատկումը գլխավորապես իրականացնողները Pol δ և Pol ε ֆերմենտներն են։

Երբ օրիջիններում սկսվում է ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը, ձևավորվում է մի կառույց, որը կոչվում է ռեպլիկացիոն պղպջակ։ Կրկանապատկման շարունակման հետ միասին պղպջակից անցում է կատարվում մեկ այլ կառույցի՝ ռեպլիկացիոն եղանի (անգլ.՝ replication fork)։ Բակտերիաների բջջում կապված ԴՆԹ-ի օղակաձևության և մեկ օրիջին ունենալու հետ, այս պրոցեսը ստանում է հունական θ (թետա) տառի տեսք և կոչվում է «թետա կառուցվածք»։ Ի հակադրություն, էուկարիոտներն ունեն գծային քրոմոսոմներ և բազմաթիվ օրիջիններ[19]։

Ռեպլիկացիոն եղան

խմբագրել
 
Ռեպլիկացիոն եղանն ու այն կազմող տարրեր
a - կաղապար, b - առաջնորդող շղթա, c- ետ մնացող շղթա, d - ռեպլիկացիոն եղան, e - պրայմեր, f - Օկազակիի հատվածներ:
 
Ռեպլիկացիոն եղանում գործող բազմաթիվ սպիտակուները:

Ռեպլիկացիոն եղանը ձևավորվում է հելիկազների միջոցով, որոնք քանդում են ԴՆԹ երկու շղթաներն իրար հետ կապող ջրածնական կապերը։ Ձևավորվող կառույցում կա երկու կեռիկ, որոնք իրենցից ներկայացնում են միաշղթա ԴՆԹ։ Սրա երկու շղթաները մատրիցա են ծառայում առաջատար և հետ մնացող շղթաների համար։ Վերջիններիս վրա էլ պոլիմերազների օգնությամբ տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը։

ԴՆԹ-ն մշտապես սինթեզվում է 5' - 3' ուղղությամբ։ Եվ քանի որ ԴՆԹ երկու շղթաները հակազուգահեռ են, խնդիր է ստեղծվում, թե ինչպես ավարտին հասցնել ետ մնացող շղթայի սինթեզը։

Առաջնորդող շղթա

խմբագրել

Առաջնորդող շղթան այն նոր ձևավորվող ԴՆԹ շղթան է, որի սինթեզն ընթանում է նույն ուղղությամբ, ինչ որ ռեպլիկացիոն եղանի աճը։ Պոլիմերազն առանց ընդհատումների նուկլեոտիդներ է ավելացնում առաջնորդող շղթայի վրա։

Պրոկարիոտային բջիջներում առաջնորդող շղթային սինթեզն իրականացնում է ԴՆԹ-պոլիմերազ III (ԴՆԹ Պոլ III) և հավանաբար Պոլ ε-ի կողմից[7][20] բորբոսասնկերի դեպքում։ Մարդկային բջիջներում առաջնորդող և ետ մնացող շղթաները սինթեզվում են Պոլ ε և Pol δ պոլիմերազների կողմից համապատասխանաբար, իսկ միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ն՝ Պոլ γ-ի կողմից[21]։ Երբեմն Պոլ ε կարող է փոխարինել Պոլ δ-ին[22]։

Ետ մնացող շղթա

խմբագրել

Ետ մնացող շղթան այն նոր ձևավորվող շղթան է, որի սինթեզման ուղղությունը հակառակ է ռեպլիկացիոն եղանի աճման ուղղությանը։ Իր ուղղության պատճառով, ետ մնացող շղթայի կրկնապատկման գործընթացը ավելի բարդ է քան առաջնորդող շղթայինը։

Ետ մնացող շղթան սինթեզվում է կարճ, անջատ հատվածներով, որոնք կոչվում են Օկազակիի հատվածներ։ Նախ պրայմազը կարդում է կաղապարը ԴՆԹ մոլեկուլը և սինթեզում կարճ կոմպլեմենտար ՌՆԹ պրայմեր։ Դրանից հետո պոլիմերազը երկարեցնում է այդ պրայմազը, սակայն որոշ ժամանակ անց այն կանգ է առնում և պոկվում շղթայից։ Սինթեզվում է նոր պրայմեր, այն նորից երկարացվում է և այսպես շարունակ։ Վերջում ՌՆԹ պրայմերները հեռացվում են, փոխարինվում ԴՆԹ-ով, իսկ առանձին շղթաները միացվում իրար։

Էուկարիոտների դեպքում պրայմազը մտնում է Պոլ α-ի կոմպլեքսի կազմության մեջ[23]։ ԴՆԹ-պոլիմերազ III (պրոկարիոտներ) և Պոլ δ/Պոլ ε (էուկարիոտներ) նույնպես պատասխանատու են պրայմերների երկարեցման համար։ Էուկարիոտների պրայմերների հեռացման համար կարևոր է նաև Պոլ δ պոլիմերազը[24]։ Պրոկարիոտներում պրայմերների հեռացումը կատարվում է ԴՆԹ պոլիմերազ I-ի կողմից։

Տերմինացիա

խմբագրել

Էուկարիոտները սկսում են ԴՆԹ ռեպլիկացիան մի քանի կետերում, հետևաբար ռեպլիկացիոն եղանները հանդիպում են իրար և կանգ առնում մի քանի կետերում։ Այս երևույթի համար էուկարիոտներում կարգավորող մեխանիզմ հայտնի չէ։ Քանի որ էուկարիոտներն ունեն գծային քրոմոսոմ, ԴՆԹ ռեպլիկացիան չի ընդգրկում քրոմոսոմների ամենածայրային շրջանները՝ թելոմերների մի մասը։ Սրա հետևանքով դուստր ԴՆԹ-ի թելոմերը կարճանում է համեմատած ծնողականի հետ։ Սոմատիկ բջիջներում թելոմերների կարճացումը նորմալ երևույթ է։ Դրա հետևանքով գալիս է մի պահ (Հայֆլիկի սահման), երբ թելոմերներն այնքան են կարճանում, որ բջիջն այլևս ընդունակ չի բաժանվելու։ Սեռական բջիջներում գործում է թելոմերազ ֆերմենտը, որը շարունակում այդ ծայրային շրջանների ռեպլիկացիան։ Եթե թելոմերազն ակտիվանում է սոմատիկ բջիջներում, այդ հաճախ հանգեցնում է քաղցկեղի։

Տերմինացիան ենթադրում է, որ ռեպլիկացիոն եղանի աշխատանքը պետք է կանգնեցվի կամ արգելափակվի։ Որոշակի տեղամասերում այդ կոմպլեքսի կանգ առնելն ընդգրկում է երկու երևույթի միջև փոխազդեցություն. (1) տերմինացիոն նուկլեոտիդային հաջորդականություն ԴՆԹ մոլեկուլում, և (2) սպիտակուց, որը միանում է այդ հաջորդականությանն ու ֆիզիկապես փակում եղանի ճանապարհը։

Քանի որ բակտերիաներն ունեն օղակաձև քրոմոսոմներ, տերմինացիան տեղի է ունենում երբ երկու ռեպլիկացիոն եղանները հանդիպում են իրար։

Կարգավորում

խմբագրել
 
Էուկարիոտ բջիջների կյանքի ցիկլը:

Էուկարիոտներ

խմբագրել

Էուկարիոտների դեպքում ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը կարգավորվում է բջջային ցիկլի համատեքստում։ ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը տեղի է ունենում բաժանման S փուլում (սինթետիկ փուլ)։ Էուկարիոտ բջիջների անցումը բջջային ցիկլով հսկվում է անցակետերի (չեքփոինթներ) միջոցով։ Բջջի անցումը ցիկլով վերահսկվում է ցիկլինների և ցիկլին կախյալ կինազների միջոցով[25]։

G1/S անցակետը կարգավորում է էուկարիոտ բջիջների անցումը S փուլ, այսինքն՝ ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը և բջջի հետագա կիսումը։ Այն բջիջները, որոնք չեն անցնում այս անցակետը, մնում են G0 փուլում և չեն կրկնապատկում ԴՆԹ մոլեկուլը։

Բակտերիա

խմբագրել
 
Բակտերիալ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման կարգավորումը մեթիլացման միջոցով:

Բակտերիաների մեծ մասը չի անցնում հստակ բջջային ցիկլով և դրա փոխարեն նրանք անընդհատ կրկնապատկում են իրենց ԴՆԹ-ն։ Արագ աճի հետևանքով բակտերիաների բջիջներում կարող է տեղի ունենալ մի քանի կրկնապատկում[26]։ Աղիքային ցուպիկում ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը կարգավորվում է մի քանի մեխանիզմներով՝ կիսա- կամ հեմիմեթիլացման, ԱԵՖ-ի և ԱԿՖ-ի քանակային հարաբերության և DnaA սպիտակուցի քանակի միջոցով։ Այս բոլորը կարգավորում են ինիցիատոր սպիտակուցների միացումը օրիջիններին։

Բակտերիալ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման հետևանքով ձևավորվում է կիսամեթիլացված ԴՆԹ, որին ժամանակ է պետք մինչև նոր սինթեզված շղթան նույնպես կենթարկվի մեթիլացման։ Քանի որ այս խոչընդոտում է DnaA սպիտակուցի միացմանը, այն չի թողնում բջջին միանգամից կրկնապատկել հենց նոր կրկնապատկված ԴՆԹ-ն[27]։

Երբ միջավայրի պայմանները բարենպաստ են, բջջում կուտակվում է ԱԵՖ, որը դրդում է բջիջներին արագորեն կրկնապատկվել։ ԱԵՖ-ը մրցում է ԱԿՖ-ի հետ DnaA սպիտակուցին միանալու համար։ ԱԵՖ-DnaA կոմպլեքսն արդեն ունակ է սկսելու ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը։

Տևողություն

խմբագրել

ԴՆԹ-ի սինթեզն ընթանում է ինտերֆազի միջին (S) ժամանակահատվածում, և նրա տևողությունը տարբեր է կենդանիների և բույսերի տարբեր տեսակների մոտ։ Օրինակ՝ կաթնասունների բջիջներում այդ գործընթացը տևում է 6-10 ժամ[28]։

Ծանոթագրություններ

խմբագրել
  1. ↑ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND (2002). «Chapter 27: DNA Replication, Recombination, and Repair». Biochemistry. W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-3051-0. {{cite book}}: External link in |chapter= (օգնություն)CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) (անգլ.)
  2. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). «Chapter 5: DNA Replication, Repair, and Recombination». Molecular Biology of the Cell. Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1. {{cite book}}: External link in |chapter= (օգնություն)CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) (անգլ.)
  3. ↑ 3,0 3,1 Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND (2002). «Chapter 27, Section 4: DNA Replication of Both Strands Proceeds Rapidly from Specific Start Sites». Biochemistry. W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-3051-0. {{cite book}}: External link in |chapter= (օգնություն)CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) (անգլ.)
  4. ↑ Alberts, B., et al., Molecular Biology of the Cell, Garland Science, 4th ed., 2002, pp. 238–240 ISBN 0-8153-3218-1 (անգլ.)
  5. ↑ Allison, Lizabeth A. Fundamental Molecular Biology. Blackwell Publishing. 2007. p.112 ISBN 978-1-4051-0379-4 (անգլ.)
  6. ↑ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND (2002). Biochemistry. W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-3051-0.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) Chapter 27, Section 2: DNA Polymerases Require a Template and a Primer (անգլ.)
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 McCulloch SD, Kunkel TA (2008 թ․ հունվար). «The fidelity of DNA synthesis by eukaryotic replicative and translesion synthesis polymerases». Cell Research. 18 (1): 148–61. doi:10.1038/cr.2008.4. PMC 3639319. PMID 18166979. (անգլ.)
  8. ↑ McCarthy D, Minner C, Bernstein H, Bernstein C (1976). «DNA elongation rates and growing point distributions of wild-type phage T4 and a DNA-delay amber mutant». J Mol Biol. 106 (4): 963–81. doi:10.1016/0022-2836(76)90346-6. PMID 789903.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) (անգլ.)
  9. ↑ Drake JW (1970) The Molecular Basis of Mutation. Holden-Day, San Francisco ISBN 0816224501 ISBN 978-0816224500 (անգլ.)
  10. ↑ Wu Y (2012). «Unwinding and rewinding: double faces of helicase?». J Nucleic Acids. 2012: 140601. doi:10.1155/2012/140601. PMC 3409536. PMID 22888405.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link) (անգլ.)
  11. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2008). Molecular Biology of the Cell. Garland Science. էջ 1392. ISBN 0815341059.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  12. ↑ Champoux JJ (2001). «DNA topoisomerases: structure, function, and mechanism». Annu. Rev. Biochem. 70: 369–413. doi:10.1146/annurev.biochem.70.1.369. PMID 11395412.
  13. ↑ Коничев, Севастьянова, 2012, էջ 99
  14. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Molecular Biology of the Cell. Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) Chapter 5: DNA Replication Mechanisms
  15. ↑ Weigel C, Schmidt A, Rückert B, Lurz R, Messer W (1997 թ․ նոյեմբեր). «DnaA protein binding to individual DnaA boxes in the Escherichia coli replication origin, oriC». The EMBO Journal. 16 (21): 6574–83. doi:10.1093/emboj/16.21.6574. PMC 1170261. PMID 9351837.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  16. ↑ Lodish H, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (2000). Molecular Cell Biology. W. H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-3136-3.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)12.1. General Features of Chromosomal Replication: Three Common Features of Replication Origins
  17. ↑ Aravind, L.; Leipe, D. D.; Koonin, E. V. (1998). «Toprim--a conserved catalytic domain in type IA and II topoisomerases, DnaG-type primases, OLD family nucleases and RecR proteins». Nucleic acids research. 26 (18): 4205–4213. doi:10.1093/nar/26.18.4205. PMC 147817. PMID 9722641.
  18. ↑ Frick, David; Richardson, Charles (2001 թ․ հուլիս). «DNA Primases». Annual Review of Biochemistry. 70: 39–80. doi:10.1146/annurev.biochem.70.1.39. PMID 11395402.
  19. ↑ Huberman JA, Riggs AD (1968). «On the mechanism of DNA replication in mammalian chromosomes». J Mol Biol. 32 (2): 327–341. doi:10.1016/0022-2836(68)90013-2. PMID 5689363.
  20. ↑ Pursell, Z.F.; և այլք: (2007). «Yeast DNA Polymerase ε Participates in Leading-Strand DNA Replication». Science. 317 (5834): 127–130. doi:10.1126/science.1144067. PMC 2233713. PMID 17615360.
  21. ↑ Kunkel, Thomas (հոկտեմբեր, 2011). «Balancing eukaryotic replication asymmetry with replication fidelity». Current Opinions in Chemical Biology. 15 (5): 620–626. doi:10.1016/j.cbpa.2011.07.025.
  22. ↑ Hansen, Barbara (2011). Biochemistry and Medical Genetics: Lecture Notes. Kaplan Medical. էջ 21.
  23. ↑ Elizabeth R. Barry; Stephen D. Bell (2006 թ․ դեկտեմբեր). «DNA Replication in the Archaea». Microbiology and Molecular Biology Reviews. 70 (4): 876–887. doi:10.1128/MMBR.00029-06. PMC 1698513. PMID 17158702.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  24. ↑ Distinguishing the pathways of primer removal during Eukaryotic Okazaki fragment maturation Contributor Author Rossi, Marie Louise. Date Accessioned: 2009-02-23T17:05:09Z. Date Available: 2009-02-23T17:05:09Z. Date Issued: 2009-02-23T17:05:09Z. Identifier Uri: http://hdl.handle.net/1802/6537. Description: Dr. Robert A. Bambara, Faculty Advisor. Thesis (PhD) – School of Medicine and Dentistry, University of Rochester.
  25. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Molecular Biology of the Cell. Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link) Intracellular Control of Cell-Cycle Events: S-Phase Cyclin-Cdk Complexes (S-Cdks) Initiate DNA Replication Once Per Cycle
  26. ↑ Tobiason DM, Seifert HS (2006). «The Obligate Human Pathogen, Neisseria gonorrhoeae, Is Polyploid». PLoS Biology. 4 (6): e185. doi:10.1371/journal.pbio.0040185. PMC 1470461. PMID 16719561.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link) (անգլ.)
  27. ↑ Slater S, Wold S, Lu M, Boye E, Skarstad K, Kleckner N (սեպտեմբեր, 1995). «E. coli SeqA protein binds oriC in two different methyl-modulated reactions appropriate to its roles in DNA replication initiation and origin sequestration». Cell. 82 (6): 927–36. doi:10.1016/0092-8674(95)90272-4. PMID 7553853.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
  28. ↑ Հեղինակ՝ Է.Ս. Գևորգյան, Ֆ.Դ. Դանիելյան, Ա.Հ. Եսայան, Գ.Գ. Սևոյան, Հանրակրթական դասագիրք, էջ 118, 2003 թվական
Ստացված է «https://hy.wiki.x.io/w/index.php?title=ԴՆԹ-ի_կրկնապատկում&oldid=9804659» էջից