Η αντιγραφή DNA είναι ο τρόπος με τον οποίο ένα κύτταρο αντιγράφει το DNA του πριν από τη διαίρεση. Η βασική ιδέα είναι απλή: οι δύο αρχικές αλυσίδες χωρίζονται, κάθε αλυσίδα καθοδηγεί τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας και το κύτταρο καταλήγει με δύο μόρια DNA αντί για ένα.

Αυτό είναι σημαντικό επειδή τα νέα κύτταρα χρειάζονται τις ίδιες γενετικές οδηγίες με το αρχικό κύτταρο. Αν η αντιγραφή γίνει λανθασμένα, το αντιγραμμένο DNA μπορεί να περιέχει αλλαγές που επηρεάζουν τον τρόπο λειτουργίας του κυττάρου.

Γιατί η αντιγραφή DNA λέγεται ημισυντηρητική

Η αντιγραφή DNA λέγεται ημισυντηρητική επειδή κάθε νέο μόριο DNA περιέχει μία αρχική αλυσίδα και μία νεοσυντιθέμενη αλυσίδα.

Αυτό είναι το βασικό γεγονός που πρέπει να θυμάσαι. Οι παλιές αλυσίδες δεν απορρίπτονται και το κύτταρο δεν συνθέτει και τις δύο νέες αλυσίδες χωρίς πρότυπο. Αντίθετα, η αντιγραφή καθοδηγείται από τους κανόνες συμπληρωματικότητας των βάσεων: η αδενίνη ζευγαρώνει με τη θυμίνη και η κυτοσίνη με τη γουανίνη.

Κύρια βήματα της αντιγραφής DNA

Η αντιγραφή αρχίζει όταν ανοίγει η διπλή έλικα. Η περιοχή σε σχήμα Υ όπου το DNA ξετυλίγεται και αντιγράφεται είναι η διχάλα αντιγραφής.

Τα κύρια βήματα είναι:

  • Ελικάση διαχωρίζει τις δύο αρχικές αλυσίδες.
  • Πριμάση τοποθετεί μικρούς εκκινητές RNA.
  • DNA πολυμεράση προσθέτει νέα νουκλεοτίδια DNA σε μια αναπτυσσόμενη αλυσίδα.
  • Λιγάση σφραγίζει τα κενά ανάμεσα στα τμήματα DNA.

Μία συνθήκη καθορίζει την υπόλοιπη διαδικασία: η DNA πολυμεράση επιμηκύνει μια αλυσίδα μόνο προς την κατεύθυνση 5′5' προς 3′3'. Επειδή οι δύο πρότυπες αλυσίδες έχουν αντίθετο προσανατολισμό, οι δύο νέες αλυσίδες δεν συντίθενται με τον ίδιο τρόπο.

Συνεχής και ασυνεχής αλυσίδα

Η συνεχής αλυσίδα συντίθεται πιο συνεχόμενα καθώς ανοίγει η διχάλα.

Η ασυνεχής αλυσίδα συντίθεται σε μικρά τμήματα που ονομάζονται θραύσματα Okazaki. Αυτά τα τμήματα ενώνονται αργότερα μεταξύ τους.

Αυτή η διαφορά δεν σημαίνει ότι η μία αλυσίδα είναι πιο σημαντική. Συμβαίνει μόνο επειδή η σύνθεση του DNA πρέπει να ακολουθεί τον κανόνα 5′5' προς 3′3'.

Λυμένο παράδειγμα: σύνθεση της συμπληρωματικής αλυσίδας

Έστω ότι ένα εκτεθειμένο πρότυπο τμήμα είναι:

3′−ACGTTA−5′3' - A C G T T A - 5'

Η συμπληρωματική αλυσίδα που θα συντεθεί απέναντί του θα είναι:

5′−TGCAAT−3′5' - T G C A A T - 3'

Αυτό το παράδειγμα δείχνει δύο βασικές ιδέες. Πρώτον, η νέα αλυσίδα είναι συμπληρωματική και όχι πανομοιότυπη με την πρότυπη αλυσίδα που αντιγράφει. Δεύτερον, οι αλυσίδες έχουν αντίθετο προσανατολισμό, άρα η αντιγραφή είναι αντιπαράλληλη.

Αν συγκρίνεις τη νέα αλυσίδα με την αρχική συμπληρωματική αλυσίδα της διπλής έλικας, οι βάσεις ταιριάζουν. Γι’ αυτό κάθε αρχική αλυσίδα μπορεί να βοηθήσει στην αναδημιουργία της συμπληρωματικής που λείπει.

Συχνά λάθη στην αντιγραφή DNA

Η ιδέα ότι και οι δύο νέες αλυσίδες είναι συνεχείς

Δεν είναι. Σε μια δεδομένη διχάλα αντιγραφής, η μία νέα αλυσίδα συντίθεται πιο συνεχόμενα και η άλλη συναρμολογείται σε τμήματα.

Η ιδέα ότι η DNA πολυμεράση ξεκινά από το μηδέν

Δεν ισχύει. Η DNA πολυμεράση χρειάζεται ένα ήδη υπάρχον σημείο εκκίνησης, γι’ αυτό απαιτείται πρώτα ένας εκκινητής RNA.

Σύγχυση ανάμεσα στο συμπληρωματικό και το πανομοιότυπο

Η νέα αλυσίδα είναι συμπληρωματική προς το πρότυπό της. Δεν είναι αντιγραφή γράμμα προς γράμμα της ίδιας πρότυπης αλυσίδας.

Η υπόθεση ότι η αντιγραφή συμβαίνει μόνο ακριβώς πριν από τη μίτωση

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, η αντιγραφή DNA συνδέεται με τη φάση S του κυτταρικού κύκλου πριν από τη μίτωση ή τη μείωση. Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, η αντιγραφή είναι επίσης απαραίτητη, αλλά το πλαίσιο του κυτταρικού κύκλου είναι διαφορετικό.

Πότε έχει σημασία η αντιγραφή DNA

Η αντιγραφή DNA είναι κεντρική για την κυτταρική διαίρεση, την ανάπτυξη, την επιδιόρθωση ιστών και την αναπαραγωγή. Αποτελεί επίσης θεμέλιο της γενετικής, της μοριακής βιολογίας, της βιοτεχνολογίας και της ιατρικής, επειδή πολλά ερωτήματα για τις μεταλλάξεις, την κληρονομικότητα και τη σταθερότητα του γονιδιώματος εξαρτώνται από το πώς αντιγράφεται το DNA.

Βοηθά επίσης να καταλάβουμε γιατί είναι σημαντικά τα συστήματα διόρθωσης και επιδιόρθωσης. Η αντιγραφή είναι πολύ ακριβής, αλλά όχι τέλεια, γι’ αυτό τα κύτταρα χρησιμοποιούν επιπλέον μηχανισμούς για να μειώνουν τα λάθη αντιγραφής.

Δοκίμασε ένα παρόμοιο πρόβλημα

Δοκίμασε τη δική σου εκδοχή με ένα σύντομο πρότυπο DNA. Γράψε τη μία αλυσίδα με σημειωμένα τα άκρα 3′3' και 5′5', έπειτα κατασκεύασε τη συμπληρωματική αλυσίδα και αποφάσισε ποια πλευρά μιας διχάλας αντιγραφής θα επέβαλλε σύνθεση τμήμα προς τμήμα.

Χρειάζεσαι βοήθεια με μια άσκηση;

Ανέβασε την ερώτησή σου και πάρε επαληθευμένη λύση βήμα-βήμα σε δευτερόλεπτα.

Άνοιξε το GPAI Solver →