Περιεχόμενο
Ένα γενικό χαρακτηριστικό των ζωντανών κυττάρων είναι ότι χωρίζουν. Πριν ένα κύτταρο μπορεί να μετατραπεί σε δύο, το κύτταρο πρέπει να κάνει ένα αντίγραφο του DNA του, ή του δεσοξυριβονουκλεϊκού οξέος, το οποίο περιέχει τις γενετικές του πληροφορίες. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα αποθηκεύουν το DNA σε χρωμοσώματα που περικλείονται μέσα στις μεμβράνες ενός κυτταρικού πυρήνα. Χωρίς πολλαπλές ρίζες αντιγραφής, η αντιγραφή θα διαρκέσει πολύ περισσότερο και θα επιβραδύνει την ανάπτυξη των κυττάρων.
DNA 101
Το DNA είναι ένα μόριο μακράς αλυσίδας με σπονδυλική στήλη εναλλασσόμενων σακχάρων και φωσφορικών ομάδων. Μία από τις τέσσερις βάσεις νουκλεοτιδίων - μόρια σε σχήμα δακτυλίου που περιέχουν άζωτο - κρέμεται από κάθε ομάδα ζάχαρης. Δύο κλώνοι ϋΝΑ σχηματίζουν μία δομή διπλής έλικας στην οποία η βάση σε κάθε θέση σακχάρου συνδέεται με την συμπληρωματική της βάση επί του κλώνου αδελφής. Επιτρέπονται μόνο ορισμένες αντιστοιχίσεις, οπότε αν εντοπίσετε μια βάση σε ένα σκέλος, γνωρίζετε τη βάση στην ίδια θέση στο άλλο σκέλος.
Χρωμοσώματα
Στα ευκαρυωτικά, τα χρωμοσώματα είναι κυλινδρικές δομές χρωματίνης, που είναι ένα μείγμα DNA και πρωτεϊνών ιστόνης. Τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, ένα μέλος ζεύγους από κάθε γονέα. Ένα ανθρώπινο χρωμόσωμα περιέχει περίπου 150 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Η χρωματίνη σφικτά διπλώνεται για να συμπιέσει το DNA έτσι ώστε να χωρέσει σε ένα κύτταρο. Αν βάζατε το τέλος στο τέλος ολόκληρου του DNA σε μια ανθρώπινη κυψέλη, θα μέτρησε περίπου 6 πόδια. Για να συμβεί η αναπαραγωγή, η έλικα του DNA πρέπει να ξετυλιχθεί λίγο πριν από την αντιγραφή.
Αντιγραφή
Τα ευκαρυωτικά κύτταρα εναλλάσσονται μεταξύ ανάπτυξης και διαίρεσης και το DNA αντιγράφεται κατά τη διάρκεια της φάσης ανάπτυξης. Το DNA εισέρχεται σε μια χαλαρή κατάσταση που επιτρέπει την πρόσβαση από πολυμεράση ϋΝΑ, το ένζυμο που αντιγράφει κάθε κλώνο. Ένα άλλο ένζυμο, ελικάση, διαχωρίζει πρώτα τις δύο στάσεις σε μια περιοχή που ονομάζεται αρχή αντιγραφής. Κάθε κλώνος χρησιμεύει ως πρότυπο για ένα νέο κλώνο με μια συμπληρωματική αλληλουχία νουκλεοτιδικών βάσεων. Μία φυσαλίδα αναδιπλασιασμού που περιβάλλει το μόριο πολυμεράσης κινείται κατά μήκος κάθε κλώνου ϋΝΑ κατά τη διάρκεια της λειτουργίας αντιγραφής. Τα παλιά και τα νέα σκέλη φέρονται μαζί στο πίσω μέρος της φούσκας.
Απαιτήσεις χρονισμού
Η DNA πολυμεράση μπορεί να μεταγράψει ευκαρυωτικά χρωμοσώματα με ρυθμό περίπου 50 ζευγών βάσεων ανά δευτερόλεπτο. Εάν το χρωμόσωμα είχε μόνο μία αρχή αντιγραφής, θα χρειαζόταν περίπου ένας μήνας για να αντιγράψει μία έλικα DNA. Με τη χρήση πολλαπλών προελεύσεων, το κύτταρο μπορεί να αντιγράψει μια έλικα σε περίπου μία ώρα, μια ταχύτητα 720 φορές. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, πολλαπλές φυσαλίδες αναδιπλασιασμού σε κάθε χρωμόσωμα αναδεικνύουν μικρά μήκη DNA που έπειτα μαζεύονται μαζί για να σχηματίσουν το τελικό προϊόν. Το πλεονέκτημα της πολλαπλής προέλευσης είναι ότι επιτρέπει σχετικά ταχεία κυτταρική διαίρεση και ανάπτυξη οργανισμού. Για παράδειγμα, μια ανθρώπινη μητέρα θα έπρεπε να φέρει έμβρυο για 540 χρόνια πριν τον τοκετό εάν έπρεπε να εξαρτάται από μία και μόνη αρχή αντιγραφής σε κάθε χρωμόσωμα.