WAT IS DE REPLICATIEVORK? - BIOLOGIE - 2025

De replicatievork is het punt waarop DNA-replicatie plaatsvindt, het wordt ook wel het groeipunt genoemd. Het is Y-vormig en terwijl replicatie plaatsvindt, beweegt de haarspeld door het DNA-molecuul.

DNA-replicatie is het cellulaire proces waarbij genetisch materiaal in de cel wordt gedupliceerd. De structuur van DNA is een dubbele helix en om de inhoud ervan te repliceren, moet deze worden geopend. Elk van de strengen zal deel uitmaken van de nieuwe DNA-keten, aangezien replicatie een semi-conservatief proces is.

Bron: Masur gebaseerd op Gluon (Spaanse versie door Alejandro Porto)

De replicatievork vormt precies tussen de kruising tussen de nieuw gescheiden sjabloon of sjabloonstrengen en het duplex-DNA dat nog niet is gedupliceerd. Bij het initiëren van DNA-replicatie kan een van de strengen gemakkelijk worden gedupliceerd, terwijl de andere streng een polariteitsprobleem heeft.

Het enzym dat verantwoordelijk is voor het polymeriseren van de ketting - DNA-polymerase - synthetiseert alleen de DNA-streng in de 5'-3'-richting. De ene streng is dus continu en de andere ondergaat een discontinue replicatie, waardoor Okazaki-fragmenten worden gegenereerd.

DNA-replicatie en replicatievork

DNA is het molecuul dat de nodige genetische informatie opslaat voor alle levende organismen - met uitzondering van enkele virussen.

Dit enorme polymeer, bestaande uit vier verschillende nucleotiden (A, T, G en C), bevindt zich in de kern van eukaryoten, in elk van de cellen waaruit de weefsels van deze wezens bestaan ​​(behalve in rijpe rode bloedcellen van zoogdieren, die geen kern).

Elke keer dat een cel zich deelt, moet DNA repliceren om een ​​dochtercel te creëren met genetisch materiaal.

Replicatie in één richting en in twee richtingen

Replicatie kan unidirectioneel of bidirectioneel zijn, afhankelijk van de vorming van de replicatievork op het punt van oorsprong.

Logischerwijs wordt bij replicatie in één richting slechts één haarspeld gevormd, terwijl bij bidirectionele replicatie twee haarspeldbochten worden gevormd.

Enzymen betrokken

Voor dit proces is een complexe enzymatische machinerie nodig, die snel werkt en nauwkeurig DNA kan repliceren. De belangrijkste enzymen zijn DNA-polymerase, DNA-primase, DNA-helicase, DNA-ligase en topoisomerase.

Start van replicatie en haarspeldvorming

DNA-replicatie begint niet op een willekeurige plaats in het molecuul. Er zijn specifieke regio's in DNA die het begin van replicatie markeren.

Bij de meeste bacteriën heeft het bacteriële chromosoom één AT-rijk startpunt. Deze samenstelling is logisch, omdat het de opening van het gebied vergemakkelijkt (de AT-paren zijn verbonden door twee waterstofbruggen, terwijl het GC-paar door drie).

Terwijl het DNA begint te openen, vormt zich een Y-vormige structuur: de replicatievork.

Vorkverlenging en beweging

DNA-polymerase kan de synthese van dochterketens niet helemaal opnieuw starten. Je hebt een molecuul nodig met een 3'-uiteinde, zodat het polymerase een plek heeft om te beginnen met polymeriseren.

Dit vrije 3'-uiteinde wordt aangeboden door een klein nucleotidemolecuul dat de primer of primer wordt genoemd. De eerste fungeert als een soort haak voor het polymerase.

In de loop van replicatie heeft de replicatievork het vermogen om langs het DNA te bewegen. De passage van de replicatievork laat twee enkelbandige DNA-moleculen achter die de vorming van de dubbelbandige dochtermoleculen sturen.

De haarspeldbochten kunnen vooruitgaan dankzij de werking van helicase-enzymen die het DNA-molecuul afwikkelen. Dit enzym verbreekt de waterstofbruggen tussen de basenparen en laat de haarspeld bewegen.

Beëindiging

Replicatie is voltooid wanneer de twee haarspeldbochten zich op 180 ° C van de oorsprong bevinden.

In dit geval hebben we het over hoe het replicatieproces in bacteriën verloopt en het is noodzakelijk om het hele torsieproces van het circulaire molecuul dat replicatie impliceert, te benadrukken. Topoisomerasen spelen een belangrijke rol bij het afwikkelen van het molecuul.

DNA-replicatie is semi-conservatief

Heb je je ooit afgevraagd hoe replicatie plaatsvindt in DNA? Met andere woorden, er moet nog een dubbele helix uit de dubbele helix komen, maar hoe gebeurt dat? Dit was een aantal jaren een open vraag onder biologen. Er kunnen verschillende permutaties zijn: twee oude strengen samen en twee nieuwe strengen samen, of een nieuwe streng en een oude om de dubbele helix te vormen.

In 1957 werd deze vraag beantwoord door onderzoekers Matthew Meselson en Franklin Stahl. Het door de auteurs voorgestelde replicatiemodel was het semi-conservatieve model.

Meselson en Stahl voerden aan dat het resultaat van replicatie twee dubbele DNA-helixmoleculen zijn. Elk van de resulterende moleculen bestaat uit een oude streng (van het ouder- of oorspronkelijke molecuul) en een nieuw gesynthetiseerde nieuwe streng.

Het probleem van polariteit

Hoe werkt polymerase?

De DNA-helix bestaat uit twee ketens die antiparallel lopen: de ene gaat in de richting 5'-3 'en de andere 3'-5'.

Het meest prominente enzym in het replicatieproces is DNA-polymerase, dat verantwoordelijk is voor het katalyseren van de vereniging van de nieuwe nucleotiden die aan de ketting zullen worden toegevoegd. DNA-polymerase kan de keten alleen verlengen in de 5'-3'-richting. Dit feit belemmert de gelijktijdige duplicatie van de kettingen in de replicatievork.

Waarom? De toevoeging van nucleotiden vindt plaats aan het vrije uiteinde 3 'waar sprake is van een hydroxylgroep (-OH). Aldus kan slechts één van de strengen gemakkelijk worden geamplificeerd door de terminale toevoeging van het nucleotide aan het 3'-uiteinde. Dit wordt een geleidende of continue streng genoemd.

Productie van Okazaki-scherven

De andere streng kan niet worden verlengd, omdat het vrije uiteinde het 5 'is en niet het 3' en geen van beide polymerase katalyseert de toevoeging van nucleotiden aan het 5 'uiteinde. Het probleem wordt opgelost door de synthese van meerdere korte fragmenten (van 130 tot 200 nucleotiden), elk in de normale replicatierichting van 5´ tot 3´.

Deze discontinue synthese van fragmenten eindigt met de vereniging van elk van de delen, een reactie die wordt gekatalyseerd door DNA-ligase. Ter ere van de ontdekker van dit mechanisme, Reiji Okazaki, worden de kleine gesynthetiseerde segmenten Okazaki-fragmenten genoemd.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Essentiële celbiologie. Garland Science.
2. Cann, IK en Ishino, Y. (1999). Archaeale DNA-replicatie: identificatie van de stukjes om een ​​puzzel op te lossen. Genetics, 152 (4), 1249-67.
3. Cooper, GM en Hausman, RE (2004). De cel: moleculaire benadering. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., en Bebenek, K. (2007). Meerdere functies van DNA-polymerasen. Kritische recensies in plantwetenschappen, 26 (2), 105-122.
5. Lewin, B. (2008). genen IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
6. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Functies van eukaryote DNA-polymerasen. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
7. Steitz, TA (1999). DNA-polymerasen: structurele diversiteit en gemeenschappelijke mechanismen. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
8. Watson, JD (2006). Moleculaire biologie van het gen. Panamerican Medical Ed.
9. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG en Wilson, SH (2013). Structurele vergelijking van DNA-polymerasearchitectuur suggereert een nucleotide-gateway naar de actieve polymerase-site. Chemical Reviews, 114 (5), 2759-74.