Клетканын бөлүнүүсүндөгү ДНКнын репликациясы
ДНКнын репликациясы – бул клетканын ичиндеги генетикалык материалды бөлүнүүдөн мурун аны кайталоо процесси. Бул процесс организмдин жашоосу үчүн абдан маанилүү, анткени ал ар бир кыз клетканын генетикалык маалыматтын көчүрмөсүн эне клетка менен бирдей кабыл алышын камсыздайт. Так ДНКнын репликациясы болбосо, клетканын бөлүнүшү – өсүү, ткандарды калыбына келтирүү же көбөйүү үчүнбү – клеткалардын толук эмес же бузулган генетикалык маалыматка ээ болушуна алып келет. Ошондуктан, ДНКнын репликациясы клетканын жашоо циклиндеги эң маанилүү жана көзөмөлдөнгөн биологиялык процесстердин бири деп эсептелет.
ДНКнын репликациясынын клетка циклиндеги ролу
Эукариоттук организмдерде клетканын бөлүнүшү интерфаза жана бөлүнүүдөн (митоз же мейоз) турган клетка цикли аркылуу жүрөт. Интерфазанын өзү G1 (өсүү), S (ДНК синтези) жана G2 (бөлүнүүгө даярдануу) болуп бөлүнөт. ДНКнын репликациясы S фазасында, клетка бардык хромосомаларын кайталаганда жүрөт. Бул фаза аяктагандан кийин, ар бир хромосома мындан ары бирдиктүү ДНК молекуласы болбой , центромерада дагы эле бириккен эки бирдей эже-сиңди хроматиддерден турат. Бул "эки көчүрмө" шарты митоз же мейоз учурунда генетикалык материалдын бирдей бөлүштүрүлүшүнө мүмкүндүк берет.
Митоздо акыркы натыйжа генетикалык жактан окшош эки кыз клетка болуп саналат. Мейоздо максат - хромосомалардын санынан жарымына аз болгон жыныстык клеткаларды (гаметаларды) өндүрүү. Ошондуктан, ДНКнын репликациясы мейоз Iге чейин бир жолу, андан кийин эки удаа бөлүнүү болот. Эки учурда тең ДНКнын репликациясынын тактыгы абдан маанилүү, анткени каталар мутацияларга, хромосомалык аномалияларга же ал тургай өнүгүүнүн бузулушуна алып келиши мүмкүн.
ДНКнын түзүлүшү жана репликациянын негизги принциптери
ДНК азоттук негиздер ортосундагы суутек байланыштары аркылуу жупташкан эки жипчеден (кош спираль) турат: аденин (A) тимин (T) менен, ал эми гуанин (G) цитозин (C) менен жупташат. Бул базалык ырааттуулук генетикалык маалыматты сактайт. Репликация учурунда эки ДНК жиби бөлүнүп, ар бири жаңы, комплементардуу жипче түзүү үчүн шаблон катары кызмат кылат. Бул принцип комплементардуу базалык жупташуу деп аталат.
ДНКнын репликациясы жарым консервативдүү, башкача айтканда, ар бир репликацияланган ДНК молекуласы бир эски (ата-эне) жипчеден жана бир жаңы жипчеден турат. Жарым консервативдүүлүк түшүнүгү 1958-жылы Мезельсон менен Штальдын классикалык эксперименти аркылуу көрсөтүлгөн, анда клеткалар эски жипчелерди жол көрсөткүч катары колдонору көрсөтүлгөн, ошондуктан натыйжалар баштапкы ДНК ырааттуулугуна берилген бойдон калат.
ДНКнын репликациясынын негизги этаптары
Жалпысынан алганда, ДНКнын репликациясын үч этапка бөлүүгө болот: инициация, элонгация жана терминация. Сырткы көрүнүшү жөнөкөй болгону менен, ар бир этап ар кандай ферменттерди жана колдоочу белокторду камтыйт.
1. Баштоо: Баштапкы чекиттен репликациянын башталышы
Репликация ДНКдагы репликациянын башталышы (ori) деп аталган белгилүү бир жерден башталат. Прокариоттук организмдерде, адатта, тегерек хромосомада бир гана ori болот. Эукариоттордо, геномдору алда канча чоң болгондуктан, тезирээк репликацияга мүмкүндүк берүү үчүн ар бир хромосомада бир нече ori болот.
Бул этапта геликаза ферменти негиздер ортосундагы суутек байланыштарын үзүү менен кош спиралды чечип, репликация айрылы деп аталган түзүлүштү түзөт. ДНК жипчелеринин ажырашы оролгон ДНКда буралуучу чыңалууну жаратат, ошондуктан топоизомераза ферменти бул чыңалууну басаңдатып, ДНКнын чаташып же сынышына жол бербейт.
Байланышпаган ДНК жипчелеринин кайра биригишине жол бербөө үчүн, бир жипчелүү байланыштыруучу белоктор (SSB) бир жипчеге жабышып, аларды бүт процесстин жүрүшүндө туруктуу кармап турат.
2. Элонгация: Жаңы ДНК жипчелеринин пайда болушу
Элонгация этабы - бул жаңы ДНК тизмегин түзүү үчүн нуклеотиддерди кошуу процесси. Бул жерде иштеген негизги фермент - ДНК полимераза. Бирок, ДНК полимераза синтезди нөлдөн баштай албайт; ал праймер түрүндөгү "баштапкы чекитти" талап кылат. Бул праймер нуклеотиддерди кошуу үчүн баштапкы чекит катары 3'-OH учун камсыз кылган РНКнын кыска бөлүгү болгон примаза ферменти тарабынан түзүлөт.
ДНК-полимераза нуклеотиддерди 5'ден 3'ге чейинки багытта гана кошот. ДНКнын эки тизмеги карама-каршы багытта (антипараллелдүү) жайгашкандыктан, репликация ар бир тизмекте ар кандай жүрөт:
– Алдыңкы жип репликация айрылынын кыймылы багытында үзгүлтүксүз синтезделет.
– Артта калган жип репликация айрылышынан алыстап, Оказаки фрагменттери деп аталган кыска фрагменттерди пайда кылып, үзгүлтүккө учурайт.
Оказаки фрагменттери пайда болгондон кийин, РНК праймери алынып салынып, ДНК менен алмаштырылышы керек. Прокариоттордо ДНК полимераза I праймерди алып салып, анын ордуна келет. Эукариоттордо бул процессте РНК-Н жана белгилүү бир ДНК полимеразасы катышат. Андан кийин ДНК лигаза фрагменттерди бириктирип, толук артта калган жипти түзөт.
3. Аяктоо: Репликацияны токтотуу
Терминация репликация айрылары кездешкенде же бардык ДНК дубликацияланганда пайда болот. Прокариоттордо атайын терминация ырааттуулугу репликацияны токтотууга жардам берет. Эукариоттордо бул процесс татаалыраак, анткени бир нече репликация айрылары жана башталышы акыры кездешкенге чейин ар кандай багытта жылат.
Эукариоттордогу негизги көйгөйлөрдүн бири - теломерлер деп аталган сызыктуу хромосомалардын учтарынын репликациясы. ДНК полимеразасынын механизминен улам, ДНК учтары артта калган жипчеде толук репликациялана албайт, ошондуктан хромосомалар клетка бөлүнгөн сайын кыскарат. Теломераза ферменти теломерлерге, айрыкча жыныс клеткалары жана кээ бир өзөк клеткалары сыяктуу айрым клеткаларда кайталануучу ырааттуулуктарды кошуу менен бул көйгөйдү чечүүгө жардам берет. Теломеразанын көзөмөлсүз активдүүлүгү көптөгөн рак клеткаларында чексиз бөлүнүү жөндөмү менен байланыштуу.
Репликациянын тактыгы жана калыбына келтирүү механизмдери
ДНКнын репликациясы өтө так болушу керек, анткени кичинекей каталар да белоктун функциясына жана гендин жөнгө салынышына олуттуу таасирин тийгизиши мүмкүн. ДНК полимеразасы жаңы киргизилген нуклеотиддерди эки жолу текшерген корректуралоо мүмкүнчүлүктөрүнө ээ. Эгерде туура эмес база жубу табылса, ДНК полимераза аны экзонуклеаза активдүүлүгү аркылуу алып салып, туурасы менен алмаштыра алат.
Корректурадан тышкары, клеткаларда репликациядан кийинки ДНКны калыбына келтирүү системалары, мисалы, дал келбестикти калыбына келтирүү системалары бар, алар корректурадан качкан базалык жуптардын каталарын аныктайт. Механизмдердин мындай айкалышы репликация катасынын өтө төмөн көрсөткүчүнө алып келет, бирок мутациялар дагы эле туунду клеткаларга берилиши мүмкүн.
ДНКнын репликациясы клетканын ийгиликтүү бөлүнүшүнүн ачкычы катары
ДНКнын репликациясы жана клетканын бөлүнүшү тыгыз байланышта. Эгерде репликация толук эмес же бузулган болсо, клеткалар, адатта, бузулган ДНК менен бөлүнүүнү алдын алуу үчүн клетка циклин текшерүү пункттары аркылуу токтотушат. Бул текшерүү пункттары сапатты көзөмөлдөө системасы сыяктуу иштейт: клеткаларга митозго кирүүгө алардын ДНКсы толугу менен копияланган жана олуттуу бузулуулар болбогон учурда гана уруксат берилет.
Эгерде текшерүү пункттары иштебей калса же айланып өтүлсө, клеткалар туруксуз ДНК менен бөлүнүп, хромосомалык дисбаланска, мутациялардын топтолушуна жана рак оорусунун коркунучун жогорулатат. Ошондуктан, ДНКнын репликациясын түшүнүү биологиянын негиздери үчүн гана эмес, медицинада, айрыкча генетикалык ооруларды изилдөөдө жана ракты дарылоо ыкмаларын иштеп чыгууда да маанилүү.
Корутунду
Клетканын бөлүнүшү учурундагы ДНКнын репликациясы - бул генетикалык маалыматтын бир муундан экинчи муунга так өтүшүн камсыз кылган маанилүү биологиялык процесс. Бул процесс клетка циклинин S фазасында жүрөт жана геликаза, примаз, ДНК полимераза, лигаза жана башка колдоочу белоктор сыяктуу ар кандай ферменттердин кызматташтыгын камтыйт. Жарым консервативдик механизмдер, алдыңкы жана артта калган жип синтези, ошондой эле ДНКны текшерүү жана оңдоо системалары аркылуу клеткалар өз геномдорун жогорку тактык менен репликациялай алышат. ДНКнын репликациясынын тактыгы клетканын бөлүнүү сапатын жана организмдин генетикалык туруктуулугун аныктайт, андыктан бул процесстин бузулушу генетикалык бузулууларга жана ракка алып келиши мүмкүн. ДНКнын репликациясын түшүнүү жашоонун өзүнүн негизги принциптеринин бирин: клеткалар өздөрүнүн генетикалык иденттүүлүгүн кантип сактап жана өткөрүп берерин түшүнүү дегенди билдирет.
