Bagaimana sel menyalin heliks berganda dengan polimerase, primer, cabang replikasi, semakan ralat, dan pembaikan
Replikasi DNA
Replikasi DNA ialah proses sel yang menyalin maklumat genetik sebelum pembahagian sel, menggunakan setiap untaian heliks berganda sebagai templat untuk membina untaian pelengkap baharu dengan ketepatan tinggi.
Fungsi replikasi DNA
Sebelum sel membahagi, ia mesti menyalin DNAnya supaya setiap sel anak menerima set lengkap arahan genetik. Replikasi DNA ialah proses yang menghasilkan salinan itu. Ia penting untuk pertumbuhan, pembaikan tisu, pembiakan, dan pewarisan. Dalam manusia, setiap sel yang membahagi mesti menyalin berbilion-bilion pasangan bes DNA, manakala bakteria dan virus menyalin genom yang lebih kecil menggunakan jentera yang berkaitan tetapi kadangkala berbeza.
Mengapa heliks berganda penting
DNA mempunyai dua untaian yang berpintal menjadi heliks berganda. Bes berpasangan dengan cara yang boleh diramal: adenina berpasangan dengan timina, dan sitosina berpasangan dengan guanina. Disebabkan peraturan pasangan bes ini, setiap untaian asal boleh menjadi templat untuk membina semula untaian pasangan yang hilang. Replikasi dipanggil separa konservatif kerana setiap molekul DNA yang siap mengandungi satu untaian asal dan satu untaian baharu.
Di mana replikasi bermula
Replikasi bermula pada jujukan DNA tertentu yang dipanggil asal replikasi. Protein mengenali asal ini, membuka heliks berganda, dan membentuk gelembung replikasi. Pada setiap hujung gelembung terdapat cabang replikasi, kawasan berbentuk Y tempat DNA sedang dibuka dan disalin. Bakteria sering mempunyai satu asal utama pada kromosom bulat, manakala sel eukariot seperti sel tumbuhan dan haiwan menggunakan banyak asal merentasi kromosom linear yang panjang.
Jentera replikasi
Beberapa enzim bekerjasama. Helikase membuka heliks berganda. Protein pengikat untaian tunggal menghalang untaian yang terpisah daripada bercantum semula. Topoisomerase mengurangkan tekanan pintalan di hadapan cabang replikasi. Primase membuat primer RNA pendek kerana DNA polimerase tidak boleh memulakan untaian baharu dengan sendirinya. DNA polimerase memanjangkan daripada primer dengan menambah nukleotida. DNA ligase menutup jurang supaya tulang belakang gula-fosfat menjadi berterusan.
Untaian utama dan untaian tertinggal
DNA polimerase hanya boleh menambah nukleotida pada hujung 3-prima untaian yang sedang memanjang, jadi DNA baharu dibuat dalam arah 5-prima ke 3-prima. Oleh kerana dua untaian templat berjalan dalam arah bertentangan, satu untaian baharu disalin secara berterusan ke arah cabang replikasi; ini ialah untaian utama. Satu lagi disalin menjauhi cabang dalam cebisan pendek Okazaki; ini ialah untaian tertinggal. Kemudian, primer dibuang, diganti dengan DNA, dan cebisan disambung oleh ligase.
Semakan ralat dan pembaikan
Replikasi tepat kerana DNA polimerase memilih bes mengikut pasangan templat, dan banyak polimerase menyemak ralat semasa bekerja. Jika bes yang salah ditambah, semakan ralat boleh membuangnya sebelum sintesis diteruskan. Sistem pembaikan tambahan boleh membetulkan ketidakpadanan atau kerosakan selepas replikasi. Sistem ini tidak sempurna, jadi sesetengah perubahan menjadi mutasi. Mutasi boleh bersifat neutral, berbahaya, atau kadangkala berguna untuk evolusi, tetapi dalam sel badan ia juga boleh menyumbang kepada kanser.
Telomer dan tekanan replikasi
Kromosom eukariotik berbentuk linear, yang menimbulkan masalah pada hujungnya kerana replikasi biasa tidak dapat menyalin sepenuhnya hujung paling akhir untaian tertinggal. Telomer ialah jujukan DNA berulang yang melindungi hujung kromosom, dan telomerase boleh memanjangkannya dalam sesetengah sel. Tekanan replikasi berlaku apabila penyalinan menjadi perlahan atau terhenti akibat kerosakan DNA, jujukan yang sukar, bekalan nukleotida rendah, atau perlanggaran dengan proses sel lain. Sel mesti mengurus tekanan ini untuk mengekalkan kestabilan genom.
Mengapa hal ini penting
Replikasi DNA penting kerana kehidupan bergantung pada penyalinan maklumat genetik yang cukup tepat untuk mengekalkan identiti, tetapi cukup fleksibel untuk evolusi dalam jangka masa panjang. Memahami replikasi membantu menjelaskan pewarisan, perkembangan, penuaan, kanser, sasaran antibiotik, jangkitan virus, penyakit genetik, bioteknologi, dan penjujukan DNA. Apabila replikasi berjaya, sel meneruskan arahan. Apabila ia gagal, kesannya boleh berkisar daripada variasi tidak berbahaya hingga penyakit serius.