Σύνθεση DNA

ο Σύνθεση DNA λαμβάνει χώρα ως μέρος της αντιγραφής του DNA. Το DNA είναι ο φορέας γενετικών πληροφοριών και ελέγχει όλες τις διαδικασίες ζωής. Στους ανθρώπους, όπως και σε όλα τα άλλα ζωντανά πλάσματα, βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου. Το DNA είναι διπλόκλωνο, παρόμοιο με μια στριμμένη σκάλα που ονομάζεται έλικα. Αυτή η διπλή έλικα αποτελείται από δύο μόρια DNA. Κάθε ένας από τους δύο συμπληρωματικούς κλώνους αποτελείται από ραχοκοκαλιά των μορίων σακχάρου (δεοξυριβόζη) και υπολειμμάτων φωσφορικών, στα οποία συνδέονται οι τέσσερις οργανικές, αζωτούχες βάσεις γουανίνη, αδενίνη, κυτοσίνη και θυμίνη. Οι δύο κλώνοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω δεσμών υδρογόνου μεταξύ αντιτιθέμενων, λεγόμενων συμπληρωματικών βάσεων. Σύμφωνα με την αρχή του συμπληρωματικού ζευγαρώματος βάσεων, μόνο οι δεσμοί μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης αφενός και αδενίνης και θυμίνης αφετέρου είναι δυνατοί.

Τι είναι η σύνθεση DNA;

Για να αναπαραχθεί το DNA, είναι απαραίτητη η διαδικασία σύνθεσης DNA. Περιγράφει τη δομή του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (συντομογραφείται ως DNA ή DNA). Το βασικό ένζυμο εδώ είναι η πολυμεράση DNA. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος που είναι δυνατή η κυτταρική διαίρεση.

Για αναδιπλασιασμό, ο συνεστραμμένος διπλός κλώνος DNA αποσυνδέεται πρώτα από ένζυμα, τις λεγόμενες ελικάσες και τοποϊσομεράσες, και οι δύο μονές κλώνοι διαχωρίζονται μεταξύ τους. Αυτή η προετοιμασία για την πραγματική αναπαραγωγή ονομάζεται έναρξη. Τώρα συντίθεται ένα κομμάτι RNA, το οποίο χρειάζεται η πολυμεράση DNA ως αφετηρία για την ενζυματική του δράση.

Κατά τη διάρκεια της μετέπειτα επιμήκυνσης (επέκταση κλώνου), κάθε μονός κλώνος μπορεί να χρησιμοποιηθεί από την DNA πολυμεράση ως μήτρα για τη σύνθεση του συμπληρωματικού ϋΝΑ. Δεδομένου ότι μία από τις βάσεις μπορεί να συνδέεται μόνο με μια άλλη βάση, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ένας μονός κλώνος για την ανακατασκευή του άλλου, συνδεδεμένου κλώνου. Αυτή η εκχώρηση των συμπληρωματικών βάσεων είναι το καθήκον της πολυμεράσης DNA.

Ο σκελετός φωσφορικού σακχάρου του νέου κλώνου DNA συνδέεται έπειτα από μια λιγάση. Αυτό δημιουργεί δύο νέους διπλούς κλώνους DNA, ο καθένας περιέχει έναν κλώνο από την παλιά έλικα DNA. Η νέα διπλή έλικα ονομάζεται επομένως ημι-συντηρητική.

Και οι δύο κλώνοι της διπλής έλικας έχουν πολικότητα που δείχνει τον προσανατολισμό των μορίων. Η κατεύθυνση των δύο μορίων DNA σε μια έλικα είναι αντίθετη. Δεδομένου ότι η πολυμεράση DNA λειτουργεί μόνο προς μία κατεύθυνση, μόνο ο κλώνος που βρίσκεται στον κατάλληλο προσανατολισμό μπορεί να δημιουργηθεί συνεχώς. Το άλλο σκέλος συντίθεται κομμάτι ανά κομμάτι. Οι προκύπτουσες τομές DNA, επίσης γνωστές ως θραύσματα Okazaki, ενώνονται στη συνέχεια μαζί με τη λιγάση.Ο τερματισμός της σύνθεσης DNA με τη βοήθεια διαφόρων συμπαράγοντων είναι γνωστός ως τερματισμός.

Λειτουργία & εργασία

Δεδομένου ότι τα περισσότερα κύτταρα έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής, τα νέα κύτταρα πρέπει συνεχώς να σχηματίζονται στο σώμα μέσω της κυτταρικής διαίρεσης για να αντικαταστήσουν εκείνα που πεθαίνουν. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια στο ανθρώπινο σώμα, για παράδειγμα, έχουν μέση διάρκεια ζωής 120 ημερών, ενώ ορισμένα εντερικά κύτταρα πρέπει να αντικατασταθούν από νέα κύτταρα μετά από μία ή δύο ημέρες. Αυτό απαιτεί μιτωτική κυτταρική διαίρεση, στην οποία δύο νέα, πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα δημιουργούνται από ένα μητρικό κύτταρο. Και τα δύο κύτταρα χρειάζονται το πλήρες σύνολο των γονιδίων, πράγμα που σημαίνει ότι, σε αντίθεση με άλλα συστατικά των κυττάρων, δεν μπορεί απλά να χωριστεί. Για να μην χαθούν γενετικές πληροφορίες κατά τη διαίρεση, το DNA πρέπει να διπλασιαστεί («αντιγράφεται») πριν από τη διαίρεση.

Οι κυτταρικές διαιρέσεις πραγματοποιούνται επίσης κατά την ωρίμανση των αρσενικών και θηλυκών γεννητικών κυττάρων (ωάρια και σπερματοζωάρια). Στις διαιρέσεις που δημιουργούνται με τη βιολογία, το DNA δεν διπλασιάζεται επειδή είναι επιθυμητή μείωση κατά το ήμισυ του DNA. Όταν τα κύτταρα των ωαρίων και των σπερματοζωαρίων συντήκονται, επιτυγχάνεται και πάλι ο πλήρης αριθμός χρωμοσωμάτων, η κατάσταση συσκευασίας του DNA.

Το DNA είναι απαραίτητο για τη λειτουργία του ανθρώπινου σώματος και όλων των άλλων οργανισμών, καθώς αποτελεί τη βάση για τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Ένας συνδυασμός τριών διαδοχικών βάσεων σημαίνει ένα αμινοξύ, και γι 'αυτό αναφέρεται ως τριπλός κωδικός. Κάθε βασικό τρίδυμο μεταφράζεται σε ένα αμινοξύ μέσω του messenger RNA (mRNA). Αυτά τα αμινοξέα στη συνέχεια συνδέονται με πρωτεΐνες στο πλάσμα των κυττάρων. Το mRNA διαφέρει από το DNA μόνο σε ένα άτομο στο υπόλειμμα σακχάρου της σπονδυλικής στήλης και σε μερικές βάσεις. Το MRNA χρησιμεύει κυρίως ως φορέας πληροφοριών για τη μεταφορά πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στο DNA από τον πυρήνα του κυττάρου στο πλάσμα των κυττάρων.

Ασθένειες και παθήσεις

Ένας οργανισμός που δεν είναι ικανός για σύνθεση DNA δεν θα ήταν βιώσιμος, καθώς νέα κύτταρα πρέπει να σχηματιστούν με κυτταρική διαίρεση κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης. Σφάλματα στη σύνθεση DNA, δηλαδή ατομικές εσφαλμένα ενσωματωμένες βάσεις που δεν ακολουθούν την αρχή του συμπληρωματικού ζευγαρώματος βάσεων, εμφανίζονται σχετικά συχνά. Εξαιτίας αυτού, τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν συστήματα επισκευής. Αυτά βασίζονται σε ένζυμα που ελέγχουν το διπλό κλώνο του DNA και διορθώνουν εσφαλμένα εισαγόμενες βάσεις χρησιμοποιώντας διάφορους μηχανισμούς.

Για το σκοπό αυτό, για παράδειγμα, η περιοχή γύρω από λάθος βάση μπορεί να κοπεί και να ξαναχτιστεί σύμφωνα με την αρχή της σύνθεσης που εξηγείται. Ωστόσο, εάν τα συστήματα επιδιόρθωσης DNA του κυττάρου είναι ελαττωματικά ή υπερφορτωμένα, μπορεί να συσσωρευτούν βασικές αναντιστοιχίες, οι λεγόμενες μεταλλάξεις. Αυτές οι μεταλλάξεις αποσταθεροποιούν το γονιδίωμα και αυξάνουν έτσι την πιθανότητα νέων σφαλμάτων κατά τη διάρκεια της σύνθεσης DNA. Μια συσσώρευση τέτοιων μεταλλάξεων μπορεί να οδηγήσει σε καρκίνο. Η μετάλλαξη δίνει σε ορισμένα γονίδια ένα φαινόμενο που προάγει τον καρκίνο (κέρδος λειτουργίας), ενώ άλλα γονίδια χάνουν την προστατευτική τους επίδραση (απώλεια λειτουργίας).

Σε ορισμένα κύτταρα, ωστόσο, είναι επιθυμητός ένας αυξημένος ρυθμός σφάλματος για να γίνουν πιο προσαρμόσιμοι, για παράδειγμα σε ορισμένα κύτταρα του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος.