DNS sintēze

DNS sintēze notiek kā DNS replikācijas daļa. DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs un kontrolē visus dzīves procesus. Cilvēkiem, tāpat kā visām citām dzīvām lietām, tas atrodas šūnas kodolā. DNS ir divpavediena, līdzīga savītām virvju kāpnēm, ko sauc par spirāli. Šī dubultā spirāle sastāv no divām DNS molekulām. Katru no diviem komplementārajiem atsevišķajiem virzieniem veido cukura molekulu (dezoksiribozes) un fosfātu atlikumu mugurkauls, pie kuriem ir piesaistītas četras organiskās, slāpekļa bāzes - guanīns, adenīns, citozīns un timīns. Abas šķipsnas ir savstarpēji saistītas caur ūdeņraža saitēm starp pretējām, tā sauktajām, komplementārajām bāzēm. Saskaņā ar papildinošo bāzu savienošanas principu ir iespējamas tikai saites starp guanīnu un citozīnu, no vienas puses, un adenīnu un timīnu, no otras puses.

Kas ir DNS sintēze?

Lai DNS replicētos, ir nepieciešams DNS sintēzes process. Tas raksturo dezoksiribonukleīnskābes (saīsināti kā DNS vai DNS) struktūru. Galvenais enzīms šeit ir DNS polimerāze. Tikai tā ir iespējama šūnu dalīšana.

Replikācijai vītā DNS dubultā virkne vispirms tiek atsaistīta ar fermentiem, tā saucamajām helikāzēm un topoizomerāzēm, un abas atsevišķās virknes tiek atdalītas viena no otras. Šo sagatavošanos faktiskajai replikācijai sauc par iniciāciju. Tagad tiek sintezēts RNS gabals, kas DNS polimerāzei nepieciešams kā sākumpunkts tās fermentatīvajai aktivitātei.

Turpmākās pagarināšanas (virknes pagarinājuma) laikā DNS polimerāze var izmantot katru atsevišķo virkni kā šablonu, lai sintezētu komplementāro līdzvērtīgo DNS. Tā kā viens no pamatiem var saistīties tikai ar otru pamatni, ir iespējams izmantot vienu šķiedru, lai rekonstruētu otru, saistīto šķiedru. Šis papildinošo bāzu piešķiršana ir DNS polimerāzes uzdevums.

Pēc tam jaunās DNS šķipsnas cukura-fosfāta mugurkauls tiek savienots ar ligazi. Tādējādi tiek izveidotas divas jaunas DNS dubultās šķipsnas, no kurām katra satur virkni no vecās DNS spirāles. Tāpēc jauno dubulto spirāli sauc par puskonservatīvu.

Abiem dubultās spirāles virzieniem ir polaritāte, kas norāda molekulu orientāciju. Divu DNS molekulu virziens spirālē ir pretējs. Tā kā DNS polimerāze darbojas tikai vienā virzienā, nepārtraukti var veidot tikai virkni, kas atrodas pareizajā orientācijā. Otra šķipsna ir sintezēta pa gabalu. Iegūtie DNS segmenti, kas pazīstami arī kā Okazaki fragmenti, pēc tam tiek savienoti ar ligazi.DNS sintēzes pārtraukšana ar dažādu kofaktoru palīdzību ir zināma kā izbeigšana.

Funkcija un uzdevums

Tā kā lielākajai daļai šūnu ir tikai ierobežots dzīves laiks, ķermenī pastāvīgi jāveido jaunas šūnas, daloties šūnās, lai aizstātu mirušās. Piemēram, sarkano asins šūnu cilvēka ķermenī vidējais dzīves ilgums ir 120 dienas, turpretī dažas zarnu šūnas pēc vienas vai divām dienām ir jāaizstāj ar jaunām šūnām. Tam nepieciešama mitotiska šūnu dalīšana, kurā no mātes šūnas tiek izveidotas divas jaunas, identiskas meitas šūnas. Abām šūnām ir nepieciešams pilns gēnu komplekts, kas nozīmē, ka atšķirībā no citiem šūnu komponentiem to nevar vienkārši sadalīt. Lai dalīšanas laikā netiktu zaudēta ģenētiskā informācija, pirms dalīšanas DNS ir divkāršojies (“replicēts”).

Šūnu dalīšana notiek arī vīriešu un sieviešu dzimumšūnu (olšūnu un spermas šūnu) nobriešanas laikā. Notiekošajā meiotiskajā dalījumā DNS netiek dubultota, jo ir vēlams samazināt DNS uz pusi. Kad olšūna un spermas šūnas saplūst, atkal tiek sasniegts pilns hromosomu skaits - DNS iesaiņojuma stāvoklis.

DNS ir būtiska cilvēka ķermeņa un visu citu organismu darbībai, jo tā ir olbaltumvielu sintēzes pamats. Trīs secīgu bāzu kombinācija apzīmē vienu aminoskābi, tāpēc mēs runājam par trīskāršu kodu. Katrs bāzes triplets tiek “tulkots” aminoskābē caur Messenger RNS (mRNA); šīs aminoskābes pēc tam tiek saistītas ar olbaltumvielām šūnu plazmā. MRNS no DNS atšķiras tikai ar vienu atomu mugurkaula cukura atlikumā un dažās bāzēs. MRNA galvenokārt kalpo kā informācijas nesējs DNS glabātās informācijas transportēšanai no šūnas kodola uz šūnas plazmu.

Slimības un kaites

Organisms, kas nav spējīgs veikt DNS sintēzi, nebūtu dzīvotspējīgs, jo embrionālās attīstības laikā šūnas ir jāveido jaunas šūnas. Kļūdas DNS sintēzē, tas ir, atsevišķās nepareizi iestrādātās bāzēs, kas neatbilst komplementāro bāzu pāru veidošanās principam, notiek salīdzinoši bieži. Sakarā ar to cilvēka šūnās ir labošanas sistēmas. To pamatā ir fermenti, kas kontrolē DNS dubultā virkni un koriģē nepareizi ievietotās bāzes, izmantojot dažādus mehānismus.

Šim nolūkam, piemēram, zonu ap nepareizu pamatni var izgriezt un pārbūvēt atbilstoši izskaidrotajam sintēzes principam. Tomēr, ja šūnas DNS remonta sistēmās ir defekti vai tās ir pārslogotas, var uzkrāties bāzes neatbilstības, tā sauktās mutācijas. Šīs mutācijas destabilizē genomu un tādējādi palielina jaunu kļūdu iespējamību DNS sintēzes gaitā. Šādu mutāciju uzkrāšanās var izraisīt vēzi. Mutācija dažiem gēniem piešķir vēzi veicinošu efektu (funkcijas palielināšanos), turpretī citi gēni zaudē aizsargājošo efektu (funkciju zaudēšana).

Dažās šūnās tomēr ir pat vēlams palielināt kļūdu līmeni, lai tās padarītu pielāgojamākas, piemēram, dažās cilvēka imūnsistēmas šūnās.