Синтез ДНК

The Синтез ДНК відбувається як частина реплікації ДНК. ДНК є носієм генетичної інформації та контролює всі життєві процеси. У людини, як і у всіх інших живих істот, він знаходиться в ядрі клітини. ДНК дволанцюгова, схожа на скручену мотузкову драбину, що називається спіраллю. Ця подвійна спіраль складається з двох молекул ДНК. Кожна з двох комплементарних одиночних ниток складається з основи молекул цукру (дезоксирибоза) та фосфатних залишків, до яких зв'язані чотири органічні, азотисті основи гуанін, аденін, цитозин та тимін. Дві нитки пов'язані один з одним за допомогою водневих зв'язків між протилежними, так званими комплементарними базами. Згідно з принципом взаємодоповнення базових компонентів можливі лише зв'язки між гуаніном і цитозином з одного боку та аденіном і тиміном з іншого.

Що таке синтез ДНК?

Для того, щоб ДНК розмножувалася, необхідний процес синтезу ДНК. Він описує структуру дезоксирибонуклеїнової кислоти (скорочено ДНК або ДНК). Ключовим ферментом тут є ДНК-полімераза. Це єдиний спосіб можливого поділу клітин.

Для реплікації скручена подвійна ланцюг ДНК спочатку розв’язується ферментами, так званими геліказами і топоізомеразами, а дві окремі ланцюги відокремлені одна від одної. Ця підготовка до фактичної реплікації називається ініціацією. Зараз синтезується шматочок РНК, який потребує ДНК-полімеразі як вихідний пункт для її ферментативної активності.

Під час наступного подовження (розширення нитки) кожна окрема ланцюг може використовуватися ДНК-полімеразою як шаблон для синтезу додаткової ДНК-аналога. Оскільки одна з підстав може зв'язуватися лише з однією іншою основою, для реконструкції іншої, пов'язаної нитки, можна використовувати одну ланцюг. Це призначення комплементарних основ є завданням ДНК-полімерази.

Цукрова-фосфатна основа нової ланцюга ДНК потім пов'язана лігазою. Це створює дві нові подвійні нитки ДНК, кожна з яких містить нитку зі старої спіралі ДНК. Нова подвійна спіраль називається напівконсервативною.

Обидві нитки подвійної спіралі мають полярність, яка вказує на орієнтацію молекул. Напрямок двох молекул ДНК у спіралі протилежний. Оскільки ДНК-полімераза працює лише в одному напрямку, безперервно можна нарощувати лише ті ланцюги, які мають відповідну орієнтацію. Інша пасмо синтезується по частинах. Отримані в результаті сегменти ДНК, також відомі як фрагменти Оказакі, потім з'єднуються лігазою.Припинення синтезу ДНК за допомогою різних кофакторів відоме як термінація.

Функція та завдання

Оскільки більшість клітин мають лише обмежений термін життя, нові клітини повинні постійно утворюватися в організмі шляхом поділу клітин, щоб замінити вмираючі. Наприклад, еритроцити в організмі людини мають середній термін життя 120 днів, тоді як деякі клітини кишечника повинні бути замінені новими клітинами через один-два дні. Для цього потрібно мітотичний поділ клітин, при якому дві нові, однакові дочірні клітини створюються з материнської клітини. Обидві клітини потребують повного набору генів, а це означає, що, на відміну від інших клітинних компонентів, його не можна просто розділити. Щоб під час поділу не втрачалася генетична інформація, перед поділом ДНК необхідно подвоїти (“повторити”).

Поділ клітин відбувається також під час дозрівання статевих клітин чоловічої та жіночої статі (яйцеклітини та сперматозоїди). У мейотичних відділах, які мають місце, ДНК не подвоюється, оскільки бажано зменшити наполовину ДНК. Коли яйцеклітини та сперматозоїди зливаються, повна кількість хромосом, стан упаковки ДНК, знову досягається.

ДНК необхідна для функціонування людського організму та всіх інших організмів, оскільки є основою для синтезу білків. Комбінація трьох послідовних основ позначає одну амінокислоту, тому її називають триплетним кодом. Кожен базовий триплет "переводиться" в амінокислоту через месенджерну РНК (мРНК); ці амінокислоти потім зв'язуються з білками в плазмі клітин. МРНК відрізняється від ДНК лише одним атомом цукровим залишком магістралі та кількома підставами. МРНК в основному служить носієм інформації для транспортування інформації, що зберігається в ДНК, з ядра клітини в плазму клітини.

Хвороби та недуги

Організм, не здатний до синтезу ДНК, не був би життєздатним, оскільки нові клітини повинні утворюватися діленням клітин під час ембріонального розвитку. Помилки синтезу ДНК, тобто окремі неправильно вбудовані основи, які не дотримуються принципу комплементарного сполучення основ, трапляються порівняно часто. Через це клітини людини мають системи ремонту. Вони засновані на ферментах, які контролюють подвійний ланцюг ДНК і коректують неправильно вставлені основи за допомогою різних механізмів.

Для цього, наприклад, ділянку навколо неправильної основи можна вирізати та перебудувати за поясненим принципом синтезу. Однак якщо системи відновлення ДНК клітини несправні або перевантажені, базові невідповідності, відомі як мутації, можуть накопичуватися. Ці мутації дестабілізують геном і тим самим збільшують ймовірність нових помилок у процесі синтезу ДНК. Нагромадження таких мутацій може призвести до раку. Мутація дає деяким генам стимулювання раку (посилення функції), тоді як інші гени втрачають захисну дію (втрату функції).

Однак у деяких клітинах підвищений рівень помилок навіть бажаний для того, щоб зробити їх більш пристосованими, наприклад, у певних клітинах імунної системи людини.