Replikacja – Czym jest replikacja? Etapy

Myśląc o genetyce, naszej większości w głowie pojawia się obraz helisy DNA. Dwie linie kręcące się wokół siebie tworzące kształt przypominający śrubę. Jednakże, mimo że faktycznie, genetyka opiera się na materiale genetycznym w postaci DNA, wchodzi w nią bardzo dużo różnych procesów. Dzisiaj postaramy przybliżyć się Państwu jeden z nich – replikację.

Czym jest replikacja?

W szerokim skrócie, replikacja DNA to taki proces, podczas którego dochodzi do kopii genomu w komórkach. W tym procesie, DNA tworzy wiele kopii samego siebie. Sam DNA jest strukturą, która sama replikuje się oraz która replikuje się semikonserwatywnie. Proces replikacji możemy podzielić na trzy etapy: inicjację, elongację i terminację. Podczas każdego etapu w reakcji uczestniczą wszelakie enzymy. Najsłynniejszym z nich jest polimeraza DNA. W trakcie replikacji każdy łańcuch DNA stanowi matrycę do syntezy nowego łańcucha.

Inicjacja:

Proces inicjacji rozpoczyna się poprzez przyłączenie odpowiedniego białka w miejscu inicjacji replikacji. Pod wpływem tego białka dochodzi do rozplecenia podwójnej helisy DNA na niewielkim odcinku. W wyniku rozplecenia DNA uzyskujemy charakterystyczną strukturę, zwaną oczkiem replikacyjnym bądź widełkami replikacyjnymi. W obszarze oczka zaczynają przyłączać się kolejne białka biorące udział w dalszych etapach replikacji. Enzymy pojawiające się w trakcie tego etapu to helikaza DNA oraz prymaza DNA. Helikaza powoduje rozplecenie podwójnej helisy odsłaniając nici DNA, które następnie zostaną wykorzystane w dalszych etapach. Prymaza DNA pełni funkcję stymulatora dla polimerazy DNA.

Elongacja:

Na rozpoczęciu tego procesu wcześniej powstałe widełki replikacyjne rozpoczynają swoją podróż w dwóch przeciwnych kierunkach. Najważniejszym celem tego procesu jest uzyskanie nowych nici DNA. Do ich powstania potrzebny jest enzym zwany polimerazą DNA, który przyłącza wolne nukleotydy do końca 3’. Na samym początku nici występuje tak zwany starter, który jest krótkim odcinkiem RNA wytworzonym przez enzym prymazę. Dzięki temu enzymowi powstaje coraz dłuższa nić DNA zwana replikonem. Synteza drugiej nici, zwanej nicią opóźnioną rozpoczyna się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu widełek replikacyjnych, czyli od końca 5’ do końca 3’. Wydłużanie nowych łańcuchów DNA trwa aż do momentu całkowitego skopiowania cząsteczki DNA.

Terminacja:

Jako końcowy moment replikacji możemy wyznaczyć powstanie dwóch potomnych cząsteczek DNA. Dokładnie określamy go, gdy nie ma już nici matrycowej DNA do skopiowania, bądź gdy widełki replikacyjne spotykają się i następnie kończą swoje działanie. Po zakończeniu syntezy DNA, nowo zsyntezowane nici ulegają wiązaniu i stabilizacji. W przypadku nici opóźnionej potrzebne są dwa enzymy, aby osiągnąć opisaną stabilizację – RNAaza H, która usuwa starter RNA na początku każdego fragmentu Okazaki, oraz ligaza DNA, która łączy te fragmenty razem, tworząc jedną kompletną nić.

Wszystkie enzymy biorące udział w replikacji:

• Polimeraza DNA
• Helikaza DNA
• Prymaza DNA
• RNAaza H
• Ligaza DNA

Źródła:

1. Biologia Campbella Jane B. Reece, Neil A. Campbell, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson wydanie z 2016 roku.

2. https://www.genome.gov/genetics-glossary/DNA-Replication
3. https://www.yourgenome.org/facts/what-is-dna-replication/
4. https://www.gentaur.pl/
5. https://byjus.com/biology/dna-replication-machinery-enzymes/