Paano kinokopya ng mga cell ang double helix gamit ang polymerase, primers, forks, proofreading, at repair
DNA pagtitiklop
Ang DNA replication ay ang proseso ng cell na kumukopya ng genetic na impormasyon bago ang cell division, gamit ang bawat strand ng double helix bilang template upang makabuo ng bagong complementary strand na may mataas na katumpakan.
Ano ang ginagawa ng DNA replication
Bago mahati ang isang cell, dapat nitong kopyahin ang DNA nito upang ang bawat cell ng anak na babae ay makatanggap ng buong hanay ng mga genetic na tagubilin. Ang DNA replication ay ang prosesong gumagawa ng kopyang iyon. Ito ay mahalaga para sa paglaki, pag-aayos ng tissue, pagpaparami, at pagmamana. Sa mga tao, ang bawat cell na naghahati ay dapat kumopya ng bilyun-bilyong DNA na mga pares ng base, habang ang mga bacteria at virus ay kinokopya ang mas maliliit na genome gamit ang magkakaugnay ngunit minsan ay magkaibang makinarya.
Bakit mahalaga ang double helix
Ang DNA ay may dalawang hibla na nasugatan sa isang double helix. Ang mga base ay nagpapares sa mga predictable na paraan: adenine pares sa thymine, at cytosine pares sa guanine. Dahil sa panuntunang ito ng base-pairing, maaaring magsilbing template ang bawat orihinal na strand para sa muling pagbuo ng nawawalang partner strand. Tinatawag na semiconservative ang pagtitiklop dahil ang bawat natapos na DNA na molekula ay naglalaman ng isang orihinal na strand at isang bagong ginawang strand.
Kung saan nagsisimula ang pagtitiklop
Nagsisimula ang pagtitiklop sa mga partikular na DNA na sequence na tinatawag na pinagmulan ng pagtitiklop. Kinikilala ng mga protina ang mga pinagmulang ito, buksan ang double helix, at lumikha ng mga bula ng pagtitiklop. Sa bawat dulo ng bubble ay isang replication fork, ang hugis-Y na rehiyon kung saan ang DNA ay inaalis at kinokopya. Ang mga bakterya ay kadalasang may isang pangunahing pinagmulan sa isang pabilog na chromosome, habang ang mga eukaryotic na selula tulad ng mga selula ng halaman at hayop ay gumagamit ng maraming pinagmulan sa mahabang linear na mga kromosom.
Ang makinarya ng pagtitiklop
Ang ilang mga enzyme ay nagtutulungan. Inalis ni Helicase ang double helix. Pinipigilan ng mga single-strand binding protein na magkahiwalay ang magkahiwalay na mga hibla. Ang Topoisomerase ay nagpapagaan ng paikot-ikot na stress sa unahan ng tinidor. Ang Primase ay gumagawa ng maiikling RNA na panimulang aklat dahil ang DNA polymerase ay hindi makapagsisimula ng isang bagong strand nang mag-isa. Ang DNA polymerase ay umaabot mula sa primer sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga nucleotide. Ang DNA ligase ay nagtatakip ng mga puwang upang ang sugar-phosphate backbone ay maging tuluy-tuloy.
Nangunguna at nahuhuli na mga hibla
Ang DNA polymerase ay maaaring magdagdag ng mga nucleotide lamang sa 3-prime dulo ng lumalaking strand, kaya ang bagong DNA ay ginawa sa 5-prime hanggang 3-prime na direksyon. Dahil ang dalawang template strand ay tumatakbo sa magkasalungat na direksyon, ang isang bagong strand ay patuloy na kinokopya patungo sa fork; ito ang nangungunang strand. Ang isa ay kinopya palayo sa tinidor sa madaling salita Okazaki fragments; ito ang lagging strand. Sa paglaon, ang mga panimulang aklat ay tinanggal, pinalitan ng DNA, at ang mga fragment ay pinagsama ng ligase.
Pag-proofread at pagkumpuni
Ang pagtitiklop ay tumpak dahil ang DNA polymerases ay pumipili ng mga base ayon sa pagpapares ng template at maraming polymerases na proofread habang gumagana ang mga ito. Kung maling base ang idinagdag, maaalis ito ng proofreading bago magpatuloy ang synthesis. Maaaring ayusin ng mga karagdagang sistema ng pag-aayos ang mga hindi pagkakatugma o pinsala pagkatapos ng pagtitiklop. Ang mga sistemang ito ay hindi perpekto, kaya ang ilang mga pagbabago ay nagiging mutasyon. Ang mga mutasyon ay maaaring maging neutral, nakakapinsala, o paminsan-minsan ay kapaki-pakinabang para sa ebolusyon, ngunit sa mga selula ng katawan maaari rin silang mag-ambag sa kanser.
Telomere at stress ng pagtitiklop
Ang mga eukaryotic chromosome ay linear, na lumilikha ng problema sa mga dulo dahil hindi ganap na makopya ng ordinaryong replikasyon ang pinakadulo ng lagging strand. Ang mga telomer ay paulit-ulit na DNA na mga sequence na nagpoprotekta sa mga dulo ng chromosome, at maaaring pahabain ng telomerase ang mga ito sa ilang mga cell. Nangyayari ang stress ng pagtitiklop kapag bumabagal o natigil ang pagkopya dahil sa DNA pinsala, mahirap na pagkakasunud-sunod, mababang supply ng nucleotide, o mga banggaan sa iba pang proseso ng cell. Dapat pamahalaan ng mga cell ang stress na ito upang mapanatili ang katatagan ng genome.
Bakit ito mahalaga
Ang DNA ay mahalaga dahil ang buhay ay nakasalalay sa pagkopya ng genetic na impormasyon nang tumpak para mapanatili ang pagkakakilanlan, ngunit sapat na flexible para sa ebolusyon sa mahabang panahon. Ang pag-unawa sa replikasyon ay nakakatulong na ipaliwanag ang pamana, pag-unlad, pagtanda, kanser, mga target na antibiotic, impeksyon sa virus, sakit na genetic, biotechnology, at pagkakasunud-sunod ng DNA. Kapag gumagana ang pagtitiklop, ipinapasa ng mga cell ang mga tagubilin. Kapag nabigo ito, ang mga kahihinatnan ay maaaring mula sa hindi nakakapinsalang pagkakaiba-iba hanggang sa malubhang sakit.