#ขั้นตอนการจำลองดีเอ็นเอ (DNA replication) การจำลอง DNA จะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ต้องการแบ่งเซลล์...
Posted by Easy biology by DrPukan on Friday, December 20, 2019
ในขณะที่เซลล์จะมีการแบ่งตัวจะมีการเพิ่มจำนวน Chromosome อีก 1 เท่าตัวในระยะ Interphase ของการแบ่งเซลล์แบบ Mitosis โดยเรียกกระบวนการนี้ว่า การสังเคราะห์ DNA หรือ DNA Replication
สิ่งที่ใช้ในกระบวนการนี้มีดังนี้
DNA แม่แบบ (DNA Template)
DNA Helicase (DNA Helicase หรือ Helix-destabilizing protein) เป็นเอนไซม์ที่สลายพันธะไฮโดรเจน ทำให้โมเลกุลDNAมีการคลายเกลียวคู่ ออกจากกันเป็นสายเดี่ยว 2 สายโดยอาศัยพลังงานจากการสลาย ATP
โปรตีน SSB (single strand DNA binding protein: SSB หรือ DBP) จะจับกับDNA สายเดี่ยวที่แยกออกจากกันเป็นตัวป้องกันไม่ให้ DNAสายเดี่ยวกลับไปจับกันอีก และป้องกัน DNA สายเดี่ยวไม่ให้ถูกย่อยโดยเอนไซม์ Nuclease
DNA Gyrase หรือ Topoisomerase ทำหน้าที่คลายปมเหนือจุดแยก (replication fork) โดยการตัด DNA สายใดสายหนึ่งออก เพื่อให้คลายเกลียวได้แล้วจึงต่อกลับใหม่
DNA Primase ทำหน้าที่สร้าง RNA เริ่มต้น (RNA primer)
DNA polymerase ทำหน้าที่ในการต่อสายPolynucleotide ให้ยาวขึ้นและตรวจสอบลำดับเบสที่ผิดพลาด และกำจัดลำดับเบสที่ผิดพลาดออกไป รวมถึงการกำจัด RNA primer และยังเป็นเอนไซม์หลักในการจำลองตัวของ DNA
DNA Ligase ทำหน้าที่เชื่อมดีเอ็นเอเส้นสั้น ๆ เข้าด้วยกัน โดยการสร้างพันธะ Phosphodiesterเชื่อม
การจำลองโมเลกุล DNA หรือ DNA Replication จะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ต้องการแบ่งเซลล์ จะเกิดขึ้นในระยะอินเตอร์เฟสและในระยะอินเตอร์เฟสจะมี 3 ระบบย่อย คือ G1 S G2 การจำลอง DNA จะเกิดในระยะ S ( Synthesis Phase )
# ถ้าถามว่าการจำลอง DNA นี้เกิดขึ้นขึ้นได้อย่างไร #
ก่อนจะพูดเรื่องการจำลอง DNA เรามาทบทวนโครงสร้าง DNA กันก่อน
DNA ประกอบด้วย สายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายมาเชื่อมต่อกัน โดยมีหน่อวย่อย คือ นิวคลีโอไทด์ สายพอลินิวคลีโอไทด์ แต่ละสายจะเรียงตัวกกันในทิศตรงกันข้าม หากสายแรกมีปลาย 3’ อีกสายก็จะเป็นปลาย 5’ โดยนิวคลีโอไทด์จะเชื่อมกันด้วยพันธะไอโดรเจนจนบูเรนคู่เบสจะยกตัวอย่าง เช่น ไซโตซีน (C)คู่กับเบสกวานีน(G)และเบสอะดีมีน(A)คู่กับเบสไทมีน(T)
เมื่อทราบโครงสร้างของ DNA แล้ว หลังจากนี้เราจะมาเริ่มการจำลอง DNA กันได้เลยค่ะ เริ่มแรกเราจะมีเอนไซน์helicase เข้ามาทำลายพันธะไฮโดรเจนหรือการคลายเกลียวที่ตำแหน่งจุดเริ่มต้นของการจำลอง DNA เราจะเรียกตำแหน่งนี้ว่า Origin 0f replication เมื่อใดที่ DNA ทั้ง 2 สาย แยกออกจากกันแล้วจะมี SSBP หรือ Single strand binding protein ซึ่งเป็นโปรตีนที่เข้ามาจับกับสาย DNA ทั้ง 2 สาย ไม่ให้มันกับมาเข้าคู่กันเหมือนเดิมนั่นเอง และเมื่อ DNA ทั้ง 2 สาย คลายเกลียวออกมาแล้ว ทีนี้จะเริ่มจำลอง DNA ได้ง่ายขึ้น จากนั้นจะมีเอนไซม์ RNA primase เข้ามาเติม RNA primer ทำหน้าที่กำหนดจุดเริ่มต้นการจำลอง DNAสายใหม่ หลังจากนั้นเอนไซม์ Polymerase III ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการสร้าง DNA สายใหม่ โดยการนำ นิวคลีโอไทด์ที่เข้าคู่กับนิวคลีโอไทด์แม่แบบ มาเชื่อมต่อกันเป็นสายยาวไปเรื่อย ๆ และจะมีการสร้างพันธะไฮโดรเจนเชื่อมระหว่าง DNA แม่แบบกับ DNA สายใหม่ โดยเอนไซม์ DNA Polymerase ”นั้นจะเริ่มสร้าง DNA สายใหม่ จากทิศ 5’ ไป 3’ เท่านั้น”ดังนั้นเอนไซม์ DNA Polymerase III จึงต้องการ DNA แม่แบบ ที่เป็นสายจากทิศ 3’ ไป 5’ แต่ DNA แม่แบบมีการเรียงตัวทิศทางที่ตรงกันข้ามกัน ดังนั้นวิธีการจำลอง DNA ก็จะแบ่งเป็น 2 แบบ คือ
แบบที่ 1 สายต่อเนื่อง ( Leading strand ) เป็นสายที่ DNA แม่แบบการจากทิศ 3’ ไป 5’ ในสายนี้ DNA Polymerase III จะมีการดรียงตัวการสร้าง DNA สายใหม่ ได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเริ่มต้นโดยเอนไซม์ Primase จะเข้ามาจับกับ DNA แม่แบบที่จุดแยก DNA หรือเรียกอีกอย่างว่า ( Replication fork ) มีการสร้างง Primer ที่เป็น RNA สายสั้น ๆจากนั้น เอนไซม์ DNA Polymerase III จะเติมนิวคลีโอไทด์ในทิศทาง 5’ ไป 3’ แบบนี้ต่อเนื่องไปจนสุดสาย
แบบที่ 2 สายไม่ต่อเนื่อง (Lagging strand)ในแบบนี้ DNA แม่แบบจะมีการเรียงตัวทิศ 5’ ไป 3’ ซึ่งเอนไซม์ DNA Polymerase III จะมาสามารถสังเคราะห์ DNA สายใหม่จากจุดแยกจุดนี้ได้จึงต้องให้เอนไซม์ RNA primase และ DNA Polymerase III เดินไปข้างหน้าก่อนให้ห่างจากจุดแยกเพื่อไปหาปลาย 3’ ของ DNA แม่แบบ พอปลาย 3’ ของ DNA แม่แบบ เจอแล้ว เอนไซม์ RNA Primase ก็จะนำ RNA Primer มาเชื่อมที่ปลายสายนี้ เพื่อกำหนดจุดเริ่มต้นการสังเคราะห์ DNA Polymerase III ก็จะสร้าง DNA สายใหม่ จากทิศ 5’ ไป 3’ ได้ และเมื่อสังเคราะห์เสร็จก็จะได้ชิ้นส่วน DNA สายใหม่ เกิดขึ้นเป็นชิ้นเล็ก ๆ เรียกชิ้นส่วนนี้ว่า (Okazaki Fragment)หลังจากนั้นเอนไซม์ Helicase ก็จะมีการคลายเกลียว DNA แม่แบบเพิ่มขึ้น ทำให้เอนไซม์ RNA Primase ต้องเข้ามากำหนดจุดเริ่มต้นการสังเคราะห์ DNA ในเส้น Lagging strand อีกครั้งและเอนไซม์ DNA Polymerase III ก็จะเข้ามาสังเคราะห์ DNA สายใหม่ในทิศทาง 5’ ไป 3’ แบบนี้ปเรื่อย ๆ ทำให้สาย Lagging strand จะได้ Okazaki Fragment หลาย ๆ ชิ้นและก็จะมีเอนไซม์ DNA Polymerase I เข้ามาเพื่อนำเอา RNA Primer ออกไปเพราะอย่าลืมว่าส่วนนี้คือ RNA ไม่ใช่ DNA จะต้องมีการตัดออกไป เมื่อเอา RNA Primer ออกไปแล้ว ก็จะสร้าง DNA ทดแทนส่วนที่ตัดออกไป และสุดท้ายก็จะมีเอนไซม์ligase เข้ามาเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วน Okazaki Fragment แต่ละชิ้นให้เป็น DNA สายที่ยาวต่อเนื่องกันปละการจำลอง DNA ก็เสร็จสิ้น เมื่อการจำลองเสร็จก็จะได้ DNA ชุดใหม่ 2 ชุด แต่ละชุดประกอบด้วย DNAสายใหม่ 1สาย และ DNA สายเดิมอีก 1 สาย จะเรียกการจำลองที่เกิดขึ้นนี้ว่าการจำลองกึ่งอนุรักษ์