Asosiy kontent

Biologiya

Course: Biologiya > Unit 14

Lesson 3: DNK replikatsiyasi

DNK replikatsiyasining molekulyar mexanizmi

DNK polimeraza va boshqa replikatsiya fermentlarining ahamiyati. Yetakchi va ortda qoluvchi zanjirlar va Okazaki fragmentlari.

Asosiy tushunchalar:

DNK replikatsiyasi yarim konservativ hisoblanadi. Qoʻsh spiralning har bir zanjiri oʻziga komplementar yangi zanjir sintez qilish uchun andoza boʻlib xizmat qiladi.
Yangi DNK DNK polimerazalari deb nomlangan fermentlar ishtirokida sintezlanadi, buning uchun unga praymer talab qilinadi va 5ʼ oxirdan 3ʼ oxiri yoʻnalishida sintezlanadi.
DNK replikatsiyasi davomida bitta yangi zanjir (yetakchi zanjir) uzluksiz sintezlanadi. Ikkinchi zanjir esa (orqada qoluvchi zanjir) kichik boʻlaklardan sintezlanadi.
DNK replikatsiyasiga DNK polimerazalardan tashqari boshqa fermentlar ham talab qilinadi, bular DNK praymaza, DNK helikaza, DNK ligaza va topoizomerazalardir.

Kirish

DNK replikatsiyasi yoki DNK nusxasini koʻchirish oson vazifa emas! Inson genomida

3

million

juft DNK asoslari mavjud. Ularning har biri hujayralar boʻlinishi davrida aniqlik bilan koʻchirilishi kerak

^{1}

DNK replikatsiyasining asosiy mexanizmlari organizmlar oʻrtasida oʻzaro oʻxshashdir. Ushbu maqolada biz DNK replikatsiyasini E. coli bakteriyasi misolida oʻrganamiz, ammo replikatsiya mexanizmlari odamlar va barcha eukariotlarda oʻxshash.

Replikatsiyani amalga oshiradigan oqsillar va fermentlarni hamda ular DNKning aniq va toʻliq replikatsiyasini taʼminlash uchun qanday ishlashini koʻrib chiqaylik.

Asosiy gʻoya

DNK replikatsiyasi yarim konservativ hisoblanadi. Qoʻsh spiralning har bir zanjiri oʻziga komplementar yangi zanjir sintez qilinishi uchun andoza boʻlib xizmat qiladi.

Bu jarayon natijasida bitta boshlangʻich molekuladan ikkita “qiz” molekula hosil boʻladi va har bir yangi hosil boʻlgan qoʻsh spiral bitta yangi va bitta eski ipdan iborat boʻladi.

Qaysidir maʼnoda, DNK replikatsiyasi shuning oʻzidangina iborat! Ammo aslida bu jarayonning eng qiziq tomoni uning hujayrada qanday amalga oshirilishidir.

Hujayralar DNKni juda tez va juda kam xatolar bilan nusxalashi kerak (aks holda, saraton xavfi paydo boʻladi). Buning uchun hujayralar DNK replikatsiyasining muammosiz va aniq bajarilishini taʼminlash maqsadida birgalikda faoliyat koʻrsatuvchi turli xil ferment va oqsillardan foydalanadi.

DNK polimeraza

DNK replikatsiyasidagi eng asosiy molekulalardan biri DNK polimeraza fermenti hisoblanadi. DNK polimeraza DNK sinteziga javobgar: u andoza zanjirdagi ketma-ketlikka asosan yangi hosil boʻlayotgan DNK zanjiriga nukleotidlarni bittadan biriktiradi.

DNK polimerazaning asosiy xususiyatlari:

Doim andozadan foydalanadi
Yangi zanjirga nukleotidlarni faqatgina 3ʼ oxiri tomondan biriktiradi
DNK zanjirini noldan boshlab sintezlay olmaydi, ammo oldindan mavjud boʻlgan zanjir yoki praymer deb nomlanuvchi qisqa nukleotid fragmentlaridan foydalanadi.
Ular tahrir qiladi yoki oʻz ishlarini qayta tekshirib, zanjirga tasodifan qoʻshilgan “notoʻgʻri” nukleotidlarning katta qismini olib tashlaydi

Yangi hosil boʻlayotgan zanjirga nukleotidlar qoʻshilishi energiya talab qiladi. Bu energiya nukleotidning oʻzidan kelib chiqadi, ularga uchta fosfat birikadi (ATF molekulasi kabi). Fosfatlar orasidagi bogʻ uzilganda, ajralib chiqadigan energiya nukleotid va oʻsib borayotgan zanjir oʻrtasidagi bogʻlanish uchun ishlatiladi.

[Polimerlash reaksiyalari]

E. coli kabi prokariot hujayralarda DNK replikatsiyasini amalga oshiruvchi ikkita asosiy DNK polimerazasi mavjud: DNK polimeraza III (asosiy DNK hosil qiluvchi) va DNK polimeraza I (qoʻshimcha yordamchi vazifasini bajaradi).

DNK replikatsiyasining boshlangʻich nuqatasi

DNK polimeraza va boshqa replikatsiya faktorlari qaysi nuqtadan boshlashni qanday belgilaydi? Replikatsiya har doim replikatsiya boshlanish nuqtasi deb nomlangan maxsus ketma-ketlikdan boshlanadi.

Barcha bakteriyalardagi singari E. coli hujayrasining xromosoma tarkibida bunday nuqta bitta va

245

juft asosni oʻz ichiga oladi. A/T asos juftliklarining koʻproq (chunki bu juftlik G/S juftligiga qaraganda kamroq vodorod bogʻi tutadi) boʻlishi zanjirning oson ajralishiga yordam beradi.

Boshlanish nuqtasini tanib oluvchi oqsillar unga birikadi va DNKning ochilishi boshlanadi. DNK ochilishi jarayonida ikkita Y shaklidagi replikatsiya vilkasi hosil boʻladi, ikkalasi zanjirning ikki tomonida birgalikda replikatsiya pufagini hosil qiladi. Replikatsiya davomida replikatsiya vilkalari qarama-qarshi yoʻnalishda harakat qiladi.

Diagramma “Reece et al”dagi chizmaga asoslangan. $^{2}$ ‍.

Replikatsion vilkalarda replikatsiya jarayoni qanday kechadi? Helikaza – boshlanish nuqtasida ish boshlovchi ilk ferment

^{3}

. Helikazaning vazifasi DNKni “ochish” (azotli asos juftliklari orasidagi vodorod bogʻlarini uzish) orqali replikatsiya vilkalarini oldinga siljitishdan iborat.

Bir qatorli bogʻlovchi oqsillar deb ataladigan oqsillar replikatsiya vilkalarining atrofida DNKning ajratilgan zanjirlarini alohida-alohida qoplaydi va bu ularning bir-biriga (qayta spiral shaklida) oʻralishiga toʻsqinlik qiladi.

Praymerlar va praymaza

DNK polimeraza faqatgina mavjud DNK zanjirining 3ʼ oxiriga nukleotidlarni biriktiradi. (Bunda ular 3ʼ oxiridagi -OH guruhlardan nukleotidlar uchun “ilgich” sifatida foydalanadi.) Xoʻsh, unda DNK polimeraza yangi replikatsiya vilkalariga birinchi nukleotidni qanday biriktiradi?

Buni yolgʻiz oʻzi bajara olmaydi! Muammo praymaza deb nomlangan ferment yordamida hal qilinadi. Praymaza RNK praymerni yoki nuklein kislotalarning andoza zanjirga komplimentar boʻlgan boʻlaklarini hosil qiladi, bu DNK polimerazaning 3ʼ oxiri boʻylab davom etishini taʼminlaydi. Oddiy praymer uzunligi taxminan beshtadan oʻntagacha nukleotidlardan iborat. Praymer DNK sintezini boshlab beradi.

RNK praymer oʻz vazifasini bajarib boʻlgach DNK polimeraza yangi DNK zanjiriga (andoza zanjirga komplimentar tarzda) nukleotidlarni bittadan biriktira boshlaydi.

Yetakchi va orqada qoluvchi zanjir

E. coli da sintezning koʻp qismini boshqaradigan DNK polimeraza bu DNK polimeraza III fermenti hisoblanadi. Replikatsiya vilkalarida DNK polimeraza III ning ikkita molekulasi bor, ularning har biri ikkita yangi DNK zanjirning birida ishlashi qiyin.

DNK polimerazalari DNKni faqat 5ʼ dan 3ʼ ga tomon yoʻnaltirishi mumkin va bu replikatsiya paytida muammo tugʻdiradi. DNKning ikki tomonlama spirali doimo antiparalleldir; boshqacha qilib aytganda, bitta zanjir 5ʼ dan 3ʼ oxiriga, boshqasi 3ʼ dan 5ʼ oxiriga tomon harakatlanadi. Bu andozalar bilan qarama-qarshi boʻlgan ikkita yangi zanjirni biroz boshqacha usulda sintez qilish zaruriyatini tugʻdiradi.

5ʼ oxirdan 3ʼ oxiriga tomon yoʻnalgan replikatsiya vilkasi zanjiri oson sintezlanadi. Bu zanjir uzluksiz sintezlanadi, chunki DNK polimeraza vilka bilan bitta yoʻnalishda harakat qiladi. Ushbu uzluksiz zanjir yetakchi zanjir deyiladi.

Ikkinchi yangi zanjir 5ʼ oxiridan 3ʼ oxiriga tomon sintezlanadi va replikatsiya vilkasiga teskari yoʻnalishda boradi. Ushbu zanjir qismlarga boʻlingan, chunki vilka oldinga siljiganida DNK polimeraza (vilkalar orasidan uzoqlashayotgan) chiqib ketishi, yangi ochilgan DNKga qayta joylashtirilishi kerak. Bu fragmentlarga boʻlingan zanjir orqada qoluvchi zanjir deyiladi.

Kichik fragmentlar Okazaki fragmentlari deb ataladi. Bu nom ularni kashf qilgan yaponiyalik olimning ismidan olingan. Yetakchi ipni bitta praymerdan uzaytirish mumkin, orqada qoluvchi ipda esa Okazaki fragmentlarining har biri uchun yangi praymer kerak boʻladi.

Taʼminot va tozalash guruhi

DNK replikatsiyasining uzluksiz ishlashi uchun yuqoridagi asosiy molekulalardan tashqari ayrim oqsillar va fermentlar zarur. Ulardan biri DNK sintezi jarayonida DNK polimeraza III molekulalarini ushlab turuvchi siljuvchi qisqich deb nomlangan oqsildir. Bu oqsil halqa shaklida boʻlib, yangi Okazaki fragmentida qayta ishga tushganda orqada qolgan zanjirdan DNK polimerazasining ajralib ketishidan saqlaydi

^{4}

Topoizomeraza ham DNK replikatsiyasi jarayonida muhim rol oʻynaydi. Ushbu ferment DNK ochilishi natijasida replikatsiya vilkasidan oldin DNK ikki tomonlama buralishining oldini oladi. Kuchlanish hosil qilish uchun spiralda kertiklar hosil qiladi, keyinchalik shikastlanishning oldini olish uchun kertiklar yopiladi.

Oxirida RNK yoki nukleotidlar orasidagi boʻshliqlarni bartaraf qilish uchun tozalash ishlari olib boriladi. DNK polimeraza I faoliyati natijasida RNK praymerlar olib tashlanadi va DNK bilan almashtiriladi. Praymerlar almashtirilgandan keyin qolgan kertiklar DNK ligazasi fermenti yordamida ulanadi.

E. coli da DNK replikatsiyasi tavsifi

Keling, replikatsiyada ishtirok etadigan fermentlar va oqsillar yangi DNKni sintez qilish uchun qanday ishlashini koʻrib chiqamiz.

Helikaza DNK qoʻsh zanjirini ochib, replikatsiya vilkasini hosil qiladi.
Bir qatorli bogʻlovchi oqsillar replikatsiya vilkasi atrofini qoplab, DNK qayta bogʻlanishining oldini oladi.
Topoizomeraza replikatsiya vilkasidan oldinroqda faoliyat koʻrsatib, DNK spirali qayta oʻralishining oldini oladi.
Praymaza DNKga komplimentar RNK praymerlarni sintez qiladi.
DNK polimeraza III DNKning yangi qismini hosil qilish uchun praymerni 3ʼ oxiriga biriktirib uzaytiradi.
RNK praymer DNK polimeraza I tomonidan olib tashlanadi.
DNK fragmentlari orasidagi boʻshliqlar DNK ligaza fermenti tomonidan toʻldiriladi.

Eukariotlarda DNK replikatsiyasi

DNK replikatsiyasining asoslari bakteriya va eukariot (odam)larda oʻxshash, ammo baʼzi farqlar ham bor:

Eukariotlarda odatda koʻp chiziqli xromosomalar mavjud boʻlib, ularning har biri koʻplab replikatsiya boshlanish nuqtalariga ega. Odamlarda bu nuqtalar $100$ ‍ $000$ ‍ tagacha boʻlishi mumkin $^{5}$ ‍!
E. coli dagi koʻp fermentlar eukariot DNK replikatsiyasida qatnashadigan vazifadoshlariga ega, lekin E. coli da bitta shaklda uchrovchi ferment eukariotlarda bir nechta shaklda boʻlishi mumkin. Masalan, odam hujayrasidagi replikatsiya jarayonida qatnashuvchi beshta DNK polimeraza mavjud $^{5}$ ‍.
Aksariyat eukariot xromosomalar chiziqli. Orqada qoluvchi zanjir sintezi tufayli DNK har replikatsiya siklida oxiridan bir qismi (telomer)ni yoʻqotadi.

Khan Academyʼdan tashqari manbalarni ham kashf qiling

DNK replikatsiyasi haqida koʻproq bilib olishni xohlaysizmi? Quyidagi interfaol material bilan tanishib chiqing. Manba: LabXchange.

LabXchange fanlarni bepul oʻrgatuvchi platforma boʻlib, Garvard universitetining sanʼat va fan fakulteti va Amgen jamiyati tomonidan yaratilgan.

[Havolalar]

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.