DNK replikatsiyasi (lotincha replicatio — qayta tiklash) — ona DNK molekulasi asosida ikkita qiz DNK molekulasining hosil boʻlish jarayoni. DNK replikatsiyasi 15—20 xil oqsil-fermentdan tashkil topgan va replisoma deb ataladigan murakkab majmua tomonidan amalga oshiriladi. Maxsus fermentlar yordamida ona DNKning qoʻsh spirali ikkita zanjirga ajraladi. Har bir ajralgan zanjir asosida ikkinchi zanjir sintezlanadi va natijada bir-biriga aynan mos ikkita qiz DNK molekulasi hosil boʻladi. Soʻng bu molekulalarning har biri alohida spiralga oʻraladi. Ona hujayra keyinchalik boʻlinganda, har bir qiz hujayra dastlabki ona hujayra DNKsiga aynan mos DNK molekulasining bittadan nusxasini oladi. Bu jarayon genetik axborotning avloddan avlodga aniq uzatilishini taʼminlaydi.
Oʻrganilish tarixi
Har bir DNK molekulasi dastlabki ona molekulaning bitta zanjiri va yangi sintezlangan bitta zanjirdan iborat boʻladi. Replikatsiyaning bunday mexanizmi yarim konservativ deb ataladi. Hozirgi vaqtda ushbu mexanizmning toʻgʻriligi tajribalari Metyu Mezelson va Franklin Stal (1958 y.) tufayli isbotlangan deb hisoblanadi. Ilgari yana ikkita model mavjud edi: «konservativ» modelga koʻra, replikatsiya natijasida faqat ona zanjirlaridan tashkil topgan bitta DNK molekulasi va faqat yangi zanjirlardan tashkil topgan yana bitta molekula hosil boʻladi; «dispersion» modelga koʻra esa replikatsiya natijasida hosil boʻlgan barcha DNK molekulalaridagi zanjirlarning ayrim qismlari yangi sintezlangan, qolgan qismlari esa ona DNK molekulasidan olingan boʻladi. DNK molekulasi ikkiga ajraladi va ikkita qolip hosil boʻladi. Bu ikki qolip replikatsiya ayri qismidan chiqadi. Ularni toʻgʻrilangan holatda tasavvur qilsak, uchlari bir-biriga ulangan, ammo orasida boʻshliq boʻlgan taroqsimon tuzilmalar qatorini koʻrish mumkin. Taroqlardan biri koʻk, ikkinchisi qizil deb tasavvur qilaylik. Endi pastdagi qizil taroqni (u ham yuqoridagisi kabi beshta tishdan iborat) beshinchi uchi bilan yuqoridagi taroqning uchinchi tishiga tutashtiramiz. Zanjirni ham yuqoridan, ham pastdan uzaytiramiz. Natijada yuqorida ham, pastda ham besh, uch, besh va hokazo tartib hosil boʻlgandek boʻladi. Keyin qoliplar (taroqlar) replikatsiya ayri qismidan chiqqach, ularga yana ikkita qolip qoʻshiladi. Shunday qilib, bitta DNK molekulasidan ona molekulaga aynan mos ikkita molekula hosil boʻladi (agar mutatsiyalar sodir boʻlmasa). Bu yarim konservativlik deb ataladi.
Umumiy tushunchalar
DNK replikatsiyasi — hujayra boʻlinishidagi muhim hodisalardan biridir.
- elongatsiya
- replikatsiyaning tugallanishi.
Replikatsiya asosan boshlanish (initsiatsiya) bosqichida boshqariladi. Buni amalga oshirish nisbatan oson, chunki replikatsiya DNKning istalgan qismidan emas, balki qatʼiy belgilangan, replikatsiya boshlanish joyi deb ataladigan qismidan boshlanishi mumkin. Genomda bunday joylar bitta yoki koʻp boʻlishi mumkin. Replikatsiya boshlanish joyi tushunchasi replikon tushunchasi bilan chambarchas bogʻliq. Replikon — DNKning replikatsiya boshlanish joyini oʻz ichiga olgan va aynan shu joyda DNK sintezi boshlangach nusxalanadigan qismidir. Bakteriyalarning genomlari, odatda, bitta replikondan iborat boʻladi. Bu butun genom replikatsiyasi bir martalik boshlanish hodisasi natijasida amalga oshishini anglatadi. Eukariotlarning genomlari (shuningdek, ularning alohida xromosomalari) koʻplab mustaqil replikonlardan tashkil topgan boʻlib, bu alohida xromosomaning replikatsiyasi uchun ketadigan umumiy vaqtni sezilarli darajada qisqartiradi. Hujayraning bir boʻlinish sikli davomida har bir boshlanish joyida replikatsiya necha marta boshlanishini nazorat qiluvchi molekulyar mexanizmlar nusxa sonini nazorat qilish deb ataladi. Bakteriya hujayralarida xromosoma DNKsidan tashqari koʻpincha plazmidalar ham boʻladi. Ular alohida replikonlardir. Plazmidalarning nusxa sonini nazorat qilishga oid oʻz mexanizmlari mavjud: ular hujayra sikli davomida plazmidaning birgina nusxasi yoki minglab nusxalarining sintezlanishini taʼminlashi mumkin.
Replikatsiya DNK qoʻsh spiralining boshlanish joyida yechilishidan boshlanadi va bunda replikatsiya ayri qismi — DNK bevosita nusxalanadigan joy hosil boʻladi. Replikatsiyaning bir yoʻnalishli yoki ikki yoʻnalishli boʻlishiga qarab, har bir boshlanish joyida bitta yoki ikkita replikatsiya ayri qismi shakllanishi mumkin. Ikki yoʻnalishli replikatsiya kengroq tarqalgan. Replikatsiya boshlanganidan maʼlum vaqt oʻtgach, elektron mikroskopda quyidagi tuzilmani kuzatish mumkin: replikatsiya pufakchasi — DNKsi allaqachon nusxalangan va atrofida hali nusxalanmagan DNKning uzunroq qismlari joylashgan xromosoma sohasini kuzatish mumkin.
Replikatsiya ayri qismida DNKni yirik oqsil majmuasi (replisoma) nusxalaydi. Uning asosiy fermenti DNK-polimerazadir. Replikatsiya ayri qismi prokariotlarda bir daqiqada taxminan 100 000 juft nukleotid, eukariotlarda esa 500—5000 juft nukleotid tezlikda harakatlanadi.
| Ferment | Vazifasi |
|---|---|
| DNK-giraza | topoizomerazalar guruhiga mansub. DNKda vaqtinchalik ikki zanjirli uzilishlar hosil qilib, uning yechilishini osonlashtiradi. |
| Helikaza | Ikki zanjirli DNK molekulasining zanjirlarini ajratib, yakka zanjirlarga aylantiradi. |
| SSB-oqsillar | Bir zanjirli DNK qismlari bilan bogʻlanib, komplementar zanjirlarning qayta juftlashishini oldini oladi. |
| Praymaza | RNK-boshlangʻich zanjirini (praymerni) — DNK-polimeraza ishini boshlash uchun zarur boʻlgan qisqa RNK boʻlagini sintezlaydi (polimeraza DNKni noldan sintezlay olmaydi, ammo mavjud zanjirga nukleotidlarni qoʻsha oladi). |
| DNK-polimeraza | Praymerga bogʻlanib DNKni sintezlaydi. Ona DNKning bir zanjirini polimeraza uzluksiz va bir yoʻnalishda, ikkinchi zanjirini esa qarama-qarshi yoʻnalishda alohida boʻlaklar shaklida sintezlaydi. |
| Sirpanuvchi qisqich oqsillari (mahkamlagichlar) | Ular DNKni halqa shaklida oʻrab oladi va oldinga siljiyotgan DNK-polimeraza fermenti bilan birga DNK boʻylab «sirpanadi». Bu oqsillar fermentning DNK qolipidan ajralib ketishiga yoʻl qoʻymaydi va uning faoliyati samaradorligini oshiradi. |
| RNKaza H | Endi kerak boʻlmay qolgan RNK-praymer boʻlaklarini olib tashlaydi. |
| DNK-ligaza | DNK boʻlaklarini bir-biriga ulaydi (Okazaki fragmentlarini). |
| Telomeraza | Telomera qismlarida DNK zanjirining bir uchiga nukleotidlarning maxsus takrorlanuvchi ketma-ketliklarini qoʻshadi va shu orqali boʻlinish vaqtida telomeralarning qisqarishini qoplaydi. |
| Replisoma
(replikatsiyada ishtirok etuvchi barcha fermentlar majmuasi) |
DNK qolipi boʻylab harakatlanib, uning qoʻsh spiralini yechadi va komplementar DNK zanjirlarini uzaytiradi. |
Replikatsiyaning molekulyar mexanizmi
Fermentlar (helikaza, topoizomeraza) va DNK bilan bogʻlanuvchi oqsillar DNK spiralini yechadi, qolip zanjirlarni ajralgan holatda ushlab turadi va DNK molekulasining aylanishini taʼminlaydi. Replikatsiyaning aniqligi asoslarning komplementar juftlari bir-biriga toʻgʻri mos kelishi hamda DNK-polimerazaning xatolarni aniqlash va tuzatish qobiliyati bilan taʼminlanadi. Prokariotlarda replikatsiya[aniqlashtirish kerak] bir nechta turli DNK-polimerazalar yordamida amalga oshiriladi. DNK-polimeraza I kechikuvchi zanjirdagi RNK-praymerlarni olib tashlash va boʻshagan joylarda DNK sintezini yakunlash vazifasini bajaradi. DNK-polimeraza III esa DNK replikatsiyasining asosiy fermenti boʻlib, yetakchi DNK zanjirini va kechikuvchi zanjir sintezida Okazaki fragmentlarini sintezlaydi. Soʻng sintezlangan molekulalar superoʻramlanish tamoyili asosida oʻraladi va DNK yanada ixchamlashadi. Sintez energiya sarfini talab qiladi.
DNK molekulasi zanjirlari bir-biridan ajralib, replikatsiya ayri qismini hosil qiladi. Ularning har biri yangi komplementar zanjir sintezlanadigan qolipga aylanadi. Natijada ona molekulaga aynan mos ikkita yangi qoʻsh spiralli DNK molekulasi hosil boʻladi.
Replikatsiya tamoyillari
- komplementarlik — qolip asosida sintezlanish tamoyili boʻlib, unga koʻra sintezlanayotgan DNK zanjirining ketma-ketligi ona zanjirning nukleotidlar ketma-ketligiga komplementarlik tamoyili asosida aniq mos keladi;
- yarim konservativlik — replikatsiya natijasida hosil boʻlgan DNK molekulasining bir zanjiri yangi sintezlangan, ikkinchisi esa ona zanjirdir;
- antiparallellik — sintez yangi molekulaning 5’-uchidan 3’-uchiga tomon boradi;
- yarim uzluksizlik (uzilishlilik) — DNK zanjirlaridan biri uzluksiz, ikkinchisi esa alohida qisqa boʻlaklar (Okazaki fragmentlari);
- replikatsiya DNKning muayyan joylaridan boshlanadi. Bunday joylar replikatsiya boshlanish joylari deb ataladi (inglizcha origin);
- boshlangʻich RNK zanjiriga (praymerga) ehtiyoj boʻlishi.
