การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ เกิดขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของการจำลองแบบของดีเอ็นเอ ดีเอ็นเอเป็นตัวพาข้อมูลทางพันธุกรรมและควบคุมกระบวนการของชีวิตทั้งหมด ในมนุษย์เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทั้งหมดนั้นอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ ดีเอ็นเออยู่ในรูปของเกลียวคู่คล้ายกับบันไดเชือกบิดที่เรียกว่าเกลียว เกลียวคู่นี้ประกอบด้วยโมเลกุลดีเอ็นเอสองโมเลกุล เส้นใยเดี่ยวที่เสริมกันสองเส้นประกอบด้วยกระดูกสันหลังของโมเลกุลน้ำตาล (ดีออกซีไรโบส) และฟอสเฟตที่เหลือซึ่งทั้งสี่อินทรีย์ฐานไนโตรเจนกัวนีนอะดีนีนไซโตซีนและไทมีนถูกผูกไว้ ทั้งสองเส้นถูกผูกเข้าด้วยกันผ่านพันธะไฮโดรเจนระหว่างสิ่งที่เป็นปฏิปักษ์ต่อกันซึ่งเรียกว่าฐานเสริม ตามหลักการของการจับคู่ฐานเสริมสามารถทำได้เพียงการเชื่อมโยงระหว่าง guanine และ cytosine ในมือข้างหนึ่งกับ adenine และ thymine ในทางกลับกันเท่านั้น

การสังเคราะห์ดีเอ็นเอคืออะไร?

กระบวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอจึงมีความจำเป็นเพื่อให้ดีเอ็นเอสามารถทำซ้ำได้ อธิบายโครงสร้างของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (เรียกโดยย่อว่า DNA หรือ DNA) เอนไซม์สำคัญที่นี่คือ DNA polymerase นี่เป็นวิธีเดียวที่สามารถแบ่งเซลล์ได้

สำหรับการจำลองแบบดีเอ็นเอเกลียวคู่ที่บิดเบี้ยวจะถูกดึงออกมาก่อนโดยเอ็นไซม์เรียกว่าเฮลิเคสและโทโปไอโซมราสและทั้งสองเส้นเดี่ยวจะถูกแยกออกจากกัน การเตรียมการสำหรับการจำลองแบบจริงนี้เรียกว่าการเริ่มต้น ตอนนี้ชิ้นส่วนของ RNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นซึ่ง DNA polymerase ต้องการเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการทำงานของเอนไซม์

ในระหว่างการยืดตัวที่ตามมา (ส่วนขยายของเกลียว) เส้นใยแต่ละเส้นสามารถใช้ดีเอ็นเอโพลีเมอเรสเป็นแม่แบบในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอของคู่เสริม เนื่องจากฐานใดฐานหนึ่งสามารถผูกกับฐานอื่นได้เพียงฐานเดียวจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเส้นใยที่เกี่ยวข้องขึ้นมาใหม่โดยใช้เส้นใยเดี่ยว การกำหนดฐานเสริมนี้เป็นงานของ DNA polymerase

กระดูกสันหลังน้ำตาล - ฟอสเฟตของสายดีเอ็นเอใหม่จะเชื่อมโยงกันด้วยลิเกส สิ่งนี้จะสร้าง DNA คู่ใหม่สองเส้นแต่ละเส้นมีเกลียวจากเกลียวดีเอ็นเอเก่า เกลียวคู่ใหม่จึงเรียกว่า semiconservative

เกลียวคู่ทั้งสองเส้นมีขั้วที่บ่งบอกถึงการวางแนวของโมเลกุล ทิศทางของโมเลกุลดีเอ็นเอทั้งสองในเกลียวตรงข้ามกัน เนื่องจาก DNA polymerase ทำงานในทิศทางเดียวเท่านั้นจึงสามารถสร้างเฉพาะเส้นใยที่อยู่ในแนวที่เหมาะสมได้อย่างต่อเนื่อง อีกเส้นหนึ่งถูกสังเคราะห์ทีละชิ้น จากนั้นส่วนของดีเอ็นเอที่เป็นผลลัพธ์หรือที่เรียกว่าชิ้นส่วนโอกาซากิจะถูกรวมเข้ากับลิกาสการยุติการสังเคราะห์ดีเอ็นเอด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยร่วมต่างๆเรียกว่าการยุติ

ฟังก์ชันและงาน

เนื่องจากเซลล์ส่วนใหญ่มีอายุการใช้งาน จำกัด เซลล์ใหม่จึงต้องเกิดขึ้นในร่างกายอย่างต่อเนื่องโดยการแบ่งเซลล์เพื่อทดแทนเซลล์ที่กำลังจะตาย ตัวอย่างเช่นเซลล์เม็ดเลือดแดงในร่างกายมนุษย์มีอายุเฉลี่ย 120 วันในขณะที่เซลล์ในลำไส้บางส่วนจะต้องถูกแทนที่ด้วยเซลล์ใหม่หลังจากผ่านไปหนึ่งหรือสองวัน สิ่งนี้ต้องการการแบ่งเซลล์แบบไมโทติกซึ่งเซลล์ลูกสาวใหม่ที่เหมือนกันสองเซลล์ถูกสร้างขึ้นจากเซลล์แม่ เซลล์ทั้งสองต้องการชุดยีนที่สมบูรณ์ซึ่งหมายความว่าแตกต่างจากส่วนประกอบของเซลล์อื่น ๆ คือไม่สามารถแยกออกจากกันได้ เพื่อไม่ให้ข้อมูลทางพันธุกรรมสูญหายไปในระหว่างการแบ่ง DNA จึงต้องเพิ่ม DNA เป็นสองเท่า (“ จำลองแบบ”) ก่อนการแบ่งตัว

การแบ่งเซลล์เกิดขึ้นในระหว่างการเจริญเติบโตของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมีย (เซลล์ไข่และอสุจิ) ในแผนกไมโอติกที่เกิดขึ้นดีเอ็นเอจะไม่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากต้องการให้ลดลงครึ่งหนึ่งของดีเอ็นเอ เมื่อเซลล์ไข่และอสุจิหลอมรวมกันจะมีจำนวนโครโมโซมที่สมบูรณ์สถานะบรรจุภัณฑ์ของดีเอ็นเออีกครั้ง

DNA มีความจำเป็นต่อการทำงานของร่างกายมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทั้งหมดเนื่องจากเป็นพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน การรวมกันของสามฐานติดต่อกันหมายถึงกรดอะมิโนหนึ่งตัวซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่ารหัสสามตัว เบสทริปเปิลแต่ละตัวจะถูก "แปล" เป็นกรดอะมิโนผ่านสารอาร์เอ็นเอ (mRNA); จากนั้นกรดอะมิโนเหล่านี้จะเชื่อมโยงกับโปรตีนในพลาสมาของเซลล์ mRNA แตกต่างจาก DNA เพียงอะตอมเดียวในกากน้ำตาลของกระดูกสันหลังและในไม่กี่ฐาน MRNA ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นผู้ให้บริการข้อมูลสำหรับการขนส่งข้อมูลที่เก็บไว้ใน DNA จากนิวเคลียสของเซลล์เข้าสู่พลาสมาของเซลล์

ความเจ็บป่วยและความเจ็บป่วย

สิ่งมีชีวิตที่ไม่มีความสามารถในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอจะไม่สามารถดำรงอยู่ได้เนื่องจากเซลล์ใหม่จะต้องเกิดขึ้นจากการแบ่งเซลล์ระหว่างการพัฒนาตัวอ่อน ข้อผิดพลาดในการสังเคราะห์ DNA กล่าวคือฐานที่รวมเข้าด้วยกันอย่างไม่ถูกต้องซึ่งไม่เป็นไปตามหลักการของการจับคู่ฐานเสริมเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย ด้วยเหตุนี้เซลล์ของมนุษย์จึงมีระบบซ่อมแซม สิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่ควบคุมดีเอ็นเอคู่สายและแก้ไขฐานที่ใส่ไม่ถูกต้องโดยใช้กลไกต่างๆ

เพื่อจุดประสงค์นี้เช่นพื้นที่รอบ ๆ ฐานที่ไม่ถูกต้องสามารถตัดออกและสร้างใหม่ได้ตามหลักการสังเคราะห์ที่อธิบายไว้ อย่างไรก็ตามหากระบบซ่อมแซมดีเอ็นเอของเซลล์มีข้อบกพร่องหรือทำงานมากเกินไปความไม่ตรงกันพื้นฐานที่เรียกว่าการกลายพันธุ์สามารถสะสมได้ การกลายพันธุ์เหล่านี้ทำให้จีโนมไม่เสถียรและเพิ่มโอกาสที่จะเกิดข้อผิดพลาดใหม่ ๆ ในกระบวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ การสะสมของการกลายพันธุ์ดังกล่าวอาจนำไปสู่มะเร็ง การกลายพันธุ์ทำให้ยีนบางตัวมีผลในการส่งเสริมมะเร็ง (ได้รับการทำงาน) ในขณะที่ยีนอื่น ๆ จะสูญเสียผลการป้องกัน (สูญเสียการทำงาน)

อย่างไรก็ตามในบางเซลล์อัตราความผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาเพื่อให้สามารถปรับตัวได้มากขึ้นเช่นในเซลล์บางเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์