בגנטיקה מולקולרית, תהליכי סינתזת ה-DNA, ה-RNA והחלבון מחולקים לשלושה שלבים לצורך נוחות התיאור: התחלה, התארכות וסיום. שלבים אלה מתארים מנגנונים שונים עבור מולקולות מסונתזות שונות, אולם, הם תמיד מתכוונים להתחלה, למהלך התהליך והסוף. סיום שכפול הוא סוף הסינתזה של מולקולות DNA.
התפקיד הביולוגי של סיום
ההתחלה והסיום הם הגבולות הראשוניים והסופיים של הצמיחה של השרשרת המסונתזת, המתבצעת בשלב ההתארכות. השלמת התהליך מתרחשת בדרך כלל במקום שבו מסתיימת הכדאיות הביולוגית של סינתזה נוספת (לדוגמה, באתר קצה העתק או התעתיק). במקביל, הסיום מבצע 2 פונקציות חשובות:
- אינו מאפשר לסינתזה לחרוג מקטע מסוים בשרשרת המטריצה;
- משחרר את המוצר הביוסינתטי.
כך, למשל, בתהליך התעתוק (סינתזה של RNA על בסיס תבנית DNA), הסיום אינו מאפשר לתהליך לעבור את הגבול של גן או אופרון מסוים. בְּאחרת, התוכן הסמנטי של RNA שליח יופר. במקרה של סינתזת DNA, סיום שומר את התהליך בתוך רפליקון בודד.
אז, סיום הוא אחד המנגנונים לשמירה על הבידוד והסדר של הביוסינתזה של חלקים שונים של מולקולות מטריקס. בנוסף, שחרור המוצר מאפשר לאחרון לבצע את תפקידיו, וגם מחזיר את המערכת למצבה המקורי (ניתוק מתחמי אנזימים, שיקום המבנה המרחבי של המטריצה וכו').
מהו הפסקת סינתזת ה-DNA
סינתזת DNA מתרחשת במהלך שכפול, תהליך הכפלת החומר הגנטי בתא. במקרה זה, ה-DNA המקורי מתפרק, וכל אחת מהשרשרות שלו משמשת תבנית לחדש (בת). כתוצאה מכך נוצרות שתי מולקולות DNA מלאות במקום סליל דו-גדילי אחד. הסיום (הסיום) של תהליך זה בפרוקריוטים ובאוקריוטים מתרחש בצורה שונה עקב הבדלים מסוימים במנגנוני שכפול הכרומוזומים ובנוקלואיד של תאים נטולי גרעין.
איך עובד שכפול
מכלול שלם של חלבונים מעורב בשכפול. התפקיד העיקרי מתבצע על ידי אנזים הסינתזה, DNA פולימראז, המזרז יצירת קשרים פוספודיסטרים בין הנוקלאוטידים של השרשרת הגדלה (האחרונים נבחרים על פי עקרון ההשלמה). כדי להתחיל לעבוד, DNA פולימראז דורש פריימר - פריימר המסונתז על ידי DNA primase.
לאירוע הזה קדמה התפרקות ה-DNA והפרדת השרשראות שלו,כל אחד מהם משמש כמטריצה לסינתזה. מכיוון שהאחרון יכול להתרחש רק מקצה 5' לקצה 3', גדיל אחד הופך למוביל (הסינתזה ממשיכה בכיוון קדימה וברציפות), והגדיל השני הופך בפיגור (התהליך מתבצע בכיוון ההפוך ובחלק מקוטע). הפער בין הפרגמנטים מתוקן לאחר מכן על ידי ליגאז DNA.
התפרקות הסליל הכפול מתבצעת על ידי אנזים ה-DNA helicase. תהליך זה יוצר מבנה בצורת Y הנקרא מזלג שכפול. האזורים החד-גדיליים המתקבלים מיוצבים על ידי מה שנקרא חלבוני SSB.
סיום הוא הפסקת סינתזת ה-DNA, המתרחשת או כתוצאה ממפגש של מזלגות שכפול, או כאשר מגיעים לסוף הכרומוזום.
מנגנון סיום בפרוקריוטים
השלמת השכפול בפרוקריוטים מתרחשת בנקודה המתאימה בגנום (אתר הסיום) ונקבעת על ידי שני גורמים:
- פגישת מזלג שכפול;
- ter-sites.
מפגש המזלגות מתרחש אם למולקולת ה-DNA יש צורה מעגלית סגורה, האופיינית לרוב הפרוקריוטים. כתוצאה מסינתזה מתמשכת, קצוות 3' ו-5' של כל שרשרת מחוברים. עבור שכפול חד-כיווני, נקודת ההתאמה זהה לאתר המוצא (OriC). במקרה זה, השרשרת המסונתזת, כביכול, מסתובבת סביב מולקולת הטבעת, חוזרת לנקודת ההתחלה ונפגשת עם קצה ה-5' של עצמה. עם שכפול דו-כיווני (הסינתזה ממשיכה בו-זמנית בשני כיוונים מנקודת OriC), הפגישהמזלגות וחיבור הקצוות מתרחש באמצע מולקולת הטבעת.
צימוד טבעות מתבצע על ידי ליגאז DNA. זה יוצר מבנה שנקרא cathekan. על ידי הכנסת שבירה של גדיל בודד, DNA gyrase שובר את הטבעות ותהליך השכפול הושלם.
אתרי טר גם לוקחים חלק בשכפול. הם ממוקמים 100 זוגות בסיסים מעבר לנקודה בה נפגשים המזלגות. אזורים אלה מכילים רצף קצר (23 bp) אליו נקשר תוצר החלבון של הגן tus, וחוסם את התקדמות נוספת של מזלג השכפול.
סיום שכפול בתא איקריוטי
והרגע האחרון. באאוקריוטים, כרומוזום אחד מכיל מספר נקודות של התחלת שכפול, והסיום מתרחש בשני מקרים:
- כאשר מזלגות הנעים בכיוונים מנוגדים מתנגשים;
- אם מגיעים לסוף הכרומוזום.
בסוף התהליך, מולקולות ה-DNA המופרדות נקשרות לחלבונים כרומוזומליים ומפוזרות בצורה מסודרת בין תאי הבת.
