ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication) ของพวกโปรคาริโอต (Step of DNA Replication of Prokaryotes)
โดยทั่วไปที่ทุกคนได้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะเป็นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต เพราะเนื่องด้วยการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอตมีความซับซ้อนกว่าพวกโปรคาริโอต ดังนั้นเนื้อหาในหลักสูตรต่างๆจึงได้ให้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอตเป็นหลัก วิธีสังเกตว่าขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ที่ได้ศึกษาเป็นของพวกโปรคาริโอตหรือพวกยูคาริโอต คือ ดูที่ชื่อของ DNA Polymerase ถ้ามีชื่อ DNA Polymerase III อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication) จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต แต่หากไม่มีชื่อของ DNA Polymerase III ปรากฏอยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)เลย แต่อาจจะมีชื่อ DNA Polymerase α หรือ DNA Polymerase δ อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)แทน จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอต ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA replication)มีอยู่ 3 ขั้นตอน คือ
1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Initiation of DNA Replication)
2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)
3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Termination of DNA Replication)
1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Initiation of DNA Replication)
ในดีเอ็นเอ(DNA) ของแบคทีเรียนั้นจะมีจุดสำหรับเริ่มการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(Origin of DNA Replication หรือ Ori) จะมีโปรตีนเข้ามากระตุ้นให้ดีเอ็นเอ(DNA)ที่จุดเริ่มต้นดังกล่าวเกิดการคลายตัว โดยมีเอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)เข้ามาตัดหรือทำลายพันธะไฮโดรเจนในสายของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อให้ดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่เป็นดีเอ็นเอ(DNA)สายเดี่ยวโดยจะเกิดการแยกตัวของสายดีเอ็นเอ (DNA) ที่เรียกว่า “เรพลิเคชันฟอร์ค (Replication Fork)” ซึ่งโปรตีน SSB (Single Strand Binding Protein)จะเข้ามาจับเพื่อป้องกันไม่ให้สายของดีเอ็นเอ(DNA) สร้างพันธะไฮโดรเจนขึ้นมาอีกในระหว่างขั้นตอน เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่ได้ถูกแยกออกจากกันแล้ว ส่วนที่อยู่ตรงเหนือจุดแยกของดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่นั้นจะเกิดการขดม้วนตัวเป็นกลายเป็นเกลียวซ้อนเกลียวเกิดขึ้น (Super Coiling) มีผลทำให้เอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)ไม่สามารถที่จะทำการแยกสายดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่ให้เป็นดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบต่อไปได้ ซึ่งจะมีเอนไซม์โทโปไอโซเมอเรส (Topoisomerase) จะเข้ามาทำหน้าที่ในการคลายเกลียวในบริเวณที่เกิดเป็นเกลียวซ้อนเกลียว(Super Coiling) ของดีเอ็นเอ(DNA) โดยทำการตัดในส่วนของ Phosphate Backbone ของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อลดการพันกันที่ยุ่งเหยิงและการขมวดปมของสายดีเอ็นเอ(DNA)ในระหว่างการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ขึ้นมาอีก
2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)
เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)ทั้งสองสายได้แยกออกจากกันแล้วเอนไซม์ DNA Polymerase III (ดีเอ็นเอพอลีเมอเรส ทรี) หรือเรียกสั้นๆว่า DNA Pol III จะเข้ามาตรงที่จุดที่แยกออกเพื่อสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ขึ้น เนื่องจาก DNA Polymerase III มีคุณสมบัติในการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่จากทิศ 5’ ไป 3’ เท่านั้น จึงต้องการดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่เป็นสายมีทิศเป็น 3’ ไป 5’ แต่ดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบจะมี 2 สาย ทั้งที่เป็นทิศ 3’ ไป 5’ และทิศ 5’ ไป 3’ ดังนั้น การสร้างสายดีเอ็นเอ(DNA)จึงสามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ ดังนี้
สายต่อเนื่อง (Leading Strand) คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่มีทิศจาก 3’ ไป 5’ ในสายนี้ DNA Polymerase III จะสามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง เริ่มต้นโดยเอนไซม์ Primase(ไพรเมส) ทำการสร้างไพรเมอร์(Primer) คือ เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)] มีขนาดประมาณ 10-26 นิวคลีโอไทด์ เข้ามาจับกับดีเอ็นเอ(DNA)ตรงจุดที่แยกออก จากนั้น DNA Polymerase III จะเข้าไปเติม dNTPs เข้ามาบนสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบในทิศทาง 5’ ไป 3’ ไปเรื่อยๆ
สายไม่ต่อเนื่อง (Lagging Strand) คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบมีทิศจาก 5’ ไป 3’ ทำให้การสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ที่เป็นสายยาวไปเลยทีเดียว DNA Polymerase III ไม่สามารถทำได้ แต่จะทำให้สายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบสายนี้จะม้วนงอผ่าน DNA Polymerase III เพื่อจะทำให้ DNA polymerase III สามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ในทิศทาง 5’ ไป 3’ โดยจะสร้างดีเอ็นเอ(DNA)เป็นสายสั้นๆ เรียกว่า “โอคาซากิ แฟรกเม้นต์” หรือ “ชิ้นส่วน โอคาซากิ” (Okazaki Fragment) โดย Primase(ไพรเมส) จะทำการสร้างไพรเมอร์(Primer)คืออาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)] สำหรับในการสร้างชิ้นส่วนโอคาซากิแต่ละชิ้น ซึ่งหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)ของ DNA Polymerase III จะเข้ามาจับที่ไพรเมอร์(Primer)และทำการเชื่อมต่อกับ DNA Polymerase III เมื่อหมดชิ้นจะสร้างชิ้นใหม่ หน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันเดิมจะหลุดออกไป แล้วหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันใหม่จะเข้ามาจับกับไพรเมอร์(Primer)อันต่อไป เป็นลักษณะนี้ต่อไปเรื่อยๆ
DNA Polymerase I จะทำหน้าที่ตรวจสอบความถูกต้องของลำดับของสายดีเอ็นเอ(DNA)ที่สร้างขึ้นมาใหม่ ทำการทำลายส่วนของไพรเมอร์(Primer)ที่เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA) และ ทำการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ซ่อมแซมส่วนที่ถูกตัดออกไป ในจุดที่ DNA Polymerase I ตัดออกไป จะยังไม่ได้เชื่อมต่อด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์(Phosphodiester Bond)ตรงปลาย 5’ ของจุดที่ถูกตัด จะถูกเชื่อมด้วยเอนไซม์ ดีเอ็นเอไลเกส (DNA Ligase) โดยที่ในสายต่อเนื่อง(Leading Strand)จะตัดครั้งเดียว ส่วนสายไม่ต่อเนื่อง(Lagging Strand)จะตัดไพรเมอร์(Primer)ของชิ้นส่วนโอคาซากิทุกชิ้น
3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Termination of DNA Replication)
การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะมีตำแหน่งที่เป็นจุดสิ้นสุดของการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)อยู่ ที่ตำแหน่งนี้มีขนาดประมาณ 20 คู่เบส ที่เรียกว่า Ter Sequence โดยจะมีโปรตีนที่ทำการจดจำตำแหน่งนี้เข้ามาจับที่ Ter Sequence เพื่อทำให้ DNA Polymerase III ได้หยุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ลง
การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication) คือ อะไร (What is DNA replication ?)
การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ หรือ ดีเอ็นเอ เรพลิเคชั่น (DNA replication, DNA duplication) คือกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับทางชีววิทยาซึ่งเกิดขึ้นได้ในสิ่งที่มีชีวิตทุกชนิดเพื่อทำการจำลองดีเอ็นเอ(DNA)ของตนเองให้มีจำนวนเป็น 2 เท่าของดีเอ็นเอ (DNA)เดิมที่มีอยู่ หรือ เป็นการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ขึ้นมาอีกสายหนึ่ง โดยที่กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายในนิวเคลียส และเกิดขึ้นในช่วง S ของระยะอินเตอร์เฟส(interphase)ทำให้เห็นเส้นใยโครมาทิน(chromatin)ปรากฏเป็นเส้นคู่โดยแต่ละเส้นถูกเรียกว่าโครมาทิด (chromatid) ทั้ง 2 เส้นนี้จะติดกันตรงที่บริเวณเซนโทรเมียร์(Centromere) การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)จะสามารถพบได้ทั้งการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส(mitosis)และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส(meiosis) การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)นี้เซลล์จะต้องใช้เอนไซม์ สารต่างๆ และพลังงานเป็นจำนวนมาก
เซลล์ของคนเรามีอัตราการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)ประมาณ 50 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที ในขณะที่พวกโปรคาริโอตจะมีอัตราการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)ที่เร็วกว่าประมาณ 10 เท่า หรือ 500 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที
การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)นี้จะเริ่มจากสายดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่จะถูกแยกออก แล้วทำการสร้างสายดีเอ็นเอ(DNA)ที่สามารถเข้าคู่กับสายของตนจนกลายเป็นดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่ทั้ง 2 สาย การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)นี้เป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) ในการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication) จะมีการตรวจสอบความถูกต้องของนิวคลีโอไทด์เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการกลายพันธุ์(mutation)ได้
ที่มา :
http://www.thaibiotech.info/tag/การจำลองตัวเองของ-dna
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น