Replikatsioon ja transkriptsioon (0)

Replikatsioon ja transkriptsioon
DNA replikatsioon
Mitoos
Rakkude jagunemine kaheks tütarrakuks koos eelneva DNA replikatsiooniga. DNA replikatsioon toimub interfaasi S faasis.
Mitoos jagatakse omakorda: profaas, prometafaas, metafaas, anafaas , telofaas.
DNA replikatsiooni käigus sünteesitakse ühest DNA molekulist kaks ühesuguse nukleotiidse järjestusega DNA molekuli. Nimetatakse matriitssünteesiks, sest kasutatakse vanemahelat kui matriitsi - “templaati“.
DNA replikatsioon on kiire protsess: sünteesi käigus lisatakse eukarüoodi rakus 3000 nukleotiidi minutis .
DNA replikatsioon on ka erakordselt täpne protsess: nii prokarüootide kui eukarüootide replikatsioonil tekkiv viga on umbes 1 nukleotiid 109 nukleotiidi kohta – see teeb 3 nukleotiidi inimese genoomi kohta ühes rakujagunemises.
DNA replikatsiooni biokeemia
Iga vanemahela (matriitsahela) kohta sünteesitakse uus komplementaarne ahel. Sünteesi käigus lisatakse desoksüribonukleosiid trifosfaate, lühendatult dATP, dGTP, dCTP ja dTTP. Lisamise käigus lõigatakse ära 2 fosforhappe jääki ja DNA ahelasse liitub desoksüribonukleosiid monofosfaat, lühendatult dAMP , dGMP, dCTP ja dTMP.
Süntees on 5’-˃3’ suunaline .
Replikatsiooni käigus lisatakse üks nukleotiid korraga. Uue nukleotiidi suhkrujäägi 5’ otsa liidetakse eelmise nukleotiidi 3’ otsaga fosfaatjäägi kaudu.
DNA replikatsioon on poolkonservatiivne
Poolkonservatiivne- tähendab, et replikatsiooni käigus sünteesitakse (kopeeritakse) mõlema vanemahela pealt uus komplementaarne tütarahel.
DNA replikatsiooniks on vaja DNA ahelad teineteisest lahutada:
Kaheahelalise DNA lahtikeerdumine ja replikatsioon toimuvad samaaegselt. Kaksikahela lahtikeerdumisel tekib torsionaalne pingestumine. Lahtikeerdumise eest vastutavad helikaas valgud . Torsioonjõudude leevendamiseks on vaja DNA ahelal katkete tekitamine- seda teevad topoisomeraas valgud.
DNA replikatsiooni alguspunkt ja replikon
Kaheahelise DNA lahti harutamine toimub replikatsiooni alguspunktist ( origin ). Tekib replikatsioonisilm, mille mõlemasse otsa moodustub Y-kujuline struktuur, mida nimetatakse replikatsioonikahvliks. Replikon on replitseerunud DNA- segment , mis on lähtunud ühest alguspunktist. DNA replikatsioonikahvel liigub mõlemas suunas. Tekib 2 tütar-DNA molekuli.
Eukarüootse raku kromosoomil on palju replikatsiooni alguspunkte ja replikone.
Replikatsioonikahvli liikumine
DNA süntees alati 5’-˃ 3’ suunaline. See tähendab, et:

• ühte, see on liiderahelat, saab pikendada jätkuvalt
  
• teist, see on viivisahelat saab pikendada RNA primerite ja spetsiaalse ensüümi, praimaasi, abil
  

Sünteesi tagajärjel tekivad viivisahelal lühikesed DNA fragmendid , mida nimetatakse Okazaki fragmentideks.
Viivisahela sünteesimine

• DNA praimaas sünteesib DNA järjestuse pealt lühikese RNA praimeri
  
• DNA polümeraas jätkab DNA sünteesi - moodustub Okazaki fragment
  
• eesolev RNA praimer asendatakse DNA-ga
  
• Okazaki fragmentide katkekohad liidetakse DNA ligaasi abil
  

Okazaki fragmentide sünteesiks on vajalik ensüüm - DNA praimaas, mis sünteesib nn. praimeri - lühikese RNA oligonukleotiidi. Praimaasi töö tulemusena moodustub DNA-RNA hübriidahel, kus uuesti sünteesitud RNA aluspaarid on seotud DNA aluspaaridega vesiniksideme kaudu. Praimaas jätab vaba 3’-OH otsa- see on edasiseks sünteesiks vajalik.
DNA replikatsiooni protsess
Replikatsioon saab alguse replikatsiooni alguspunktist. Helikaas harutab lahti kaheahelalise DNA. Praimaas sünteesib RNA oligonukleotiidi. DNA polümeraas sünteesib uue DNA ahela. Ligaas seob DNA fragmendid kokku. Replikatsiooni kahvel laieneb kromosoomi DNAl mõlemas suunas.
Replikatsiooniks on vajalikud DNA polümeraasid
DNA sünteesi viivad läbi ensüümid , mida nimetatakse DNA polümeraasideks. DNA polümeraaside aktiivsuseks on vajalik RNA praimerahel või DNA matriitsahel. Sünteesiks on vaja vaba 3’OH otsa olemasolu, sest süntees toimub 5’-˃3’ suunas.
Inimesel on 13 erinevat DNA polümeraasi.
DNA polümeraasi tööd toetab nn β-alaühiku klamber (clamp).
Replikatsioonil tekivad superspiraalid

• replikatsioonikahvli ette positiivne superspiraal
  
• replikatsioonikahvli taha negatiivne superspiraal
  

Topoisomeraas ensüümid kõrvaldavad superspiraalid

• topoisomeraas I tekitab DNA üheahelalisi katkeid
  
• topoisomeraas II tekitab DNA kaheahelalisi katkeid
  

Topoisomeraaside inhibiitoreid kasutatakse laialdaselt vähivastases kemoteraapias.
Telomeerid
Telomeerid asuvad kordusjärjestustena kromosoomide otstel ja lühenevad iga kord kui rakk jaguneb. Kaitsevad kromosoome lühenemise vastu.
Telomeraas ja telomeeride replikatsioon
Telomeraas aitab sünteesida kromosoomide otsasid, telomeere. Telomeraas on RNA-d sisaldav ensüüm.
Kromosoomide otsade DNA süntees
Telomeraasi valk sisaldab RNA molekuli (inimesel AAUCCC).
RNA alusel sünteesib telomeraas 5’-˃3’ suunas kordusjärjestusi, pikendades nii kromosoomi otsa. DNA polümeraas kasutab seda järjestust oma tööks.
DNA reparatsioon

• DNA polümeraasid teevad replikatsioonil vigu (kuigi vähe) ja neid parandatakse DNA reparatsiooni mehhanismide abil.
  
• ilma DNA reparatsiooni mehhanismideta raku funktsioon häirub
  
• DNA reparatsiooni mehhanisme on mitmeid
  
• replikatsiooni käigus on kõige olulisemad:
  

• homoloogne rekombinatsioon (HR)
  
• mittehomoloogsete DNA otste ühendamine (NHEJ)
  

• reparatsioon on oluline kasvajate vältimiseks
  

TRANSKRIPTSIOON
Transkriptsiooni käigus kantakse geneetiline informatsioon DNA-lt RNA-le. Transkriptsioonil kasutatakse ühte DNA ahelat matriitsina, et sünteesida komplementaarne RNA ahel. Sünteesitud RNA-d nimetatakse vahel transkriptiks. Valkudeks transleeritavad RNA-d nimetatakse reeglina informatsiooni RNA-ks ehk mRNA-ks (messenger RNA).
RNA-s tümiini asemel uratsiil ning desoksüriboosi asemel riboos .
Kuna RNA on üheahelaline, siis ta moodustab molekulisiseste nukleotiidide paardumise kaudu mitmesuguseid erinevaid struktuure.
RNAsid on erinevaid:
mRNA – informatsiooni RNA (messenger RNA). Peamine RNA
molekul , mis transleeritakse valguks.

• tRNA – transpordi RNA ( transfer RNA). Madalmolekulaarsed RNA-d, mis on vajalikud translatsiooni läbi viimiseks. Toimivad adapteritena mRNA koodonite ja aminohapete vahel.
  
• rRNA – ribosoomi RNA (ribosomal RNA). Ribosoomi struktuuri osad, ka funktsionaalse tähtsusega.
  
• hnRNA – heterogeenne tuuma RNA (heterogenous nuclear RNA) on esmane (primaarne) transkript ja sisaldab introneid ega ole kodeeriv .
  

Protsessitakse mRNA-ks tsütoplasmas.

• snRNA - väike tuuma RNA (small nuclear RNA). Osalevad splaissosoomide töös. Toimib tuumas.
  
• miRNA – mikro RNA (microRNA). Väikesed, 20-25 nt. Reguleerivad geenide avaldumist .
  

Transkriptsiooni viib läbi RNA polümeraas
RNA polümeraas liigub DNA molekulil 5’-˃3’ suunas, harutades samal ajal lahti DNA molekuli. Polümeraasi sünteesi kiirus on ca 20 nukleotiidi sekundis. Mutatsioonide kontroll oluliselt halvem replikatsioonisünteesist. RNA sünteesi saab indutseerida ilma praimerita. Eukarüootses rakus on kolm RNA polümeraasi, mis transkribeerivad erinevaid geene.
Transkriptsiooni tsükkel :

RNA polümeraas ja sigmafaktor seondub promootoriga

DNA lahti harutamine

initsiatsioon

elongatsiooni algus

elongatsioon

terminatsiooni signaal destabiliseerib polümeraasi

RNA eraldumine
RNA polümeraas võib DNA molekulil liikuda mõlemas suunas. Liikumise suund määrab ära kumba DNA ahelat transkibeeritakse.
Ka transkriptsioon põhjustab DNA superspiraale.
RNA protsessing
Eukarüoodis esineb RNA protsessing. Eukarüootse RNA protsessingu kolm peamist elementi:

• mRNA esimase transkripti 5’-otsa müts
  
• mRNA splaissing
  
• mRNA polüadenüleerimine
  

RNA protsessing algab juba RNA transkriptsiooni käigus.
Müts läheb RNA 5’ otsa ja pannakse tagurpidi . Mütsiks on lämmastikaluse positsioonis 7 metüleeritud guanosiin. Side on 5’-5’ fosfaatside. Lisatakse juba kui RNA polümeraas on sünteesinud 25-30 nt. Müts kaitseb RNAd ribonukelaaside vastu.
Eukarüootsel geenil on eksonid ( kodeerivad ) ja intronid (vahejärjestused)
Geenidel esineb sageli alternatiivsed splaissingut.
Eksonite splaissimiseks on ekson -intron piirides ja intronite sees spetsiifilised signaalijärjestused. Ekson splaissitakse välja lariaat-struktuuri abil.
Kui RNA on protsessitud, siis ta transporditakse läbi tuuma pooride tsütoplasmsse.