Izadi Jakintza»Izadi jakintza

DNA-ren errepikatzea

LABURPENA: Zelula amatik zelula alabara informazio genetikoa trasmititzeko DNA errepikatu behar da, izan ere, DNA baita informazio genetiko horren eramaile. DNA errepikatzen denean, DNAren helize bikoitzeko bi kateak banatzen dira, eta bi kate berri sintetizatzen dira; bi kate berri horien baseen sekuentzia aurreko baseen osagarria da. Sintesian zelulako nukleotidoak erabiltzen dira. Errepikatzearen prozesuan kateetako bat mantentzen da.
Bestalde, prozesua gerta dadin beharrezkoak dira, DNA helize bikoitzaz eta nukleotidoez gainera, zenbait entzima.Kopia berdin-berdinak egiteko ahalmena da gai genetikoaren, alegia, DNAren, ezaugarri nagusietako bat. Watson eta Crickek proposatutako helize bikoitzeko DNAren ereduan DNA bikoizteko metodoa azaltzen da. Hala azaldu zuten “Azido desoxirribonukleikoaren egituraren eragin genetikoak” artikuluan, Nature aldizkarian (1953):“Ezin uka daiteke azido desoxirribonukleikoak zelula bizietan duen garrantzia.
Zatitzen ari diren zelula guztietan izaten da azido hori, gunean batez ere; izan ere, gunean kromosomen osagai nagusia da. Datu asko dago esateko kromosomen berezitasun genetikoaren parte baten (dena ez bada), eta beraz, genearen beraren, eramaile dela.
Dena dela, ez da gaur egun oraindik frogatu nola gertatzen den zehatz-mehatz material genetikoaren bikoizketa.Proposatu dugun azido desoxirribonukleikoaren eredua bi moldetan oinarritzen da; molde horietako bakoitza bestearen osagarri da. Gure ustez, azidoa bikoiztu aurretik, hidrogeno loturak puskatu egiten dira, eta bi kateak askatu eta banantzen dira.
Hala, kateak molde bihurtzen dira, eta molde horietan oinarrituta kate berri bat eratuko da, aurrekoaren osagarri. Beraz, prozesuaren amaieran bi kate pare ateratzen dira. Horrez gainera, base pareen sekuentzia ere bikoiztuko da…” Watsonek eta Crickek proposatutako DNAren errepikatze mekanismoari kate bakarraren errepikatzea esaten zaio, izan ere, molekularen erdia gordetzen baita. Kate zahar bakoitzak kate berria egiteko moldea osatzen du; kate zaharrean adenina (A) bat badago, kate berrian timina bat (T) jarriko da dagokion lekuan, eta zitosina batek (C) bakarrik guanina batekin (G) osatuko du bikotea, eta, horrela, molekularen kopia berdin-berdinak osatuko dira.
Dena dela, eredu haren arabera kate bakarraren errepikatzea ez zen DNA errepikatzeko mekanismo aukera bakarra. Beste bi mekanismo mota ere izan zitezkeen: bi kateren errepikatzea eta kateen hausturaren bidezko errepikatzea. Bi kateren errepikatze mekanismoan, helize bikoitzeko kateak banandu gabe errepikatzen dira, beraz, helize bikoitz alabatako batek bi kate zahar izango ditu eta besteak, berriz, sintesi berriko bi kate. KateenHiru eredu horien artetik bat aukeratzeko asmoarekin, esperimentu bat egin zuten Matthew Meselsonek eta Franklin W. Sthalek: E. coli zelularen hainbat belaunaldi hazi zituzten, nitrogeno iturriak 15N (nitrogenoaren isotopo astuna) zuen inguru batean.
Zelula horien DNA bakandu eta zesio kloruroaren gradiente batean zentrifugatzean osatu zen zerrenda, ez zen DNAk 14N-rekin (nitrogeno normalarekin) osatzen zuena bezalakoa, izan ere, handiagoa baitzen haren dentsitatea.
Nitrogeno astuna zuten zelulak 14N zuen inguru batean jarri zituzten; DNA behin bakarrik errepikatzeko denboran eduki zituzten inguru hartan. Zelula horien DNA lagin bat zesio kloruroaren gradientean zentrifugatu zuten; eta ikusi zuten DNA horrek zerrenda bakar bat zuela DNA astunaren eta DNA arinaren artean.
Azkenik, beste zelula lagin baten bi belaunaldi hazi zituzten 14N zuen inguru batean; ondoren, DNA bakartu zuten eta zesio kloruroaren gradientean zentrifugatu zuten. Bi zerrenda ikusi zituzten, DNA arinekoa bat eta DNA erdiastunekoa bestea.
Esperimentu horren bidez egiaztatu zuten Watson eta Cricken hipotesia, hau da, kate bakarraren errepikatzearen hipotesia.

DNAren errepikatze prozesua

DNAren kate bakarren errepikatzean, kate berriaren eredu dira bi kateak. Laburbilduz, DNAren errepikatze prozesuan banandu egiten dira bi DNA kateak, eta beste bi kate berri osatzen dira; kate berrien baseen sekuentzia aurrekoaren osagarri da.
Dena dela, oso prozesu konplexua da; izan ere, DNA helize bikoitzaz eta nukleotido trifosfatoez gainera, hainbat entzima behar baitira prozesuaren urrats jakin bat katalizatzeko.
DNA errepikatu aurretik, helize bikoitzaren kiribila askatu egin behar da, bi kateak molde gisa jardun daitezen. Nukleotidoen sekuentzia jakin batekin hasten da errepikapena; sekuentzia horri errepikatzearen jatorria esaten zaio. Hasieran beharrezkoak dira helikasa izeneko entzimak; horiek base osagarrien arteko hidrogeno zubien haustura katalizatzen dute, eta DNA kateak helize bikoitzetik bereizten dituzte. DNA ereduaren bi kateak bereizita mantentzen dira kate sinpleko proteina loturei esker; aldi berean, DNA topoisomerasek eragozten dute DNA ereduaren helize bikoitza kiribiltzea. Behin errepikatzearen hasieran bi kateak banandu direnean, orduan hasten da kate berrien sintesia.
Sintesi hori DNA polimerasek katalizatzen dute. DNA polimerasak fosfodiester lotura bat katalizatzen du trifosfato desoxirribonukleikoaren eta sintetizatzen ari den katearen artean; kate horrek azido fosforikozko bi molekula askatzen ditu sintesian.
Fosfodiester lotura gerta dadin, beharrezkoa den energia fosfatoen arteko loturen hidrolisitik lortzen da.
Errepikatzen den DNA mikroskopio optikoan aztertuz gero, sintetizatzen den gunea errepikatze burbuila bat bezala ikus daiteke. Burbuilaren edozein ertzetan (non kate zaharrak DNA helikasaren bidez banatzen ari diren, eta kate berriak sintetizatzen), Y formako egitura bat osatzen du molekulak, errepikatzearen sardea deitua. Zelula prokariotoetan jatorri bakarra du errepikatzeak, eta eukariotoek, aldiz, jatorri asko izaten dituzte.
DNA polimerasak errepikapena bakarrik 5´–––– 3´ norabidean katalizatzen duenez gero, eta DNAren bi kateak antiparaleloak direnez gero, kateetako bat bakarrik sintetizatzen da era jarraituan; kate horri kate edo harizpi aurreratua esaten zaio. Beste kateari kate edo harizpi atzeratua esaten zaio, eta ez da era jarraituan sintetizatzen. Helizea zabaldu ahala, DNA polimerasak DNA zatiak sintetizatzen ditu DNA moldearen gainean, eta zati horietan hasten da, hain zuzen, kate atzeratuaren sintetizatzea. Bestalde, DNA zati horiek, Okazaki deituak, DNA ligasa entzimaren bidez lotzen dira elkarrekin. DNAren errepikatzea, beraz, asimetrikoa da.5. irudian ikus daitekeenez, kate atzeratuaren sintesirako ez da nahikoa molde lana egiten duen DNA kate bat egotea. Kate berriaren hasiera ere behar-beharrezkoa da; izan ere, DNA polimerasak kate bat behar baitu aurretik, nukleotido aske baten OH 3´ ertzarekin nukleotidoak eransten jarraitzeko.
Pizgailu batek hornitzen du kate berriaren hasiera hori. Pizgailu hori RNA kate labur batek osatzen du, eta RNA primasa entzimak katalizatzen du kate horren sintesia.
Heltze prozesuan, Okazaki zatiak lotzeaz gainera, RNA zatiak bereizten dira, eta, horien ordez, DNA jartzen da.

“Akatsen” zuzenketa

DNA errepikatzen denean, hutsegiteak gertatzen dira zenbaitetan: osatzen ari den kateari ereduzko katearen osagarria ez den nukleotidoa eransten zaio. Hori gertatzen denean, atzera egiten du DNA polimerasak, eta nukleotidoak kentzen ditu, harik eta nukleotido zuzena aurkitzen duen arte. Une horretan, entzimak atzera egiteari uzten dio eta 5´-tik 3-ra norabidean mugitzen da berriz ere.
Esate baterako, zitosinaren forma tautomeriko arraro bat (C*) adeninarekin (A) lotzen da, eta DNA polimerasaren bidez, sintetizatzen ari den kateari lotzen zaio (6.
193irudia). C*-tik zitosina normalerako (C) igarotze tautomeriko bizkorrak A-rekiko parekatzea suntsitzen du, eta, horren ondorioz, parekatu gabeko katearen 3´-OH ertzak eragozten du DNA polimerasaren bidez katea luzatzea. Ondoren, DNA polimerasari lotutako exonukleasaren lanak azken nukleotidoa ezabatzen du, eta katean 3´-OH ertz bat osatzen du parekatutako baseekin. Prozesuak aurrera jarraitzen du, eta nukleotido berriak lotzen zaizkio 3´-OH ertzari; nukleotido horiek DNA polimerasak parekatutako baseak dituzte kate berrian.
DNAren errepikatze prozesuaren ezaugarri nagusietako bat leialtasuna da; “akatsak” zuzentzeko prozesua, beraz, oinarrizkoa da leialtasun hori bermatzeko.