Explicación de términos de biología molecular

Explicar brevemente el proceso de replicación del ADN de los procariotas 1. Desenrollamiento de la doble hélice del ADN Cuando el ADN se replica, sus dobles hebras primero se desenrollan para formar una horquilla de replicación, y la formación de una horquilla de replicación es un proceso de replicación más complejo que involucra una variedad de proteínas y enzimas (1) ADN monocatenario proteína de unión (proteína de unión al ADN monocatenario, proteína ssbDNA) La proteína ssbDNA es una proteína que se une más firmemente al ADN monocatenario. La proteína ssbDNA procariótica muestra un efecto sinérgico cuando se une al ADN: si la primera proteína ssbDNA tiene una capacidad de unión de 1, la capacidad de unión de la segunda puede ser tan alta como 103; la proteína ssbDNA en células eucariotas se une a una sola proteína; ADN trenzado. Los efectos anteriores no se mostrarán. La función de la proteína ssbDNA es garantizar que la hebra única desenrollada por la helicasa pueda mantener la estructura monocatenaria antes de que se complete la replicación. Existe en forma de tetrámero en la bifurcación de replicación y se retira y se recicla después de la replicación. Se completa la replicación monocatenaria. Por lo tanto, la proteína ssbDNA solo mantiene la existencia de una única hebra y no tiene ningún efecto de desenrollado. (2) ADN helicasa La ADN helicasa puede obtener energía hidrolizando ATP para desenrollar el ADN bicatenario. La actividad de esta helicasa para descomponer el ATP depende de la presencia de ADN monocatenario. Si hay un extremo monocatenario o una muesca en el ADN bicatenario, la ADN helicasa puede unirse primero a esta parte y luego moverse gradualmente hacia la dirección bicatenaria. Durante la replicación, la mayoría de las helicasas de ADN pueden moverse a lo largo de la dirección 5'->3' de la plantilla retrasada y, a medida que avanza la horquilla de replicación, solo las helicasas individuales (proteínas Rep) se mueven a lo largo de la dirección 3'->5' móvil. Por lo tanto, se especula que la proteína Rep y la ADN helicasa específica trabajan cooperativamente en las dos cadenas originales de ADN para desenrollar el ADN bicatenario. (3) Proceso de desenrollado del ADN. Antes de la replicación, el ADN no solo es una doble hélice sino que también se encuentra en un estado superhélice. La existencia del estado superhélice es un estado estructural necesario antes de desenrollarse. Además de las helicasas, también hay algunas proteínas específicas involucradas. en el desenrollado, como la proteína del ADN en E. coli, etc. Una vez que se desenreda el ADN bicatenario parcial, debe estar presente la proteína ssbDNA para estabilizar la hebra única desenredada y garantizar que el ADN bicatenario parcial no vuelva a convertirse en ADN bicatenario. El proceso de iniciación de la replicación de dos ADN monocatenarios es diferente, pero tanto la cadena principal como la cadena rezagada requieren un cebador de ARN para iniciar la síntesis de la cadena hija. Por lo tanto, la diferencia entre la cadena líder y la cadena rezagada es que la primera continúa sintetizándose desde 5'-3' desde el punto de inicio de la replicación sin formar fragmentos de Okazaki, mientras que la segunda continúa sintetizándose alrededor de 2-3 kb con la aparición de el fragmento de replicación de Okazaki. 2. Fragmento de Okazaki y replicación semidiscontinua Debido a que las dos hebras de ADN son antiparalelas, una de las hebras de ADN desenvuelta cerca de la horquilla de replicación está en la dirección 5'->3' y la otra en la dirección 3'->5. ' dirección. dirección, las dos plantillas tienen polaridades diferentes. La dirección de síntesis de todas las ADN polimerasas conocidas es la dirección 5'->3', no la dirección 3'->5', por lo que no puede explicar la replicación simultánea de ambas hebras de ADN. Para explicar el fenómeno de replicación isocinética de las dos hebras de ADN, respectivamente, hebras hijas sintetizadas mediante plantilla, el erudito japonés Okazaki y otros propusieron el modelo de replicación semicontinua del ADN. En 1968, Okazaki utilizó 3H desoxitimidina para marcar E. coli durante un corto tiempo, extrajo ADN y, después de la desnaturalización, obtuvo muchos ADN marcados con 3H, conocidos como fragmentos de Okazaki, mediante ultracentrifugación. Después de un tiempo prolongado de etiquetado, los fragmentos de Okazaki se pueden convertir en cadenas de ADN maduras, por lo que estos fragmentos deben ser productos intermedios durante el proceso de replicación. Otro experimento también demostró que los fragmentos más pequeños se sintetizan primero durante el proceso de replicación del ADN. Es decir, se utilizó una cepa mutante de ADN ligasa sensible a la temperatura para probar una gran cantidad de pequeños fragmentos de ADN a la temperatura en la que la ligasa no funciona. acumulado, lo que indica que el proceso de replicación del ADN. Al menos una hebra del ADN sintetiza primero fragmentos más cortos, que luego se ligan en moléculas de ADN grandes. En general, los fragmentos de Okazaki de los procariotas son más largos que los de los eucariotas.

Investigaciones en profundidad también han demostrado que la replicación continua de la cadena principal y la replicación discontinua de la cadena rezagada son universales en el mundo biológico, por lo que se denominan replicación semidiscontinua de la doble hélice del ADN. 3． Inicio y terminación de la replicación. Toda replicación del ADN comienza desde un punto de partida fijo. Sin embargo, la ADN polimerasa solo puede extender la cadena de ADN existente y no puede sintetizar la cadena de ADN desde cero. Una gran cantidad de estudios experimentales han demostrado que cuando se replica el ADN, la ARN polimerasa a menudo sintetiza primero un cebador de ARN en la plantilla de ADN y luego la polimerasa sintetiza una nueva cadena de ADN a partir del extremo 3 'del cebador de ARN. Para la cadena principal, este proceso de cebado es relativamente simple, siempre que haya un cebador de ARN, la ADN polimerasa puede utilizarlo como punto de partida y continuar sintetizándolo. Para la cadena rezagada, el proceso de iniciación es más complejo y requiere la participación de múltiples proteínas y enzimas. El proceso de iniciación de la cadena retrasada lo completa el iniciador. El iniciador está compuesto por 6 proteínas. El precebador o precursor del cebador combina estas 6 proteínas y además las ensambla con la primasa o enzima del proceso del cebador para formar el iniciador. El iniciador avanza en la dirección de la rama de la cadena trasera como una locomotora y activa intermitentemente la plantilla para generar cadenas cortas de ARN cebador en la cadena retrasada, que luego son sintetizadas por la ADN polimerasa III hasta que encuentra el siguiente cebador u Okazaki. . hasta el fragmento. La ARNasa H degrada el cebador de ARN y la ADN polimerasa I llena el espacio, y luego la ADN ligasa conecta cada dos fragmentos de Okazaki para formar ADN macromolecular.