Replikace DNA

Replikace DNA je přenos informace z DNA do DNA. Je to tedy schopnost zajišťující dědičnost.

Obecná charakteristika

Při replikaci vzniknou z jedné mateřské molekuly DNA dvě naprosto stejné dceřinné DNA – každá s jedním vláknem z původní DNA → jedná se tedy o semikonzervativní proces, kdy nově vzniklá dvoušroubovice má vždy jedno vlákno původní a druhé vlákno nově syntetizované.
Uplatňuje se při rozmnožování, kdy zajišťuje identitu genetické informace obou dceřinných buněk.
Pro rozmnožování je nezbytné, aby potomek dostal plnohodnotnou genetickou informaci.
Rychlost replikace v živočišných buňkách se odhaduje na 0,5–0,15 μm/min ← je to opravdu pomalý proces, proto probíhá na více místech současně.

Proces replikace

Replikace DNA

Místa, kde dochází k replikaci, se nazývají replikony.
- Počet replikonů v buňce není konstantní → u rychle se množících buněk je jich více než u buněk množících se pomalu.
- Replikace neprobíhá na všech replikonech současně → obecně, v replikonech lokalizovaných v heterochromatinu, začíná později.
Klíčovou roli při replikaci DNA mají enzymy zvané DNA polymerázy:
- U člověka se vyskytuje 5 druhů enzymů označovaných jako DNA–dependentní DNA–polymerázy (v živočišných buňkách pět typů).
- Pro všechny typy DNA polymeráz platí:
  - Potřebují matrici = vlákno, ke kterému podle pravidel komplementace bazí vytvářejí doplněk.
  - Při své práci vždy postupují od konce 5' ke konci 3'.
  - Potřebují mít k dispozici volný konec 3' nukleotidu, na který připojí fosfodiesterickou vazbou 5' místo nově zařazeného nukleotidu → nově zařazované nukleotidy jsou používány ve formě nukleotidtrifosfátů → odštěpením dvou makroergních vazeb je získávána potřebná energie pro uskutečnění vazby.
- DNA polymeráza nemůže zahájit syntézu de novo, ale připojuje pouze nový nukleotid na 3' pozici nukleotidu předchozího.
Aby DNA polymeráza mohla zahájit připojování nukleotidů nového vlákna DNA, musí být vodíkové můstky (tj. nízkoenergetické vazby mezi oběma vlákny) nejprve narušeny enzymem helikázou.
- Místa, kde tato narušení vzniknou, jsou označovány jako replikační počátky.
  - U bakterií bychom takovýto počátek našli pouze jeden.
  - Lidská DNA vytváří replikačních počátků okolo 10 000 ← to jí také umožňuje zreplikovat se v poměrně krátké době.
- Primáza (= DNA–dependentní RNA–polymeráza) vytváří na začátku replikovaného úseku nového vlákna DNA krátký RNA primer („očko“) – na jeho 3' konec může DNA polymeráza připojit první nukleotid nového vlákna DNA.
Vzhledem k tomu, že jsou obě vlákna DNA antiparalelní (konci 5' jednoho vlákna odpovídá konec 3' vlákna druhého) a vzhledem k tomu, že DNA polymeráza syntetizuje „jednosměrně“ (od 5' k 3'), může souvisle probíhat replikace pouze na jednom vlákně:
- Na tomto vlákně tedy replikace (kterou provádí δ – polymeráza) probíhá rychleji a vlákno se označuje jako vlákno vedoucí.
- Na druhém (opožděném) vlákně probíhá replikace po částech – tzv. Okazakiho fragmentech ← replikace je zde pomalejší, je prováděna α – polymerázou, která má primázovou aktivitu.
Na procesu replikace se kromě uvedených DNA polymeráz podílí řada enzymů, jejichž úlohou je:
- rozvinout suprahelikální strukturu – gyráza;
- rozvinout Watson – Crickovu dvoušroubovici – helikázy.
Poté, co jsou k předlohovým (templátovým) vláknům dosyntetizována vlákna nová, je replikace DNA dokončena.
DNA polymeráza udělá 1 chybu asi na 10⁻⁷ zreplikovaných bází (teoreticky mohou vznikat i dvojice G – T a A – C, jsou ovšem mnohem méně stabilní).
Navíc má DNA polymeráza sama korekční funkci (v případě chyby provádí i opravu, spočívající ve vystřižení a zařazení správné báze) ← touto metodou jsou pravděpodobně odstraněna i očka RNA a pak enzym ligáza spojí jednotlivé fragmenty do souvislého řetězce.

Odkazy

Související články

Externí odkazy

Zdroj

ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 11. 2. 2010]. <http://www.stefajir.cz>.