Λήξη

ο Λήξη είναι η τελική φάση της αντιγραφής του DNA. Πριν από την έναρξη και επιμήκυνση. Ένας πρώιμος τερματισμός της αντιγραφής μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την έκφραση συντομευμένων πρωτεϊνών και συνεπώς μια μετάλλαξη.

Τι είναι ο τερματισμός;

Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής ή της επαναδιπλασιασμού, το DNA του γενετικού φορέα πολλαπλασιάζεται σε μεμονωμένα κύτταρα. Η επανάληψη πραγματοποιείται σύμφωνα με την ημι-συντηρητική αρχή και συνήθως οδηγεί σε ακριβή επανάληψη των γενετικών πληροφοριών. Η αντιγραφή ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια της φάσης σύνθεσης, πριν από τη φάση μίτωσης, και έτσι λαμβάνει χώρα πριν διαχωριστεί ο πυρήνας του κυττάρου.

Στην αρχή της αντιγραφής, ο διπλός κλώνος DNA διαχωρίζεται σε μονόκλωνους κλώνους, στους οποίους σχηματίζονται νέοι συμπληρωματικοί κλώνοι. Κάθε κλώνος DNA καθορίζεται από την ακολουθία βάσης του αντίθετου κλώνου. Η αντιγραφή του DNA συμβαίνει σε διάφορες φάσεις. Ο τερματισμός είναι η τρίτη και ως εκ τούτου τελευταία φάση αναπαραγωγής. Ο τερματισμός προηγείται της έναρξης και της επιμήκυνσης.

Ένας συνώνυμος όρος για την έκφραση του τερματισμού σε αυτό το πλαίσιο είναι ο ορισμός Φάση τερματισμού. Ο τερματισμός εδώ σημαίνει «ματαίωση» ή «τερματισμό». Κατά τον τερματισμό, ο πρόσφατα σχηματισμένος κλώνος mRNA αποσπάται από το πραγματικό DNA. Το έργο της πολυμεράσης DNA τελειώνει αργά. Ο τερματισμός της αντιγραφής του DNA δεν πρέπει να συγχέεται με τον τερματισμό της αντιγραφής του RNA.

Λειτουργία & εργασία

Στη φάση αναπαραγωγής της έναρξης, είναι κυρίως η ρύθμιση της αντιγραφής που λαμβάνει χώρα. Το σημείο εκκίνησης της αντιγραφής καθορίζεται και λαμβάνει χώρα η λεγόμενη εκκίνηση. Μετά την έναρξη, ξεκινά ο πολυμερισμός, κατά την οποία λαμβάνει χώρα η φάση επιμήκυνσης. Το ένζυμο DNA πολυμεράση διαχωρίζει τους συμπληρωματικούς κλώνους του DNA σε απλούς κλώνους και διαβάζει τις βάσεις των μονών κλώνων το ένα μετά το άλλο. Σε αυτήν τη φάση, πραγματοποιείται ημι-ασυνεχής διπλασιασμός, ο οποίος περιλαμβάνει μια άλλη φάση προετοιμασίας.

Μόνο μετά την έναρξη και την επιμήκυνση ακολουθεί η αντιγραφή της φάσης τερματισμού. Ο τερματισμός διαφέρει από μορφή ζωής σε μορφή ζωής. Σε ευκαρυώτες όπως οι άνθρωποι, το DNA έχει κυκλική δομή. Περιλαμβάνει επίσης αλληλουχίες τερματισμού που αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικές αλληλουχίες, καθεμία από τις οποίες σχετίζεται με ένα πιρούνι αναπαραγωγής.

Ο τερματισμός συνήθως δεν προκαλείται από ειδικούς μηχανισμούς. Μόλις δύο πιρούνια αναπαραγωγής τρέχουν μαζί ή το DNA τελειώνει, η αντιγραφή τελειώνει αυτόματα σε αυτό το σημείο. Η αναπαραγωγή τερματίζεται με έναν αυτόματο μηχανισμό.

Οι ακολουθίες τερματισμού είναι στοιχεία ελέγχου. Εξασφαλίζουν ότι η φάση αναπαραγωγής φθάνει σε ένα συγκεκριμένο τελικό σημείο με ελεγχόμενο τρόπο παρά τις διαφορετικές ταχύτητες αναπαραγωγής στα δύο πιρούνια αναπαραγωγής. Όλες οι τοποθεσίες τερματισμού αντιστοιχούν σε θέσεις δέσμευσης για την πρωτεΐνη Tus, την «ουσία που χρησιμοποιεί το άκρο». Αυτή η πρωτεΐνη μπλοκάρει την αναπαραγωγική ελικάση DnaB και έτσι σταματά την αντιγραφή.

Στα ευκαρυωτικά, οι αναδιπλασιασμένοι κλώνοι δακτυλίου παραμένουν συνδεδεμένοι μεταξύ τους ακόμη και μετά την αναπαραγωγή. Η σύνδεση αντιστοιχεί στο σημείο τερματικού. Μόνο μετά την κυτταρική διαίρεση διαχωρίζονται με διάφορες διαδικασίες και μπορούν έτσι να διαιρεθούν. Η σύνδεση που παραμένει μέχρι την κυτταρική διαίρεση φαίνεται να παίζει ρόλο στην ελεγχόμενη κατανομή.

Υπάρχουν δύο κύριοι μηχανισμοί που παίζουν ρόλο στον τελικό διαχωρισμό των δακτυλίων DNA. Ένζυμα όπως η τοποϊσομεράση τύπου Ι και τύπου II εμπλέκονται στον διαχωρισμό. Τέλος, μια βοηθητική πρωτεΐνη αναγνωρίζει το κωδικόνιο τερματισμού κατά τον τερματισμό. Αυτό αναγκάζει το πολυπεπτίδιο να πέσει από το ριβόσωμα, καθώς δεν υπάρχει t-RNA με κατάλληλο αντίσωμα για το κωδικόνιο τερματισμού. Τελικά, το ριβόσωμα διασπάται στις δύο υπομονάδες του.

Ασθένειες και παθήσεις

Όλες οι διαδικασίες για την αναπαραγωγή του γενετικού υλικού με την έννοια της αντιγραφής είναι περίπλοκες και απαιτούν υψηλή δαπάνη ουσιών και ενέργειας εντός του κυττάρου. Για αυτόν τον λόγο, τα αυθόρμητα σφάλματα αναπαραγωγής μπορούν εύκολα να προκύψουν. Εάν το γονιδίωμα αλλάξει αυθόρμητα ή προκαλείται από έξω, μιλάμε για μεταλλάξεις.

Τα σφάλματα αναπαραγωγής μπορεί να οδηγήσουν σε ελλιπείς βάσεις, να σχετίζονται με αλλαγμένες βάσεις ή να οφείλονται σε λανθασμένη αντιστοίχιση βάσεων. Επιπλέον, η διαγραφή και εισαγωγή μονών ή πολλαπλών νουκλεοτιδίων εντός των δύο κλώνων DNA μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα αντιγραφής. Το ίδιο ισχύει και για διμερή πυριμιδίνης, διαλείμματα κλώνου και σφάλματα διασύνδεσης στους κλώνους DNA.

Σε περίπτωση σφάλματος αναπαραγωγής διατίθενται ξεχωριστοί μηχανισμοί επισκευής. Πολλά από τα λάθη που αναφέρονται διορθώνονται όσο το δυνατόν περισσότερο με DNA πολυμεράση. Η ακρίβεια αναπαραγωγής είναι σχετικά υψηλή. Το ποσοστό σφάλματος είναι μόνο ένα σφάλμα ανά νουκλεοτίδιο, το οποίο οφείλεται σε διαφορετικά συστήματα ελέγχου.

Για παράδειγμα, ένας μηχανισμός ελέγχου ευκαρυωτικών κυττάρων είναι γνωστός ως αποσύνθεση mRNA που προκαλείται από ανοησία, η οποία μπορεί να αναγνωρίσει ανεπιθύμητα κωδικόνια τερματισμού εντός του mRNA και έτσι να αποτρέψει την εύρεση έκφρασης των μικρών πρωτεϊνών.

Τα πρόωρα κωδικόνια διακοπής στο mRNA οφείλονται σε γονιδιακές μεταλλάξεις. Οι λεγόμενες ανοησίες μεταλλάξεις ή εναλλακτικές και ελαττωματικές συναρμογές μπορούν να οδηγήσουν σε συντομευμένες πρωτεΐνες που επηρεάζονται από λειτουργικές απώλειες. Οι μηχανισμοί ελέγχου δεν μπορούν πάντα να διορθώσουν τα σφάλματα.

Η αυτοσωματική υπολειπόμενη κληρονομική διαταραχή β-θαλασσαιμία έρχεται σε τρεις διαφορετικές μορφές: η πρώτη είναι ομόζυγη θαλασσαιμία, μια σοβαρή ασθένεια που προκαλείται από την ανοησία μετάλλαξή σας. Η ετεροζυγώδης θαλασσαιμία είναι μια ηπιότερη ασθένεια στην οποία οι ανοησίες μεταλλάξεις βρίσκονται μόνο σε ένα μόνο αντίγραφο του γονιδίου β-σφαιρίνης. Μέσω του μηχανισμού αποσύνθεσης mRNA που προκαλείται από ανοησίες, το mRNA του ελαττωματικού γονιδίου μπορεί να αποικοδομηθεί σε τέτοιο βαθμό που να εκφράζονται μόνο υγιή γονίδια.

Στην ετερόζυγη θαλασσαιμία και συνεπώς στη μέτρια μορφή της νόσου, η ανοησία μετάλλαξη βρίσκεται στο τελευταίο εξόνιο mRNA, έτσι ώστε οι μηχανισμοί ελέγχου να μην ενεργοποιούνται. Για το λόγο αυτό, εκτός από την υγιή β-σφαιρίνη, σχηματίζεται επίσης βραχύτερη β-σφαιρίνη.Τα ερυθροκύτταρα με την ελαττωματική β-σφαιρίνη καταστρέφονται.

Ένα άλλο παράδειγμα της αποτυχίας του μηχανισμού ελέγχου είναι η μυϊκή δυστροφία Duchenne, η οποία οφείλεται επίσης σε μια ανοησία μετάλλαξη στο mRNA. Σε αυτήν την περίπτωση, ο μηχανισμός ελέγχου διασπά το mRNA, αλλά έτσι προκαλεί ολική απώλεια της λεγόμενης πρωτεΐνης δυστροφίνης.