DNA複製のコアコンセプト
このチュートリアルでは、DNA 複製について学びます 、細胞内で重要な理由とそのプロセス。
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DNA複製とは?
DNA は、私たちの体のすべての細胞を定義する遺伝物質です。 DNA複製は、細胞が複製して娘細胞になる前に細胞が受けるDNA複製のプロセスです。複製のプロセスは、タンパク質 (複製酵素と RNA) が関与するいくつかのステップで発生します。真核細胞では、細胞周期の中間期 (S 期) に DNA 複製が発生します。このプロセスは、生物の細胞の成長、修復、および再生に不可欠です。このプロセスには、分子クローニングや PCR などの産業および研究用途もあります。
DNA複製プロセスの基本的な概要
DNA 複製のプロセスは、半保存的です。 これは、DNA 二重らせんの各鎖が新しい鎖の合成のテンプレートとして機能することを意味します。このプロセスは、それぞれが新しい鎖と古い鎖を持つ新しい二重らせんを形成する 2 つの「娘」分子を持つ出発分子を引き受けます。細胞は非常に迅速に DNA をコピーできます。
DNAポリメラーゼ
DNA 複製の鍵となる分子は、酵素 DNA ポリメラーゼです。 ヌクレオチドを追加してDNA鎖を成長させることにより、DNAを合成する役割を果たします。以下に示すように、DNA ポリメラーゼにはいくつかの重要な特徴があります。
- 常にテンプレートが必要
- DNA 鎖の 3' 末端にのみヌクレオチドを付加できます
- DNA 鎖をゼロから作成することはできません。プライマー と呼ばれる既存の鎖が必要です。
- 校正 誤って鎖に含まれる「間違った」ヌクレオチドの大部分を除去することにより、.
ただし、ヌクレオチドの付加にはエネルギーが必要です。必要なエネルギーはヌクレオチド自体から来ており、それらには 3 つのリン酸が結合しています。結合が壊れると、解放されたエネルギーが新しい結合にエネルギーを提供します。
その他の複製酵素
DNA ポリメラーゼ以外にも、複製の過程で使用される酵素がいくつかあります。
- DNA ヘリカーゼ DNA に沿って移動する際に、二本鎖 DNA を巻き戻し、分離します。ヌクレオチド ペア間の水素結合を切断することにより、複製フォークの形成を可能にします。
- DNA プライマーゼ (RNA ポリメラーゼの種類) は、RNA プライマーを生成します。
- DNA ジャイレースまたはトポイソメラーゼ DNA 鎖を巻き戻したり巻き戻したりして、DNA がスーパーコイル状になる (もつれる) のを防ぎます。
- エキソヌクレアーゼ DNA 鎖の末端からヌクレオチド塩基を除去する酵素のグループです。
- DNA リガーゼ ヌクレオチド間にリン酸ジエステル結合を形成することにより、DNA 断片を結合します。
DNA複製プロセス
このプロセスには、複製フォークの形成、プライマーの結合、伸長、終結の 4 つの主な段階があります。
複製フォーム形成
複製が行われる前に、二本鎖 DNA は 2 つの別々の一本鎖に「解凍」されなければなりません。 DNA がほどけるために、塩基対間の相互作用が壊れます。 DNAヘリカーゼ 塩基対間の水素結合を破壊することでこれを助けます。その結果、このアクションにより、ストランドが レプリケーション フォーク と呼ばれる Y 字型に分離されます。 .したがって、この領域が複製のテンプレートになります。
DNA は、5' 末端と 3' 末端によって示される両方のスタンドに方向性があります。リン酸基のある末端は 5' 末端であり、ヒドロキシル基のある末端は 3' 末端です。ただし、レプリケーション フォークは双方向です。 3' から 5' 方向に配向した鎖が リーディング鎖 です 一方、5' から 3' に向けられた鎖はラギング鎖です。
プライマー結合
リーディング ストランドは複製が最も簡単です。 DNA 鎖が分離した後、 プライマー 鎖の 3' 末端に結合します。プライマーは常に複製プロセスの開始点として結合することに注意することが重要です。プライマーは DNA プライマーゼから生成されます。
伸び
DNAポリメラーゼ 伸長段階で新しいストランドを作成する役割があります。ポリメラーゼ III は主要な複製酵素であり、修復とエラー チェックを担当します。プライマーの部位で鎖に結合し、新しい相補的なワトソン-クリック塩基対を追加し始めます。複製はリーディング鎖で 5' から 3' 方向に進行するため、新しく形成された鎖は連続と見なされます。
ただし、ラギング ストランドは 不連続 です 処理する。これは、各プライマーが数塩基しか離れておらず、DNA ポリメラーゼが Okazaki フラグメントと呼ばれる DNA 断片を付加するためです。 これらの新しいフラグメントは互いに接続されていません.
終了
連続ストランドと不連続ストランドが作成されると、 エキソヌクレアーゼ 元の鎖からすべての RNA プライマーを除去しました。プライマーは適切な塩基に置き換えられます。別のエキソヌクレアーゼが新たに形成された DNA を読み取り、エラーを除去して置換します。不連続な鎖が岡崎フラグメントを持つ結果、DNA リガーゼと呼ばれる酵素が これらをつなぎ合わせて一本の鎖を形成します。親 DNA の末端には、テロメアと呼ばれる反復 DNA 配列が含まれています (染色体の末端で保護キャップとして機能します)。 テロメラーゼ テロメア配列の合成を触媒します。
完成後、親鎖とその相補的な DNA 鎖は二重らせんの形に巻き付きます。その結果、複製により 2 つの DNA 分子が生成されます。
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