Replicarea ADN-ului: etape, enzime și catene complementare

Ce înseamnă replicare semiconservativă

Replicarea este sinteza unei copii a ADN-ului. În modelul semiconservativ, fiecare moleculă rezultată conține o catenă parentală și o catenă nou sintetizată. Nu se formează o moleculă alcătuită numai din catene vechi și alta alcătuită numai din catene noi.

Complementaritatea A–T și G–C permite folosirea fiecărei catene ca matriță. Copierea necesită însă enzime, nucleotide și un mecanism de inițiere; simpla separare a catenelor nu produce automat molecule complete.

Deschiderea dublei elice și inițierea

Replicarea începe în regiuni de origine. Deschiderea ADN-ului formează furci de replicare, la care helicaza separă catenele. Alte proteine contribuie la stabilizarea regiunilor monocatenare și la gestionarea tensiunii din moleculă.

ADN-polimerazele replicative obișnuite adaugă nucleotide la un capăt existent și nu pornesc singure un lanț de la zero. Primaza contribuie la formarea unor primeri care oferă punctul de pornire. În procariote și eucariote există diferențe între proteinele și detaliile implicate.

De ce o catenă se copiază discontinuu

Sinteza ADN-ului nou se desfășoară în sensul 5′ spre 3′. Cele două matrițe sunt antiparalele. În raport cu deplasarea unei furci, o catenă poate fi sintetizată predominant continuu, iar cealaltă prin fragmente succesive, numite fragmente Okazaki.

După prelucrarea primerilor și completarea regiunilor respective, ligaza contribuie la unirea fragmentelor prin refacerea continuității scheletului zahăr–fosfat. Nu există o polimerază care copiază cealaltă catenă în sensul 3′ spre 5′ pentru a rezolva problema orientării.

Rolurile enzimelor, fără a le confunda

O schemă de mecanism trebuie să distingă separarea, inițierea, alungirea și unirea. Numele enzimei este util doar dacă este legat de operația efectivă.

Exemplu de copiere și verificare

Pentru matrița 3′–A T G C C A–5′, catena nouă complementară este 5′–T A C G G T–3′. Numărul de nucleotide rămâne egal pe cele două catene ale fragmentului, iar A se împerechează cu T, nu cu U. În acest exercițiu este sintetizat ADN, nu ARN.

Dacă fragmentul dublu catenar are 12 nucleotide în total, conține șase perechi de baze. După o replicare completă rezultă două fragmente dublu catenare, fiecare cu aceeași lungime. Cantitatea totală de ADN s-a dublat, dar lungimea fiecărei molecule nu s-a dublat.

Fidelitate și legătura cu ciclul celular

Mecanismele de selecție a nucleotidelor, corectare și reparare limitează erorile, fără a face procesul absolut infailibil. O eroare care persistă și este transmisă poate contribui la o mutație. Replicarea și repararea sunt procese legate, dar nu sinonime.

În ciclul eucariot tipic, replicarea ADN-ului nuclear are loc în faza S a interfazei. După aceasta, un cromozom duplicat are două cromatide surori. Dublarea cantității de ADN nu înseamnă automat dublarea numărului de cromozomi, dacă numărarea se face după centromeri.