Ein DNA-Molekül ist eine Struktur, die sich auf einem Chromosom befindet. Ein Chromosom enthält ein solches Molekül, das aus zwei Strängen besteht. DNA-Reduktion ist die Übertragung von Informationen nach der Selbstreproduktion von Fäden von einem Molekül auf ein anderes. Es ist sowohl in der DNA als auch in der RNA inhärent. Dieser Artikel beschreibt den Prozess der DNA-Reduktion.
Allgemeine Informationen und Arten der DNA-Synthese
Es ist bekannt, dass die Fäden im Molekül verdreht sind. Wenn jedoch der Prozess der DNA-Reduktion beginnt, entspiralisieren sie, bewegen sich dann zu den Seiten, und auf jeder wird eine neue Kopie synthetisiert. Nach Fertigstellung erscheinen zwei absolut identische Moleküle, die jeweils einen Mutter- und einen Tochterfaden enth alten. Diese Synthese wird semikonservativ genannt. DNA-Moleküle bewegen sich weg, während sie in einem einzigen Zentromer verbleiben, und divergieren schließlich erst dann, wenn dieses Zentromer beginnt, sich zu teilen.
Eine andere Art der Synthese wird reparativ genannt. Er, anders als der vorherige,mit jedem zellulären Stadium verbunden, beginnt aber, wenn DNA-Schäden auftreten. Sind sie zu groß, stirbt die Zelle schließlich ab. Wenn der Schaden jedoch lokalisiert ist, kann er repariert werden. Je nach Problem werden ein oder zwei DNA-Stränge restauriert. Diese, wie sie auch genannt wird, außerplanmäßige Synthese dauert nicht lange und erfordert keine großen Energiekosten.
Aber wenn eine DNA-Reduktion stattfindet, wird viel Energie, Material verbraucht, ihre Dauer erstreckt sich über Stunden.
Reduktion wird in drei Perioden unterteilt:
- Einweihung;
- Dehnung;
- Kündigung.
Sehen wir uns diese DNA-Reduktionssequenz genauer an.
Einleitung
Es gibt mehrere zehn Millionen Basenpaare in der menschlichen DNA (bei Tieren gibt es nur einhundertneun). Die DNA-Reduktion beginnt aus den folgenden Gründen an vielen Stellen in der Kette. Etwa zur gleichen Zeit findet die Transkription in der RNA statt, die jedoch während der DNA-Synthese an einigen getrennten Stellen ausgesetzt wird. Daher reichert sich vor einem solchen Vorgang eine ausreichende Menge einer Substanz im Zytoplasma der Zelle an, um die Genexpression aufrechtzuerh alten und die vitale Aktivität der Zelle nicht zu stören. In Anbetracht dessen sollte das Verfahren so schnell wie möglich durchgeführt werden. Während dieser Zeit wird ausgestrahlt, und es wird keine Transkription durchgeführt. Studien haben gezeigt, dass die DNA-Reduktion an mehreren tausend Punkten auf einmal auftritt - kleine Bereiche mit einem bestimmtenSequenz von Nukleotiden. Zu ihnen gesellen sich spezielle Initiatorproteine, die wiederum von anderen Enzymen der DNA-Replikation begleitet werden.
Das DNA-Fragment, in dem die Synthese stattfindet, wird Replikon genannt. Es beginnt am Startpunkt und endet, wenn das Enzym die Replikation abgeschlossen hat. Das Replikon ist autonom und versorgt den gesamten Prozess auch mit seiner eigenen Unterstützung.
Der Prozess kann nicht an allen Punkten gleichzeitig beginnen, irgendwo beginnt er früher, irgendwo später; kann in eine oder zwei entgegengesetzte Richtungen fließen. Ereignisse treten beim Generieren in der folgenden Reihenfolge auf:
- Replikationsgabel;
- RNA-Primer.
Replikationsgabel
Dieser Teil ist der Prozess, durch den Desoxyribonukleinsäurestränge auf den abgelösten DNA-Strängen synthetisiert werden. Die Gabeln bilden das sogenannte Reduktionsauge. Dem Vorgang geht eine Reihe von Aktionen voraus:
- Befreiung von der Bindung an Histone im Nukleosom - DNA-Reduktionsenzyme wie Methylierung, Acetylierung und Phosphorylierung erzeugen chemische Reaktionen, die dazu führen, dass Proteine ihre positive Ladung verlieren, was ihre Freisetzung erleichtert;
- Despiralisation ist das Abwickeln, das notwendig ist, um die Fäden weiter zu lösen;
- Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen DNA-Strängen;
- ihre Divergenz in verschiedene Richtungen des Moleküls;
- Fixierung durch SSB-Proteine.
RNA-Primer
Synthese vollziehtein Enzym namens DNA-Polymerase. Er kann es jedoch nicht alleine starten, also machen es andere Enzyme - RNA-Polymerasen, die auch RNA-Primer genannt werden. Sie werden nach dem Komplementärprinzip parallel zu Desoxyribonukleinsäuresträngen synthetisiert. Somit endet die Initiation mit der Synthese von zwei RNA-Primern auf zwei DNA-Strängen, die in verschiedene Richtungen gebrochen und abgelöst werden.
Dehnung
Dieser Zeitraum beginnt mit der Anfügung eines Nukleotids und des 3'-Endes des RNA-Primers, die von der bereits erwähnten DNA-Polymerase durchgeführt wird. An das erste fügt sie das zweite, dritte Nukleotid und so weiter an. Die Basen des neuen Strangs sind über Wasserstoffbrückenbindungen mit der Stammkette verbunden. Es wird angenommen, dass die Filamentsynthese in der 5'-3'-Richtung abläuft.
Wo sie in Richtung der Replikationsgabel auftritt, schreitet die Synthese kontinuierlich fort und verlängert sich dabei. Daher wird ein solcher Faden als führend oder führend bezeichnet. Darauf bilden sich keine RNA-Primer mehr.
Auf dem gegenüberliegenden Mutterstrang heften sich jedoch weiterhin DNA-Nukleotide an den RNA-Primer, und die Desoxyribonukleinsäurekette wird in der entgegengesetzten Richtung von der Reduktionsgabel synthetisiert. In diesem Fall spricht man von Verzögerung oder Verzögerung.
Auf dem nacheilenden Strang erfolgt die Synthese fragmentarisch, wobei am Ende eines Abschnitts die Synthese an einer anderen Stelle in der Nähe unter Verwendung desselben RNA-Primers beginnt. Es gibt also zwei Fragmente auf dem nacheilenden Strang, die durch DNA und RNA verbunden sind. Sie werden Okazaki-Fragmente genannt.
Dann wiederholt sich alles. Dann löst sich eine weitere Windung der Helix, die Wasserstoffbrückenbindungen brechen, die Stränge divergieren zu den Seiten, der führende Strang verlängert sich, das nächste Fragment des RNA-Primers wird auf dem nacheilenden synthetisiert, danach das Okazaki-Fragment. Danach werden auf dem nacheilenden Strang die RNA-Primer zerstört und die DNA-Fragmente zu einem kombiniert. Auf dieser Sch altung passiert also gleichzeitig:
- Bildung neuer RNA-Primer;
- Synthese von Okazaki-Fragmenten;
- Zerstörung von RNA-Primern;
- Wiedervereinigung zu einer einzigen Kette.
Kündigung
Der Vorgang wird fortgesetzt, bis sich zwei Replikationsgabeln treffen oder eine von ihnen das Ende des Moleküls erreicht. Nachdem sich die Gabeln getroffen haben, werden die Tochterstränge der DNA durch ein Enzym verbunden. Für den Fall, dass die Gabel an das Ende des Moleküls gewandert ist, endet die DNA-Reduktion mit Hilfe spezieller Enzyme.
Korrektur
In diesem Prozess spielt die Kontrolle (oder Korrektur) der Reduplikation eine wichtige Rolle. Alle vier Arten von Nukleotiden werden der Synthesestelle zugeführt, und durch Probepaarung wählt die DNA-Polymerase diejenigen aus, die benötigt werden.
Das gewünschte Nukleotid muss in der Lage sein, so viele Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden wie dasselbe Nukleotid auf dem DNA-Matrizenstrang. Außerdem muss zwischen den Zucker-Phosphat-Rückgraten ein gewisser konstanter Abstand vorhanden sein, der drei Ringen in zwei Basen entspricht. Wenn das Nukleotid diese Anforderungen nicht erfüllt, findet keine Verbindung statt.
Die Kontrolle wird vor seinem Einschluss in die Kette und davor durchgeführtAufnahme des nächsten Nukleotids. Danach wird eine Bindung im Rückgrat des Zuckerphosphats gebildet.
Mutationsvariation
Der Mechanismus der DNA-Replikation weist trotz des hohen Prozentsatzes an Genauigkeit immer Störungen in den Fäden auf, die hauptsächlich als "Genmutationen" bezeichnet werden. Ungefähr tausend Basenpaare haben einen Fehler, der als konvariante Reduktion bezeichnet wird.
Es passiert aus verschiedenen Gründen. Zum Beispiel bei zu hoher oder zu niedriger Nukleotidkonzentration, Desaminierung von Cytosin, Vorhandensein von Mutagenen im Synthesebereich und mehr. In einigen Fällen können Fehler durch Reparaturverfahren behoben werden, in anderen wird die Korrektur unmöglich.
Wenn der Schaden eine inaktive Stelle berührt hat, wird der Fehler keine schwerwiegenden Folgen haben, wenn der DNA-Reduktionsprozess stattfindet. Die Nukleotidsequenz eines bestimmten Gens kann mit einer Fehlpaarung erscheinen. Dann ist die Situation anders, und sowohl der Tod dieser Zelle als auch der Tod des gesamten Organismus können zu einem negativen Ergebnis werden. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass Genmutationen auf Mutationsvariabilität beruhen, was den Genpool plastischer macht.
Methylierung
Zum Zeitpunkt der Synthese oder unmittelbar danach findet eine Kettenmethylierung statt. Es wird angenommen, dass dieser Prozess beim Menschen notwendig ist, um Chromosomen zu bilden und die Gentranskription zu regulieren. Bei Bakterien dient dieser Vorgang dazu, die DNA vor dem Zerschneiden durch Enzyme zu schützen.
