Replikatsiyasi(lot. replicatio — “qayta tiklash”) — ona DNK molekulasi asosida ikki qiz DNK molekulasini hosil qilish jarayoni. Replikatsiyani 15–20 xil oqsil-fermentlardan tashkil topgan murakkab kompleks — replisoma bajaradi. Maxsus fermentlar yordamida ona DNKning ikki spiral ipi ajratiladi, hosil bo‘lgan har bir ip bo‘yicha komplementar yangi ip sintezlanadi va natijada ikkita bir xil qiz DNK molekulasi paydo bo‘ladi; ular keyin alohida spirallarga o‘raladi. Keyingi hujayra bo‘linishida har bir qiz hujayra ona hujayradagi DNKning mutlaqo bir xil nusxasini oladi. Shu tariqa genetik axborot avloddan-avlodga aniq uzatiladi.
Replikatsiya jarayonining sxematik tasviri, raqamlar bilan belgilangan: (1) kechikuvchi ip, (2) yetakchi ip, (3) DNK-polimeraza (Polα), (4) DNK-ligaza, (5) RNK-prajmer, (6) praimaza, (7) Okazaki fragmenti, (8) DNK-polimeraza (Polδ), (9) gelikaza, (10) bir ipli DNK bilan bog‘lovchi oqsillar, (11) topoizomeraza
O‘rganilish tarixi
Har bir yangi DNK molekulasi ona zanjirdan bitta ip va yangidan sintezlangan bitta ipdan iborat bo‘ladi. Bu mexanizm yarim konservativ (polukonservativ) replikatsiya deyiladi. U 1958-yilda Metyu Mezelson (Matthew Meselson) va Franklin Shtal (Franklin Stahl) tajribalari bilan isbotlangan.
Avval ikki muqobil model ham taklif qilingan edi:
- Konservativ: natijada bir molekula — faqat ona iplaridan, ikkinchisi — faqat qiz iplaridan;
- Dispers: barcha molekulalarda iplar aralash (qisman yangi, qisman eski segmentlar).
DNK replikatsion vilkada “ikkiga yozilib”, har bir ip shablonga aylanadi va yangi iplar komplementar qo‘shib borish yo‘li bilan uzaytiriladi — natijada ona molekulasiga identik ikkita nusxa hosil bo‘ladi. Bu hol yarim konservativlik deb ataladi.
Umumiy tasavvurlar
DNK replikatsiyasi — hujayra bo‘linishi siklining markaziy voqeasi.
Bosqichlar:
- Initsiatsiya — replikatsiya boshlanish sayti (origin)da boshlanadi;
- Elongatsiya — replikatsion vilkada zanjirlarning uzluksiz/uzlukli sintezi;
- Terminatsiya — sintez yakunlanishi.
Replikatsiya odatda ixtiyoriy joydan emas, balki aniq originlardan boshlanadi. Genomda originlar bitta ham, ko‘p ham bo‘lishi mumkin. Replikon — originni o‘z ichiga olgan va shu nuqtadan replikatsiyalanadigan DNK uchastkasi.
- Bakteriyalar odatda bitta replikonga ega (butun genom bitta initsiatsiya bilan replikatsiyalanadi).
- Eukariotlar (va ularning har bir xromosomasi) ko‘p replikonli, shu bois replikatsiya vaqti keskin qisqaradi.
- Bir siklda har bir origin qancha marta ishga tushishini boshqaruvchi mexanizmlar nusxa-soni nazorati (copy number control) deyiladi.
- Plazmidlar ham mustaqil replikon bo‘lib, ularda ham nusxa-sonini boshqarish mexanizmlari mavjud (bir siklga bitta nusxadan tortib minglab nusxalargacha).
Origin(lar)da ikki spiral ochiladi va replikatsion vilka hosil bo‘ladi; replikatsiya bir tomonga yoki ikki tomonga yo‘nalgan bo‘lishi mumkin (ko‘proq — ikki yo‘nalishli). Bir muddat o‘tgach elektron mikroskopda “replikatsion ko‘zcha” — replikatsiyalangan segmentni o‘rab turgan replikatsiyalanmagan DNK uchastkalari — ko‘rinadi.
Replikatsion vilkada DNKni replisoma ko‘chiradi; uning asosiy fermenti — DNK-polimeraza. Vilka tezligi: prokariotlarda ~100 000 bp/min, eukariotlarda ~500–5000 bp/min.
Replikatsiya jarayoni: DNK zanjirlarini yechish - DNK polimeraza tomonidan komplementar zanjirlarni sintez qilish - bittadan ikkita DNK molekulasini hosil qilish
Fermentlar va ularning vazifalari
| Ferment | Vazifasi |
|---|---|
| DNK giraza (topoizomerazalar guruhi) | DNKga vaqtincha ikki ipli uzilishlar kiritib, uning bo‘shashishi/aylanishini osonlashtiradi. |
| Gelikaza | Ikki ipli DNKni bir ipli holga ajratadi. |
| SSB oqsillari | Bir ipli DNKni barqarorlaydi, qayta juftlashishni oldini oladi. |
| Praimaza | RNK-prajmer sintezlaydi (DNK-polimeraza noldan boshlay olmaydi, mavjud 3′-OHga qo‘shadi). |
| DNK-polimeraza | Prajmerdan boshlab DNKni sintezlaydi: bir ip uzluksiz (yetakchi ip), ikkinchisi — Okazaki fragmentlari bilan uzlukli. |
| “Sliding clamp” oqsillari | DNKni halqa singari o‘rab, polimeraza bilan birga sirpanadi; fermentning matritsadan ajralishini to‘sadi. |
| RNKaza H | RNK-prajmer fragmentlarini olib tashlaydi. |
| DNK-ligaza | Okazaki fragmentlari orasidagi bo‘shliqlarni tiklaydi (bog‘laydi). |
| Telomeraza | Telomerlarga takrorlanuvchi ketma-ketliklar qo‘shib, bo‘linishda yuz beradigan qisqarishni kompensatsiya qiladi. |
Replisoma — barcha replikatsiya fermentlari kompleksi; DNK bo‘ylab harakatlanib, spiralni ochadi va komplementar iplarni uzaytiradi.
Replikatsiyaning molekulyar mexanizmi
Gelikaza, topoizomeraza va DNK-bog‘lovchi oqsillar spiralni ochadi, matritsa iplarini ajratib ushlab turadi va burilishni boshqaradi. To‘g‘rilik komplementar asoslar juftlashuvi hamda xatoni tanib tuzatishga qodir DNK-polimeraza faolligi bilan ta’minlanadi.
Prokariotlarda bir nechta DNK-polimeraza ishtirok etadi:
- DNK-polimeraza I — RNK prajmerlarini olib tashlaydi va bo‘sh joylarni to‘ldiradi (ko‘proq kechikuvchi ipda);
- DNK-polimeraza III — asosiy ferment; yetakchi ipni uzluksiz, kechikuvchi ipda Okazaki fragmentlarini sintezlaydi.
Keyin sintezlangan DNK superspiral holatiga o‘ralib, yanada kompaktlashadi; jarayon energiya talabchan.
Natijada replikatsion vilka ikki tomonga suzib borar ekan, har bir eski ip bo‘yicha yangi komplementar ip quriladi va ona DNKga identik ikki molekula hosil bo‘ladi.
DNK replikatsiyasining asosiy mexanizmlarining diagrammasi
Replikatsiya prinsiplari
- Komplementarlik (matritsa prinsipi): yangi ip ketma-ketligi ona ip ketma-ketligi bilan aniq belgilanadi.
- Yarim konservativlik: yangi molekuladagi iplarning bittasi yangi, bittasi eski.
- Antiparallel yo‘nalish: sintez 5′ → 3′ yo‘nalishda kechadi.
- Yarim uzluksizlik: bir ip uzluksiz, ikkinchisi Okazaki fragmentlari ko‘rinishida.
- Originlarga bog‘liqlik: replikatsiya aniq boshlanish uchastkalaridan (origin) boshlanadi.
- Prajmerga ehtiyoj: DNK-polimeraza 3′-OH uchidan boshlashi uchun RNK prajmer talab qilinadi.
