DNA süntees

DNA süntees toimub DNA replikatsiooni osana. DNA on geneetilise teabe kandja ja kontrollib kõiki eluprotsesse. Inimestel, nagu ka kõigi teiste elusolendite puhul, asub see raku tuumas. DNA on kaheahelaline, sarnaselt keerutatud köieredeliga, mida nimetatakse heeliksiks. See kahekordne spiraal koosneb kahest DNA molekulist. Mõlemad kahest komplementaarsest üksiku ahela moodustavad suhkru molekulide (desoksüboosi) ja fosfaatjääkide selgroog, millega on seotud neli orgaanilist lämmastiku alust - guaniin, adeniin, tsütosiin ja tümiin. Need kaks ahelat on üksteisega seotud vesiniksidemete kaudu vastandlike, niinimetatud komplementaarsete aluste vahel. Komplementaarse aluse sidumise põhimõtte kohaselt on võimalikud seosed ühelt poolt guaniini ja tsütosiini ning teiselt poolt adeniini ja tümiini vahel.

Mis on DNA süntees?

DNA replikatsiooniks on vajalik DNA sünteesi protsess. See kirjeldab desoksüribonukleiinhappe (lühendatult DNA või DNA) struktuuri. Võtmeensüümiks on siin DNA polümeraas. Ainult nii on rakkude jagunemine võimalik.

Replikatsiooniks eraldatakse keerutatud DNA topelt ahel kõigepealt ensüümide, niinimetatud helikaaside ja topoisomeraaside abil ning kaks üksikut ahelat eraldatakse üksteisest. Seda tegeliku replikatsiooni ettevalmistamist nimetatakse initsiatsiooniks. Nüüd sünteesitakse tükk RNA-d, mida DNA polümeraas vajab oma ensümaatilise aktiivsuse lähtepunktiks.

Järgneva pikendamise (ahela pikenduse) ajal saab DNA polümeraas iga üksiku ahela kasutada matriitsina komplementaarse vastas-DNA sünteesimiseks. Kuna üks alustest saab seostuda ainult ühe teise alusega, on võimalik teist, sellega seotud ahelat rekonstrueerida ühe ahela abil. See komplementaarsete aluste määramine on DNA polümeraasi ülesanne.

Uue DNA ahela suhkru-fosfaadi selgroog ühendatakse seejärel ligaasiga. See loob kaks uut DNA topelt ahelat, millest igaüks sisaldab ahelat vanast DNA spiraalist. Uut kaksikheeliksit nimetatakse seetõttu poolkonservatiivseks.

Topeltheeliksi mõlemal ahelal on polaarsus, mis näitab molekulide orientatsiooni. Kahe DNA molekuli suund heeliksis on vastupidine. Kuna DNA polümeraas töötab ainult ühes suunas, saab pidevalt üles ehitada ainult sobiva orientatsiooniga ahelat. Teine ahel sünteesitakse tükkhaaval. Saadud DNA segmendid, mida nimetatakse ka Okazaki fragmentideks, ühendatakse seejärel ligaasiga.DNA sünteesi lõpetamist erinevate kofaktorite abil nimetatakse lõpetamiseks.

Funktsioon ja ülesanne

Kuna enamiku rakkude eluiga on piiratud, tuleb surevate rakkude asendamiseks rakkude jagunemise kaudu pidevalt uusi rakke moodustada. Näiteks inimkehas olevate punaste vereliblede eluiga on keskmiselt 120 päeva, samal ajal kui mõned soolerakud tuleb ühe või kahe päeva pärast asendada uute rakkudega. See nõuab mitootilist raku jagunemist, mille käigus emarakust luuakse kaks uut, identset tütarrakku. Mõlemad rakud vajavad kogu geenikomplekti, mis tähendab, et erinevalt teistest rakukomponentidest ei saa seda lihtsalt lõhestada. Nii et jagunemise ajal ei läheks kaduma geneetiline teave, tuleb enne jagamist DNA kahekordistada (“korrata”).

Rakkude jagunemine toimub ka meeste ja naiste sugurakkude (munaraku ja spermarakkude) küpsemise ajal. Toimunud meiootiliste jaotuste korral ei kahekordistata DNA-d, kuna soovitakse DNA vähendamist poole võrra. Kui muna- ja spermarakud sulanduvad, saavutatakse uuesti kromosoomide täisarv, DNA pakendiseisund.

DNA on oluline inimkeha ja kõigi teiste organismide toimimiseks, kuna see on valkude sünteesi alus. Kolme järjestikuse aluse kombinatsioon tähistab ühte aminohapet, mistõttu viidatakse sellele kui tripleti koodile. Iga aluskolmik "transleeritakse" Messenger-RNA (mRNA) kaudu aminohappeks; need aminohapped seotakse seejärel rakuplasmas valkudega. MRNA erineb DNA-st ainult ühe aatomi poolest selgroog suhkrujäägis ja mõne aluse osas. MRNA toimib peamiselt infokandjana DNA-s talletatud teabe transportimiseks rakutuumast rakuplasmasse.

Haigused ja tervisehäired

Organism, mis pole võimeline DNA sünteesiks, poleks elujõuline, kuna embrüonaalse arengu käigus tuleb uued rakud moodustada rakkude jagunemise teel. DNA sünteesi vigu, see tähendab, et individuaalselt valesti ühendatud alused, mis ei järgi komplementaarse aluse sidumise põhimõtet, esinevad suhteliselt sageli. Seetõttu on inimese rakkudes parandamissüsteemid. Need põhinevad ensüümidel, mis kontrollivad DNA kaheahelalisi ja korrigeerivad erinevate mehhanismide abil valesti sisestatud aluseid.

Näiteks saab vale aluse ümbritseva ala välja lõigata ja ümber ehitada vastavalt selgitatud sünteesi põhimõttele. Kui raku DNA remondisüsteemid on defektsed või ülekoormatud, võivad koguneda aluse ebakõlad, nn mutatsioonid. Need mutatsioonid destabiliseerivad genoomi ja suurendavad seega DNA sünteesi käigus uute vigade tõenäosust. Selliste mutatsioonide kuhjumine võib viia vähini. Mutatsioon annab mõnedele geenidele vähki soodustava toime (funktsiooni suurenemine), samas kui teised geenid kaotavad oma kaitsva toime (funktsiooni kadumine).

Mõnes rakus on aga isegi suurenenud veamäär soovitatav, et muuta need kohandatavamaks, näiteks inimese immuunsussüsteemi teatud rakkudes.