Mechanizm syntezy DNA

By Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Hannah Simmons, M.Sc.

Copying the Recipe of Life

DNA, lub kwas deoksyrybonukleinowy, jest biologiczną cząsteczką, która zawiera informacje potrzebne do stworzenia żywego organizmu. Gdy komórka dzieli się na dwie, DNA musi zostać skopiowane, tak aby obie komórki zawierały niezbędną informację genetyczną. Synteza lub tworzenie nowych nici DNA w żywych komórkach jest określana jako „replikacja DNA”.

Replikacja DNA. Image Credit: Designua /

Making a New Strand of DNA

DNA występuje jako podwójna helisa, gdzie dwie nici DNA są związane razem w dwa heliksy. Proces replikacji DNA rozpoczyna się, gdy dwie nici DNA rozdzielają się. Enzym zwany helikazą rozwija i rozdziela wiązania między dwiema nićmi DNA, a obie te rozdzielone nici działają jako szablony, z których powstaje nowe DNA.

Polimerazy DNA to grupa enzymów, które tworzą nowe DNA. Ale, aby ten enzym mógł działać, potrzebuje primera – krótkiej sekwencji nukleotydów, która jest dołączona do jednej z pojedynczych nici DNA. Podczas replikacji DNA primer jest zwykle krótką sekwencją kwasu rybonukleinowego (RNA), która jest później degradowana i zastępowana przez DNA.

Primer zapewnia 3′ grupę hydroksylową, do której polimeraza DNA dodaje prekursory DNA, nukleotydy. Kiedy nukleotydy są dodawane do 3′ końca primera lub nowej nici DNA, tworzy się wiązanie między 3′ grupą hydroksylową primera/nowego DNA i 5′ grupą fosforanową nukleotydu.

Są cztery rodzaje nukleotydów DNA, z których każdy ma inne zasady azotowe; adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Występują one zawsze w parach, A-T i C-G. Jest to określane jako „parowanie zasad Watsona-Cricka”, a więc jeśli w szablonie znajduje się nukleotyd „A”, to do rosnącej nici DNA zostanie dodany nukleotyd „T”. Jeśli jest to nukleotyd „G”, to do rosnącej nici zostanie dodany nukleotyd „C”.

Kierunkowość DNA i jej wpływ na syntezę DNA

DNA ma kierunkowość, z jedną nicią biegnącą od 5′ do 3′ i drugą biegnącą od 3′ do 5′. W nici 5′-3′ koniec 3′ jest odsłonięty podczas syntezy nowego DNA. Oznacza to, że polimeraza DNA jest w stanie tworzyć nowe DNA w kierunku szablonowego DNA.

Jednakże, jeśli chodzi o nić 3′-5′, pozostawiłoby to odsłonięty koniec 5′; jak polimeraza DNA sobie z tym radzi? W nici 3′-5′ nowe DNA jest tworzone przez polimerazę DNA, która tworzy krótkie fragmenty 5′-3′, zwane fragmentami Okazaki. Następnie inny enzym, ligaza DNA, łączy fragmenty Okazaki razem, tworząc nową nić 3′-5′ DNA.

Odczytywanie dowodów

Czasami podczas dodawania nukleotydów do wzorcowej nici DNA popełniane są błędy. Niektóre polimerazy DNA mają tak zwaną „aktywność egzonukleazy 3′-5′”. Aktywność 3′-5′ egzonukleazy, pracując przeciwko aktywności polimerazy lub syntezy, odcina nukleotydy, które nie pasują do szablonu. Zapewnia to korektę, tak aby nowa nić DNA była jak najdokładniejsza.

Jak to jest wykorzystywane w biologii molekularnej?

Właściwości syntezy DNA zostały wykorzystane w różnych technikach biologii molekularnej; łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR) i sekwencjonowaniu DNA.

Reakcja łańcuchowa polimerazy

PCR jest techniką opracowaną w latach 80-tych w celu amplifikacji określonej części DNA. Startery DNA są zaprojektowane tak, aby pokryć interesujący nas region. Ciepło jest wykorzystywane do rozdzielenia dwóch nici DNA, a temperatura jest następnie obniżana, aby umożliwić primerom przyłączenie się do DNA. Stabilna termicznie polimeraza DNA tworzy następnie nowe nici DNA pasujące do interesującego nas regionu poprzez dodanie nukleotydów do 3′ końca starterów.

Sekwencjonowanie DNA

Sekwencjonowanie DNA polega na ustaleniu kolejności zasad (A, C, G, T) występujących w DNA. Sekwencjonowanie Sangera jest jedną z wczesnych technik sekwencjonowania DNA, w której synteza DNA zostaje zatrzymana. Jest to możliwe dzięki usunięciu grupy hydroksylowej z 3′ końca nukleotydów, dlatego też kiedy te „dideoksy nukleotydy” zostają włączone do nici DNA, polimeraza DNA nie może dodać kolejnego nukleotydu. Te dideoksy nukleotydy mieszają się z nukleotydami, dlatego powstają fragmenty o różnej długości. Posiadając dideoksy-A, dideoksy-C, dideoksy-G i dideoksy-T w oddzielnych reakcjach, można określić ostatni nukleotyd fragmentu. Po oddzieleniu według rozmiaru, sekwencja DNA może być następnie określona przez patrzenie na to, co ostatni nukleotyd fragmentów są zgodnie z rozmiarem.

Chociaż nowoczesne metody sekwencjonowania DNA są zautomatyzowane i mniej pracochłonne niż Sanger Sequencing, istnieją pewne, które opierają się na Sanger Sequencing; na przykład, różne barwniki fluorescencyjne mogą być dodawane do każdego dideoxy-nukleotydu i różnice wykrywane przez różne kolory fluorescencji.

Further Reading

• All DNA Content
• What is DNA?
• Właściwości DNA
• Modyfikacje chemiczne DNA
• Funkcje biologiczne DNA

Written by

Dr Maho Yokoyama

Dr Maho Yokoyama jest badaczką i pisarką naukową. Tytuł doktora uzyskała na Uniwersytecie w Bath, w Wielkiej Brytanii, po napisaniu pracy w dziedzinie mikrobiologii, w której zastosowała genomikę funkcjonalną do Staphylococcus aureus. Podczas studiów doktoranckich Maho współpracowała z innymi naukowcami nad kilkoma pracami, a nawet opublikowała niektóre z własnych prac w recenzowanych czasopismach naukowych. Prezentowała również swoją pracę na konferencjach akademickich na całym świecie.

Ostatnia aktualizacja Feb 26, 2019

Cytowania

Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

• APA

  Yokoyama, Maho. (2019, February 26). Mechanizm syntezy DNA. Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.

• MLA

  Yokoyama, Maho. „Mechanizm syntezy DNA”. Wiadomości-Medyczne. 24 marca 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx>.

• Chicago

  Yokoyama, Maho. „Mechanizm syntezy DNA”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx. (dostęp 24 marca 2021).

• Harvard

  Yokoyama, Maho. 2019. Mechanizm syntezy DNA. Wiadomości-Medyczne, przeglądane 24 marca 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.

.