დნმ-ის მოლეკულა არის სტრუქტურა, რომელიც გვხვდება ქრომოსომაზე. ერთი ქრომოსომა შეიცავს ერთ ასეთ მოლეკულას, რომელიც შედგება ორი ჯაჭვისგან. დნმ-ის რედუპლიკაცია არის ინფორმაციის გადაცემა ძაფების თვითრეპროდუქციის შემდეგ ერთი მოლეკულიდან მეორეზე. ის თანდაყოლილია როგორც დნმ-ში, ასევე რნმ-ში. ეს სტატია განიხილავს დნმ-ის რედუპლიკაციის პროცესს.
ზოგადი ინფორმაცია და დნმ-ის სინთეზის ტიპები
ცნობილია, რომ მოლეკულაში ძაფები გრეხილია. თუმცა, როდესაც დნმ-ის რედუპლიკაციის პროცესი იწყება, ისინი დესპირალიზდებიან, შემდეგ გადადიან გვერდებზე და თითოეულზე ახალი ასლის სინთეზირება ხდება. დასრულების შემდეგ ჩნდება ორი აბსოლუტურად იდენტური მოლეკულა, რომელთაგან თითოეული შეიცავს დედა-შვილის ძაფს. ამ სინთეზს ნახევრად კონსერვატიული ეწოდება. დნმ-ის მოლეკულები შორდებიან, რჩებიან ერთ ცენტრომერში და საბოლოოდ განსხვავდებიან მხოლოდ მაშინ, როცა ეს ცენტრომერი დაყოფას იწყებს.
სხვა სახის სინთეზს ეწოდება რეპარატიული. მან, წინაგან განსხვავებით,ასოცირდება ნებისმიერ უჯრედულ სტადიასთან, მაგრამ იწყება მაშინ, როდესაც ხდება დნმ-ის დაზიანება. თუ ისინი ძალიან ფართოა, მაშინ უჯრედი საბოლოოდ კვდება. თუმცა, თუ დაზიანება ლოკალიზებულია, მაშინ მისი გამოსწორება შესაძლებელია. პრობლემის მიხედვით, დნმ-ის ერთი ან ორი ჯაჭვი ექვემდებარება აღდგენას. ამ, როგორც მას ასევე უწოდებენ, დაუგეგმავ სინთეზს არ სჭირდება დიდი დრო და არ საჭიროებს დიდ ენერგეტიკულ ხარჯებს.
მაგრამ როცა ხდება დნმ-ის რედუპლიკაცია, ბევრი ენერგია, მასალა იხარჯება, მისი ხანგრძლივობა საათობით გრძელდება.
გამეორება იყოფა სამ პერიოდად:
- ინიციაცია;
- დრეკადობა;
- შეწყვეტა.
მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ დნმ-ის რედუპლიკაციის თანმიმდევრობას.
ინიციაცია
ადამიანის დნმ-ში რამდენიმე ათეული მილიონი ბაზის წყვილია (ცხოველებში მხოლოდ ას ცხრაა). დნმ-ის რედუპლიკაცია იწყება ჯაჭვის ბევრ ადგილას შემდეგი მიზეზების გამო. დაახლოებით ამავე დროს, ტრანსკრიფცია ხდება რნმ-ში, მაგრამ ის შეჩერებულია ზოგიერთ ცალკეულ ადგილას დნმ-ის სინთეზის დროს. ამიტომ, ასეთი პროცესის დაწყებამდე, უჯრედის ციტოპლაზმაში ნივთიერების საკმარისი რაოდენობა გროვდება, რათა შენარჩუნდეს გენის ექსპრესია და არ დაირღვეს უჯრედის სასიცოცხლო აქტივობა. ამის გათვალისწინებით, პროცესი უნდა განხორციელდეს რაც შეიძლება სწრაფად. ამ პერიოდში მაუწყებლობა ხორციელდება და ტრანსკრიფცია არ ხდება. კვლევებმა აჩვენა, რომ დნმ-ის რედუპლიკაცია ხდება ერთდროულად რამდენიმე ათას წერტილში - მცირე უბნებში გარკვეულინუკლეოტიდების თანმიმდევრობა. მათ უერთდებიან სპეციალური ინიციატორი ცილები, რომლებსაც, თავის მხრივ, უერთდებიან დნმ-ის რეპლიკაციის სხვა ფერმენტები.
დნმ-ის ფრაგმენტს, სადაც ხდება სინთეზი, ეწოდება რეპლიკონი. ის იწყება საწყისი წერტილიდან და მთავრდება, როდესაც ფერმენტი დაასრულებს რეპლიკაციას. რეპლიკონი არის ავტონომიური და ასევე ამარაგებს მთელ პროცესს საკუთარი მხარდაჭერით.
პროცესი შეიძლება არ დაიწყოს ერთდროულად ყველა წერტილიდან, სადღაც ადრე იწყება, სადღაც გვიან; შეიძლება მიედინება ერთი ან ორი საპირისპირო მიმართულებით. მოვლენები წარმოიქმნება შემდეგი თანმიმდევრობით:
- რეპლიკაციის ჩანგალი;
- RNA პრაიმერი.
რეპლიკაციის ჩანგალი
ეს ნაწილი არის პროცესი, რომლის დროსაც დეზოქსირიბონუკლეური ჯაჭვები სინთეზირდება დნმ-ის გამოყოფილ ჯაჭვებზე. ჩანგლები ქმნიან ე.წ. რედუპლიკაციის თვალს. პროცესს წინ უძღვის მოქმედებების სერია:
- განთავისუფლება ჰისტონებთან შეკავშირებისგან ნუკლეოსომაში - დნმ-ის რედუპლიკაციის ფერმენტები, როგორიცაა მეთილაცია, აცეტილაცია და ფოსფორილირება, წარმოქმნიან ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც იწვევს ცილების დადებით მუხტის დაკარგვას, რაც აადვილებს მათ გამოყოფას;
- დესპირალიზაცია არის განტვირთვა, რომელიც აუცილებელია ძაფების შემდგომი გასათავისუფლებლად;
- წყალბადის ბმების რღვევა დნმ-ის ჯაჭვებს შორის;
- მათი განსხვავებები მოლეკულის სხვადასხვა მიმართულებით;
- ფიქსაცია SSB ცილებით.
RNA პრაიმერი
სინთეზი ახორციელებსფერმენტი, რომელსაც ეწოდება დნმ პოლიმერაზა. თუმცა მას თავისით ვერ იწყებს, ამიტომ ამას სხვა ფერმენტები აკეთებენ – რნმ პოლიმერაზები, რომლებსაც ასევე რნმ პრაიმერებს უწოდებენ. ისინი სინთეზირებულია დეზოქსირიბონუკლეური ძაფების პარალელურად კომპლემენტარული პრინციპის მიხედვით. ამრიგად, დაწყება მთავრდება ორი რნმ პრაიმერის სინთეზით დნმ-ის ორ ჯაჭვზე, რომლებიც გატეხილია და დაშორებულია სხვადასხვა მიმართულებით.
დრეკადობა
ეს პერიოდი იწყება ნუკლეოტიდის და რნმ პრაიმერის 3' დასასრულის დამატებით, რომელსაც ახორციელებს უკვე აღნიშნული დნმ პოლიმერაზა. პირველს ის ანიჭებს მეორე, მესამე ნუკლეოტიდს და ა.შ. ახალი ჯაჭვის ფუძეები დაკავშირებულია მშობელ ჯაჭვთან წყალბადის ბმებით. ითვლება, რომ ძაფის სინთეზი მიმდინარეობს 5'-3' მიმართულებით.
სადაც ის ხდება რეპლიკაციის ჩანგლისკენ, სინთეზი უწყვეტად მიმდინარეობს და გრძელდება. ამიტომ, ასეთ ძაფს წამყვანი ან წამყვანი ეწოდება. მასზე აღარ ყალიბდება რნმ პრაიმერები.
თუმცა, მოპირდაპირე დედათა ჯაჭვზე დნმ ნუკლეოტიდები აგრძელებენ მიმაგრებას რნმ-ის პრაიმერთან და დეზოქსირიბონუკლეინის ჯაჭვი სინთეზირდება რედუპლიკაციის ჩანგლის საპირისპირო მიმართულებით. ამ შემთხვევაში მას უწოდებენ ჩამორჩენას ან ჩამორჩენას.
ჩამორჩენილ ჯაჭვზე, სინთეზი ხდება ფრაგმენტულად, სადაც, ერთი მონაკვეთის ბოლოს, სინთეზი იწყება სხვა ადგილზე, იმავე რნმ პრაიმერის გამოყენებით. ამრიგად, ჩამორჩენილ ჯაჭვზე არის ორი ფრაგმენტი, რომლებიც დაკავშირებულია დნმ-ით და რნმ-ით. მათ ოკაზაკის ფრაგმენტებს უწოდებენ.
მერე ყველაფერი მეორდება.შემდეგ სპირალის კიდევ ერთი შემობრუნება იხსნება, წყალბადის ბმები იშლება, ძაფები გვერდებზე გადადის, წამყვანი ჯაჭვი გრძელდება, ჩამორჩენილზე სინთეზირებულია რნმ პრაიმერის შემდეგი ფრაგმენტი, რის შემდეგაც ოკაზაკის ფრაგმენტი. ამის შემდეგ, ჩამორჩენილ ჯაჭვზე, რნმ-ის პრაიმერები განადგურებულია და დნმ-ის ფრაგმენტები გაერთიანებულია ერთში. ასე რომ, ამ წრეში ერთდროულად ხდება:
- ახალი რნმ პრაიმერების ფორმირება;
- ოკაზაკის ფრაგმენტების სინთეზი;
- რნმ პრაიმერების განადგურება;
- გაერთიანება ერთ ჯაჭვში.
შეწყვეტა
პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ორი რეპლიკაციის ჩანგალი არ შეხვდება, ან ერთ-ერთი მათგანი არ მიაღწევს მოლეკულის ბოლოს. ჩანგლების შეხვედრის შემდეგ, დნმ-ის შვილობილი ჯაჭვები უკავშირდება ფერმენტს. იმ შემთხვევაში, თუ ჩანგალი მოლეკულის ბოლოში გადავიდა, დნმ-ის რედუპლიკაცია მთავრდება სპეციალური ფერმენტების დახმარებით.
შესწორება
ამ პროცესში მნიშვნელოვანი როლი ენიჭება რედუპლიკაციის კონტროლს (ან კორექტირებას). ოთხივე ტიპის ნუკლეოტიდი მიეწოდება სინთეზის ადგილს და საცდელი დაწყვილებით დნმ პოლიმერაზა ირჩევს მათ, რაც საჭიროა.
სასურველ ნუკლეოტიდს უნდა შეეძლოს შექმნას იმდენი წყალბადის ბმა, რამდენიც იგივე ნუკლეოტიდი დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვზე. გარდა ამისა, უნდა იყოს გარკვეული მუდმივი მანძილი შაქარ-ფოსფატის ხერხემალებს შორის, რომელიც შეესაბამება სამ რგოლს ორ ფუძეში. თუ ნუკლეოტიდი არ აკმაყოფილებს ამ მოთხოვნებს, კავშირი არ მოხდება.
კონტროლი ტარდება ჯაჭვში მის ჩართვამდე და მანამდე.შემდეგი ნუკლეოტიდის ჩართვა. ამის შემდეგ შაქრის ფოსფატის ხერხემალში ბმა იქმნება.
მუტაციური ვარიაცია
დნმ-ის რეპლიკაციის მექანიზმს, მიუხედავად სიზუსტის მაღალი პროცენტისა, ყოველთვის აქვს დარღვევები ძაფებში, ძირითადად „გენურ მუტაციებს“უწოდებენ. დაახლოებით ათას ბაზის წყვილს აქვს ერთი შეცდომა, რომელსაც კონვარიანტული რედუპლიკაცია ეწოდება.
ეს ხდება სხვადასხვა მიზეზის გამო. მაგალითად, ნუკლეოტიდების მაღალი ან ძალიან დაბალი კონცენტრაციის დროს, ციტოზინის დეამინირება, სინთეზის არეში მუტაგენების არსებობა და სხვა. ზოგიერთ შემთხვევაში, შეცდომების გამოსწორება შესაძლებელია რეპარაციული პროცესებით, ზოგ შემთხვევაში გამოსწორება შეუძლებელი ხდება.
თუ დაზიანება შეეხო უმოქმედო ადგილს, შეცდომას არ ექნება სერიოზული შედეგები, როდესაც მოხდება დნმ-ის რედუპლიკაციის პროცესი. კონკრეტული გენის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა შეიძლება გამოჩნდეს შეუსაბამობით. მაშინ სიტუაცია სხვაგვარადაა და ამ უჯრედის სიკვდილიც და მთელი ორგანიზმის სიკვდილიც შეიძლება უარყოფითი შედეგი გახდეს. გასათვალისწინებელია ისიც, რომ გენური მუტაციები ეფუძნება მუტაციურ ცვალებადობას, რაც გენოფონდს უფრო პლასტიკურს ხდის.
მეთილაცია
სინთეზის დროს ან მის შემდეგ დაუყოვნებლივ ხდება ჯაჭვის მეთილაცია. ითვლება, რომ ადამიანებში ეს პროცესი აუცილებელია ქრომოსომების ფორმირებისთვის და გენის ტრანსკრიფციის დასარეგულირებლად. ბაქტერიებში ეს პროცესი ემსახურება დნმ-ის დაცვას ფერმენტების მიერ დაჭრისგან.
