ในอณูชีววิทยา , จำลองดีเอ็นเอเป็นกระบวนการทางชีวภาพในการผลิตแบบจำลองที่สองที่เหมือนกันของดีเอ็นเอจากเดิมดีเอ็นเอโมเลกุล [1]จำลองดีเอ็นเอเกิดขึ้นในทุกสิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญมากที่สุดสำหรับมรดกทางชีวภาพ นี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแบ่งเซลล์ระหว่างการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่เสียหายในขณะที่มันยังช่วยให้มั่นใจว่าแต่ละเซลล์ใหม่ได้รับสำเนาของตัวเองของดีเอ็นเอ [2]เซลล์มีคุณสมบัติเฉพาะของการแบ่งตัวซึ่งทำให้การจำลองดีเอ็นเอมีความจำเป็น Show การจำลองแบบดีเอ็นเอ: เกลียวคู่จะถูกคลายการบีบอัดและคลายออกจากนั้นแต่ละเส้นที่แยกจากกัน (สีเขียวขุ่น) จะทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการจำลองเส้นคู่ใหม่ (สีเขียว) นิวคลีโอไทด์ (เบส) ถูกจับคู่เพื่อสังเคราะห์เกลียวคู่ใหม่ให้เป็นเกลียวคู่ใหม่สองตัว ดีเอ็นเอสร้างขึ้นจากเกลียวคู่ของทั้งสองเสริม เส้น เกลียวคู่อธิบายลักษณะของดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นซึ่งประกอบด้วยเส้นตรงสองเส้นที่วิ่งตรงข้ามกันและบิดเข้าด้วยกันเพื่อสร้าง [3]ระหว่างการจำลองแบบเส้นเหล่านี้จะถูกแยกออกจากกัน สาระของโมเลกุลดีเอ็นเอเดิมแต่ละคนแล้วทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการผลิตของคู่ที่เป็นกระบวนการที่เรียกว่าการทำแบบจำลอง semiconservative อันเป็นผลมาจากการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์นิยมเกลียวใหม่จะประกอบด้วยสายดีเอ็นเอดั้งเดิมและสายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ [4]กลไกการพิสูจน์อักษรและการตรวจสอบข้อผิดพลาดของเซลลูล่าร์ทำให้มั่นใจได้ว่ามีความเที่ยงตรงสมบูรณ์แบบสำหรับการจำลองแบบดีเอ็นเอ [5] [6] ในเซลล์การจำลองแบบดีเอ็นเอเริ่มต้นที่ตำแหน่งเฉพาะหรือต้นกำเนิดของการจำลองแบบในจีโนม[7]ซึ่งมีสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต [8] การคลี่คลายของดีเอ็นเอที่จุดกำเนิดและการสังเคราะห์สายใหม่ซึ่งอาศัยเอนไซม์ที่เรียกว่าเฮลิเคสส่งผลให้ส้อมจำลองเติบโตแบบสองทิศทางจากจุดกำเนิด จำนวนโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบทางแยกที่จะช่วยในการเริ่มต้นและความต่อเนื่องของการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ที่เห็นได้ชัดที่สุดDNA polymerase จะสังเคราะห์เส้นใหม่โดยการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่เสริมเส้นใย (แม่แบบ) แต่ละเส้น จำลองดีเอ็นเอเกิดขึ้นในระหว่าง S-ขั้นตอนของการระหว่างเฟส การจำลองแบบดีเอ็นเอ (การขยายดีเอ็นเอ) สามารถทำได้ในหลอดทดลอง (เทียมนอกเซลล์) DNA polymerases ที่แยกได้จากเซลล์และไพรเมอร์ดีเอ็นเอเทียมสามารถใช้เพื่อเริ่มการสังเคราะห์ดีเอ็นเอตามลำดับที่ทราบในโมเลกุลดีเอ็นเอของแม่แบบ ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR), ปฏิกิริยาลูกโซ่ลิเกส (LCR) และการขยายสัญญาณสื่อกลาง (TMA) เป็นตัวอย่าง ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2564 นักวิจัยรายงานหลักฐานที่บ่งชี้ว่ารูปแบบเบื้องต้นของการถ่ายโอน RNAซึ่งเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของการแปลการสังเคราะห์ทางชีวภาพของโปรตีนใหม่ตามรหัสพันธุกรรมอาจเป็นโมเลกุลจำลองในช่วงแรกของการพัฒนาชีวิต หรืออารา [9] [10] ดีเอ็นเอที่มีอยู่เป็นโครงสร้างเกลียวคู่มีทั้งเส้นขดกันในรูปแบบลักษณะเกลียวสองครั้ง แต่ละเส้นเดียวของดีเอ็นเอเป็นห่วงโซ่ของสี่ประเภทของนิวคลีโอ นิวคลีโอใน DNA มีDeoxyriboseน้ำตาลฟอสเฟตและnucleobase สี่ประเภทเบื่อหน่ายตรงกับสี่nucleobases adenine , cytosine , guanineและมีนย่อทั่วไปว่าเป็น A, C, G และ T. Adenine และ guanine มีpurineฐานขณะที่ไซโตและมีนมีไซ นิวคลีโอไทด์เหล่านี้สร้างพันธะฟอสโฟดิสเตอร์สร้างกระดูกสันหลังฟอสเฟต - ดีออกซิไรโบสของเกลียวคู่ดีเอ็นเอโดยมีนิวคลีโอเบสชี้เข้าด้านใน (กล่าวคือไปยังเกลียวที่อยู่ตรงข้าม) nucleobases มีการจับคู่ระหว่างเส้นผ่านพันธะไฮโดรเจนในรูปแบบฐานคู่ อะดีนีนจับคู่กับไทมีน (พันธะไฮโดรเจนสองพันธะ) และกัวนีนคู่กับไซโตซีน ( พันธะไฮโดรเจนสามพันธะ ) สายดีเอ็นเอมีทิศทางและปลายที่แตกต่างกันของเส้นใยเดี่ยวเรียกว่าปลาย "3 ′(สามไพรม์)" และ "5′ (ห้าไพรม์)" ตามแบบแผนถ้าให้ลำดับเบสของดีเอ็นเอเส้นเดียวปลายด้านซ้ายของลำดับคือปลาย 5 while ในขณะที่ปลายด้านขวาของลำดับคือปลาย 3 ′ เกลียวของเกลียวคู่นั้นต่อต้านขนานกับเส้นหนึ่งคือ 5 ′ถึง 3′ และเส้นตรงข้าม 3 ′ถึง 5′ คำศัพท์เหล่านี้หมายถึงอะตอมของคาร์บอนใน deoxyribose ซึ่งฟอสเฟตตัวถัดไปในโซ่ยึดติด การกำหนดทิศทางมีผลในการสังเคราะห์ DNA เนื่องจาก DNA polymerase สามารถสังเคราะห์ DNA ได้เพียงทิศทางเดียวโดยการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย 3 ′ของสายดีเอ็นเอ การจับคู่ของฐานเสริมใน DNA (ผ่านพันธะไฮโดรเจน ) หมายความว่าข้อมูลที่อยู่ภายในแต่ละเส้นมีความซ้ำซ้อน พันธบัตร Phosphodiester (intra-strand) แข็งแรงกว่าพันธะไฮโดรเจน (inter-strand) งานที่แท้จริงของพันธะฟอสโฟดิสเตอร์คือการที่ในดีเอ็นเอโพลีเมอร์เชื่อมต่อคาร์บอน 5 'ของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับคาร์บอน 3' ของนิวคลีโอไทด์อื่นในขณะที่พันธะไฮโดรเจนทำให้เกลียวคู่ของดีเอ็นเออยู่บนแกนเกลียว แต่ไม่อยู่ในทิศทางของแกน 1 . [11]นี้จะช่วยให้เส้นที่จะแยกออกจากกัน ดังนั้นจึงสามารถใช้นิวคลีโอไทด์บนเส้นใยเดี่ยวเพื่อสร้างนิวคลีโอไทด์ใหม่บนเกลียวคู่หูที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ได้ [12] DNA polymerases เพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย 3 ของดีเอ็นเอ [13]หากมีการรวมที่ไม่ตรงกันโดยไม่ได้ตั้งใจโพลีเมอเรสจะถูกยับยั้งจากการขยายเพิ่มเติม การพิสูจน์อักษรจะขจัดนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ตรงกันและส่วนขยายจะดำเนินต่อไป DNA polymerasesเป็นตระกูลของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่จำลองดีเอ็นเอทุกรูปแบบ [14] DNA polymerases โดยทั่วไปไม่สามารถเริ่มสังเคราะห์เส้นใหม่ได้ แต่สามารถขยายสาย DNA หรือ RNA ที่มีอยู่ซึ่งจับคู่กับเกลียวแม่แบบได้เท่านั้น ในการเริ่มต้นการสังเคราะห์จะต้องสร้างส่วนสั้น ๆ ของ RNA ที่เรียกว่าไพรเมอร์และจับคู่กับสายดีเอ็นเอของแม่แบบ DNA polymerase เพิ่มสายดีเอ็นเอใหม่โดยการขยายส่วนปลาย 3 chain ของห่วงโซ่นิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่เพิ่มนิวคลีโอไทด์ใหม่ที่จับคู่กับเกลียวแม่แบบทีละเส้นผ่านการสร้างพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ พลังงานสำหรับกระบวนการของดีเอ็นเอพอลิเมอไรเซชันนี้มาจากการไฮโดรไลซิสของพันธะฟอสเฟตพลังงานสูง ( ฟอสโฟแอนไฮไดรด์ ) ระหว่างฟอสเฟตทั้งสามที่ติดอยู่กับฐานที่ไม่รวมกัน ฐานฟรีกับกลุ่มฟอสเฟตที่แนบมาของพวกเขาจะเรียกว่านิวคลีโอ ; โดยเฉพาะอย่างยิ่งฐานสามกลุ่มฟอสเฟตที่แนบมาจะเรียกว่าtriphosphates nucleoside เมื่อมีการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ให้กับสายดีเอ็นเอที่กำลังเติบโตการสร้างพันธะฟอสโฟดีสเตอร์ระหว่างฟอสเฟตใกล้เคียงของนิวคลีโอไทด์กับสายการเจริญเติบโตจะมาพร้อมกับการไฮโดรไลซิสของพันธะฟอสเฟตพลังงานสูงพร้อมกับการปลดปล่อยฟอสเฟตส่วนปลายทั้งสองเป็นไพโรฟอสเฟต . การย่อยสลายด้วยเอนไซม์ของไพโรฟอสเฟตที่เกิดเป็นอนินทรีย์ฟอสเฟตจะใช้พันธะฟอสเฟตที่มีพลังงานสูงเป็นอันดับสองและทำให้ปฏิกิริยาไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างมีประสิทธิภาพ [หมายเหตุ 1] โดยทั่วไปแล้ว DNA polymerases มีความแม่นยำสูงโดยมีอัตราความผิดพลาดภายในน้อยกว่าหนึ่งข้อผิดพลาดสำหรับทุกๆ 10 7นิวคลีโอไทด์ที่เพิ่มเข้ามา [15]นอกจากนี้ DNA polymerases บางชนิดยังมีความสามารถในการพิสูจน์อักษร พวกเขาสามารถกำจัดนิวคลีโอไทด์จากปลายเส้นใยที่กำลังเติบโตเพื่อแก้ไขฐานที่ไม่ตรงกัน ในที่สุดกลไกการซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันหลังการจำลองแบบจะตรวจสอบข้อผิดพลาดของ DNA โดยสามารถแยกแยะความแตกต่างที่ไม่ตรงกันในสายดีเอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จากลำดับเส้นใยเดิมได้ เมื่อรวมกันแล้วขั้นตอนการเลือกปฏิบัติทั้งสามนี้ช่วยให้สามารถจำลองแบบได้โดยมีความผิดพลาดน้อยกว่าหนึ่งข้อสำหรับทุกๆ 10 9นิวคลีโอไทด์ที่เพิ่ม [15] อัตราการจำลองดีเอ็นเอในเซลล์ที่มีชีวิตเป็นครั้งแรกที่วัดอัตราการทำลายจุลินทรีย์ T4 ดีเอ็นเอยืดตัวใน phage ติดเชื้ออีโคไล [16]ในช่วงที่ดีเอ็นเอเลขชี้กำลังเพิ่มขึ้นที่ 37 ° C อัตราคือ 749 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที อัตราการกลายพันธุ์ต่อคู่ฐานต่อการจำลองแบบในระหว่างการทำลายจุลินทรีย์สังเคราะห์ T4 ดีเอ็นเอเป็น 1.7 ต่อ 10 8 [17] ภาพรวมของขั้นตอนในการจำลองแบบดีเอ็นเอ ขั้นตอนในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ การจำลองแบบดีเอ็นเอเช่นเดียวกับกระบวนการพอลิเมอไรเซชันทางชีวภาพทั้งหมดดำเนินไปในขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาและประสานงานด้วยเอนไซม์สามขั้นตอน ได้แก่ การเริ่มต้นการยืดตัวและการสิ้นสุด การเริ่มต้นบทบาทของผู้ริเริ่มในการเริ่มต้นการจำลองแบบดีเอ็นเอ การก่อตัวของคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบ ในการแบ่งเซลล์จะต้องจำลองดีเอ็นเอของมันก่อน [18]การจำลองแบบดีเอ็นเอเป็นกระบวนการทั้งหมดหรือไม่มีเลย เมื่อการจำลองแบบเริ่มต้นขึ้นก็จะดำเนินการจนเสร็จสิ้น เมื่อการจำลองแบบเสร็จสมบูรณ์จะไม่เกิดขึ้นอีกในวงจรเซลล์เดียวกัน นี้ทำไปได้โดยส่วนของการเริ่มต้นของความซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ ในช่วงปลายไมโทซิสและระยะG1 ในช่วงต้นโปรตีนตัวเริ่มต้นที่ซับซ้อนจำนวนมากจะรวมตัวกันเป็นคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบ ณ จุดใดจุดหนึ่งในดีเอ็นเอหรือที่เรียกว่า " ต้นกำเนิด " [7]ในE. coliโปรตีนตัวเริ่มต้นคือDnaA ; ในยีสต์นี้เป็นการรับรู้แหล่งกำเนิดที่ซับซ้อน [19]ลำดับที่ใช้โดยโปรตีนตัวเริ่มต้นมักจะเป็น "AT-rich" (อุดมไปด้วยอะดีนีนและไทมีนเบส) เนื่องจากคู่เบสของ AT มีพันธะไฮโดรเจนสองพันธะ (แทนที่จะเป็นคู่ CG ทั้งสามตัว) จึงง่ายต่อการพันเกลียว -แยก. [20]ในยูคาริโอตคอมเพล็กซ์การจดจำแหล่งกำเนิดเร่งปฏิกิริยาการรวมตัวของโปรตีนตัวเริ่มต้นในคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบ จากนั้นCdc6และCdt1จะเชื่อมโยงกับคอมเพล็กซ์การรับรู้แหล่งกำเนิดที่ถูกผูกไว้ที่จุดเริ่มต้นเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์ขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการโหลดคอมเพล็กซ์ Mcmลงใน DNA คอมเพล็กซ์ Mcm เป็นเฮลิเคสที่จะคลายเกลียวดีเอ็นเอที่จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบและส้อมการจำลองแบบในยูคาริโอต คอมเพล็กซ์ Mcm ได้รับการคัดเลือกในช่วงปลายของ G1 และโหลดโดยคอมเพล็กซ์ ORC-Cdc6-Cdt1 ไปยัง DNA ผ่านการเปลี่ยนแปลงโปรตีนที่ขึ้นกับ ATP การโหลดคอมเพล็กซ์ Mcm ลงบน DNA ต้นกำเนิดถือเป็นการเสร็จสิ้นของการสร้างคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบ [21] หากสภาพแวดล้อมถูกต้องในช่วงปลาย G1 คอมเพล็กซ์G1 และ G1 / S cyclin - Cdkจะทำงานซึ่งกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เข้ารหัสส่วนประกอบของเครื่องจักรสังเคราะห์ดีเอ็นเอ การเปิดใช้งาน G1 / S-Cdk ยังส่งเสริมการแสดงออกและการเปิดใช้งานคอมเพล็กซ์ S-Cdk ซึ่งอาจมีบทบาทในการเปิดใช้งานต้นกำเนิดการจำลองขึ้นอยู่กับชนิดและชนิดของเซลล์ การควบคุม Cdks เหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และขั้นตอนของการพัฒนา กฎระเบียบนี้เป็นที่เข้าใจกันดีที่สุดในยีสต์ที่กำลังแตกหน่อโดยที่ S cyclins Clb5และClb6มีหน้าที่หลักในการจำลองดีเอ็นเอ [22]คอมเพล็กซ์ Clb5,6-Cdk1 จะกระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นของการจำลองแบบโดยตรงดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตลอดระยะ S เพื่อเปิดใช้งานแหล่งกำเนิดแต่ละรายการโดยตรง [21] ในทำนองเดียวกันCdc7ยังจำเป็นต้องใช้ผ่านS phaseเพื่อเปิดใช้งานการจำลองแบบ Cdc7 ไม่ทำงานตลอดวงจรเซลล์และการกระตุ้นจะถูกกำหนดเวลาอย่างเคร่งครัดเพื่อหลีกเลี่ยงการเริ่มต้นการจำลองแบบดีเอ็นเอก่อนเวลาอันควร ในช่วงปลายของ G1 กิจกรรมของ Cdc7 จะเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันอันเป็นผลมาจากการเชื่อมโยงกับหน่วยย่อยของกฎข้อบังคับDbf4ซึ่งผูก Cdc7 โดยตรงและส่งเสริมการทำงานของโปรตีนไคเนส พบว่า Cdc7 เป็นตัวควบคุมการ จำกัด อัตราของกิจกรรมต้นทาง เมื่อรวมกันแล้ว G1 / S-Cdks และ / หรือ S-Cdks และ Cdc7 จะทำงานร่วมกันเพื่อกระตุ้นต้นกำเนิดการจำลองโดยตรงซึ่งนำไปสู่การเริ่มต้นการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ [21] Preinitiation ที่ซับซ้อนในช่วงแรกของ S การกระตุ้น S-Cdk และ Cdc7 จะนำไปสู่การรวมตัวของ preinitiation complex ซึ่งเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นที่จุดกำเนิด การก่อตัวของคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้นแทนที่ Cdc6 และ Cdt1 จากคอมเพล็กซ์การจำลองแบบต้นทางการปิดใช้งานและการแยกส่วนคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบ การโหลดคอมเพล็กซ์ preinitiation ลงในจุดเริ่มต้นจะเปิดใช้งาน Mcm helicase ทำให้เกิดการคลายเกลียวของ DNA preinitiation complex ยังโหลดα-primaseและ DNA polymerases อื่น ๆ เข้ากับ DNA [21] หลังจากα-primase สังเคราะห์ไพรเมอร์ตัวแรกแล้วทางแยกของแม่แบบไพรเมอร์จะโต้ตอบกับแคลมป์โหลดซึ่งจะโหลดแคลมป์เลื่อนเข้ากับ DNA เพื่อเริ่มการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ส่วนประกอบของ preinitiation complex ยังคงเกี่ยวข้องกับการจำลองส้อมเมื่อย้ายออกจากจุดเริ่มต้น [21] การยืดตัวDNA polymerase มีกิจกรรม 5′– 3 ′ ระบบจำลองดีเอ็นเอที่รู้จักทั้งหมดต้องมีหมู่ไฮดรอกซิล 3 ′อิสระก่อนที่จะเริ่มการสังเคราะห์ได้ (หมายเหตุ: แม่แบบดีเอ็นเอจะอ่านในทิศทาง 3′ ถึง 5 ′ในขณะที่เส้นใยใหม่จะถูกสังเคราะห์ในทิศทาง 5′ ถึง 3 — ซึ่งมักจะเป็นเช่นนี้ สับสน). กลไกที่แตกต่างกันสี่ประการสำหรับการสังเคราะห์ดีเอ็นเอได้รับการยอมรับ:
ประการแรกเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดของกลไกเหล่านี้และถูกใช้โดยสิ่งมีชีวิตในเซลล์ ในกลไกนี้เมื่อแยกทั้งสองเส้นออกจากกันแล้วprimaseจะเพิ่มไพรเมอร์ RNA ให้กับเส้นแม่แบบ เส้นใยชั้นนำได้รับไพรเมอร์ RNA หนึ่งตัวในขณะที่เส้นใยที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนได้รับหลาย ๆ สาระชั้นนำจะขยายออกไปอย่างต่อเนื่องจากไพรเมอร์ด้วยดีเอ็นเอโพลิเมอร์ที่มีสูงprocessivityขณะที่สาระล้าหลังจะขยาย discontinuously จากแต่ละไพรเมอร์ขึ้นรูปชิ้นส่วนโอกาซากิ RNaseจะกำจัดเศษชิ้นส่วน RNA ของไพรเมอร์และพอลิเมอเรส DNA ที่มีกระบวนการต่ำซึ่งแตกต่างจากโพลีเมอเรสแบบจำลองจะเข้ามาเติมเต็มช่องว่าง เมื่อสิ่งนี้เสร็จสมบูรณ์จะพบนิคเดียวบนเส้นใยชั้นนำและหลายนิกบนเกลียวที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวน Ligaseทำงานเพื่อเติมเต็มช่องว่างเหล่านี้จึงทำให้โมเลกุลดีเอ็นเอที่จำลองแบบใหม่เสร็จสมบูรณ์ primase ใช้ในกระบวนการที่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างแบคทีเรียและเคี / ยูคาริโอ แบคทีเรียใช้ไพรเมสที่เป็นของโปรตีนDnaG superfamily ซึ่งมีโดเมนเร่งปฏิกิริยาของประเภทพับ TOPRIM [23]การพับ TOPRIM ประกอบด้วยแกนα / βที่มีเกลียวอนุรักษ์สี่เส้นในโทโพโลยีแบบ Rossmann โครงสร้างนี้ยังพบในโดเมนเร่งปฏิกิริยาของtopoisomerase Ia, Topoisomerase ครั้งที่สองที่ nucleases และซ่อมแซมดีเอ็นเอ OLD ครอบครัวโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน RecR ไพรเมสที่อาร์เคียและยูคาริโอตใช้ในทางตรงกันข้ามมีรูปแบบการรับรู้อาร์เอ็นเอ (RRM) ที่ได้รับมาอย่างมาก ไพรเมสนี้มีโครงสร้างคล้ายกับพอลิเมอเรส RNA ที่ขึ้นกับไวรัสหลายตัวการถอดเสียงย้อนกลับนิวคลีโอไทด์ที่สร้างไซโคลไซโคลและ DNA polymerases ของตระกูล A / B / Y ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองและซ่อมแซมดีเอ็นเอ ในการจำลองแบบยูคาริโอตไพรเมสจะสร้างคอมเพล็กซ์ด้วย Pol α [24] polymerases ของ DNA หลายตัวมีบทบาทที่แตกต่างกันในกระบวนการจำลองแบบของ DNA ในE. coli , ดีเอ็นเอ Pol IIIเป็นเอนไซม์โพลิเมอร์หลักรับผิดชอบในการจำลองดีเอ็นเอ มันรวมกันเป็นคอมเพล็กซ์การจำลองที่ส้อมการจำลองที่แสดงกระบวนการที่สูงมากและยังคงอยู่สำหรับวงจรการจำลองแบบทั้งหมด ในทางตรงกันข้ามDNA Pol Iเป็นเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการแทนที่ RNA ไพรเมอร์ด้วย DNA DNA Pol I มีกิจกรรมexonuclease 5 ′ถึง 3′ นอกเหนือจากกิจกรรม polymerase และใช้กิจกรรม exonuclease เพื่อย่อยสลายไพรเมอร์ RNA ข้างหน้าขณะที่มันขยายสาย DNA ที่อยู่ด้านหลังในกระบวนการที่เรียกว่าการแปลนิค Pol I มีกระบวนการน้อยกว่า Pol III มากเนื่องจากหน้าที่หลักในการจำลองแบบ DNA คือการสร้างบริเวณ DNA สั้น ๆ มากกว่าพื้นที่ที่ยาวมากเพียงไม่กี่แห่ง ในยูคาริโอตเอนไซม์โพรเซสซิตีต่ำโพลαช่วยในการเริ่มต้นการจำลองแบบเนื่องจากเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีไพรเมส [25]ในยูคาริโอตการสังเคราะห์เส้นใยชั้นนำคิดว่าจะดำเนินการโดย Pol ε; อย่างไรก็ตามมุมมองนี้ได้รับการท้าทายเมื่อไม่นานมานี้แนะนำบทบาทของ Pol δ [26]การกำจัดสีรองพื้นเสร็จสิ้น Pol δ [27]ในขณะที่การซ่อมแซม DNA ระหว่างการจำลองแบบเสร็จสมบูรณ์โดย Pol ε ในขณะที่การสังเคราะห์ดีเอ็นเอยังคงดำเนินต่อไปสายดีเอ็นเอดั้งเดิมจะยังคงคลายตัวในแต่ละด้านของฟองสร้างส้อมจำลองที่มีสองง่าม ในแบคทีเรียซึ่งมีต้นกำเนิดเดียวของการจำลองแบบบนโครโมโซมแบบวงกลมกระบวนการนี้จะสร้าง " โครงสร้างเธต้า " (คล้ายกับตัวอักษรกรีก theta: θ) ในทางตรงกันข้ามยูคาริโอตมีโครโมโซมเชิงเส้นที่ยาวกว่าและเริ่มการจำลองแบบที่ต้นกำเนิดหลายต้นภายในสิ่งเหล่านี้ [28] แผนผังของส้อมการจำลองแบบ เอนไซม์หลายชนิดมีส่วนเกี่ยวข้องกับทางแยกการจำลองดีเอ็นเอ ส้อมการจำลองเป็นโครงสร้างที่ก่อตัวขึ้นภายใน DNA แบบขดลวดยาวระหว่างการจำลองแบบดีเอ็นเอ มันถูกสร้างขึ้นโดยเฮลิเคสซึ่งทำลายพันธะไฮโดรเจนที่ยึดสายดีเอ็นเอทั้งสองเข้าด้วยกันในเกลียว โครงสร้างที่เกิดขึ้นมี "ง่าม" ที่แตกแขนง 2 อันแต่ละอันประกอบด้วยดีเอ็นเอเส้นเดียว เส้นทั้งสองนี้ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับเส้นนำและเส้นที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนซึ่งจะถูกสร้างขึ้นเมื่อ DNA polymerase จับคู่นิวคลีโอไทด์เสริมกับแม่แบบ เทมเพลตอาจถูกเรียกอย่างถูกต้องว่าเป็นเทมเพลตสแตรนด์ชั้นนำและเทมเพลตสแตรนด์ที่ล้าหลัง DNA ถูกอ่านโดย DNA polymerase ในทิศทาง 3 ′ถึง 5′ ซึ่งหมายความว่าเส้นใยใหม่ถูกสังเคราะห์ในทิศทาง 5 ถึง 3 เนื่องจากแม่แบบเส้นชั้นนำและส่วนที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนนั้นมีทิศทางตรงข้ามกันที่จุดแยกการจำลองประเด็นสำคัญคือจะทำอย่างไรให้เกิดการสังเคราะห์ดีเอ็นเอของเส้นใยที่ล้าหลังซึ่งมีทิศทางการสังเคราะห์ตรงข้ามกับทิศทางของส้อมการจำลองแบบที่กำลังเติบโต สาระสำคัญแกนนำคือสายของดีเอ็นเอใหม่ซึ่งสังเคราะห์ในทิศทางเดียวกับส้อมการจำลองแบบที่กำลังเติบโต การจำลองแบบดีเอ็นเอแบบนี้เป็นไปอย่างต่อเนื่อง สาระที่ล้าหลังเส้นใยที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนเป็นสายของดีเอ็นเอใหม่ที่มีทิศทางการสังเคราะห์ตรงข้ามกับทิศทางของส้อมการจำลองแบบที่กำลังเติบโต เนื่องจากการวางแนวการจำลองแบบของเส้นที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนจึงมีความซับซ้อนมากกว่าเมื่อเทียบกับเส้นใยชั้นนำ ด้วยเหตุนี้ดีเอ็นเอโพลีเมอเรสบนเส้นใยนี้จึงถูกมองว่า "ล้าหลัง" อีกเส้นหนึ่ง เส้นใยที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนจะถูกสังเคราะห์เป็นส่วนสั้น ๆ ที่แยกออกจากกัน ในสาระล้าหลังแม่แบบเป็นprimase "อ่าน" ดีเอ็นเอแม่แบบและเริ่มต้นการสังเคราะห์สั้นเสริมRNAไพรเมอร์ ดีเอ็นเอโพลิเมอร์ขยายกลุ่มรองพื้นขึ้นรูปชิ้นส่วนโอกาซากิ ไพรเมอร์อาร์เอ็นเอจะถูกลบออกแล้วและแทนที่ด้วยดีเอ็นเอและชิ้นส่วนของดีเอ็นเอมีร่วมกันโดยดีเอ็นเอลิกาเซ ชุมนุมยึดดีเอ็นเอของมนุษย์เป็น trimerของโปรตีน PCNA ในทุกกรณีเฮลิเคสประกอบด้วยโพลีเปปไทด์หกตัวที่พันรอบดีเอ็นเอเพียงเส้นเดียวที่ถูกจำลองแบบ โพลีเมอเรสทั้งสองถูกผูกไว้กับเฮลิเคสเฮซิเมอร์ ในยูคาริโอตเฮลิเคสจะพันรอบเส้นใยชั้นนำและในโปรคาริโอตจะพันรอบเกลียวที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวน [29] เมื่อเฮลิเคสคลายดีเอ็นเอที่ส้อมจำลองดีเอ็นเอข้างหน้าจะถูกบังคับให้หมุน กระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดการบิดงอในดีเอ็นเอข้างหน้า [30] การสะสมนี้ก่อให้เกิดความต้านทานแรงบิดที่จะหยุดความคืบหน้าของการจำลองแบบในที่สุด Topoisomerases เป็นเอนไซม์ที่ทำลายสาย DNA ชั่วคราวช่วยลดความตึงเครียดที่เกิดจากการคลายเกลียว DNA ทั้งสองเส้น topoisomerases (รวมถึงDNA gyrase ) ทำได้โดยการเพิ่มsupercoilsเชิงลบลงในเกลียวดีเอ็นเอ [31] เปลือยดีเอ็นเอสายเดี่ยวสายมีแนวโน้มที่จะพับกลับมาที่ตัวเองขึ้นรูปโครงสร้างทุติยภูมิ ; โครงสร้างเหล่านี้สามารถรบกวนการเคลื่อนที่ของ DNA polymerase เพื่อป้องกันสิ่งนี้โปรตีนที่มีผลผูกพันแบบเส้นใยเดี่ยวจะจับกับดีเอ็นเอจนกว่าจะมีการสังเคราะห์เส้นใยที่สองเพื่อป้องกันการสร้างโครงสร้างทุติยภูมิ [32] ดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นขดอยู่รอบ ๆ ฮิสโตนซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีนดังนั้นดีเอ็นเอที่จำลองแบบจะต้องขดรอบฮิสโตนในที่เดียวกันกับดีเอ็นเอดั้งเดิม เพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้ฮีสโตนchaperones จะแยกชิ้นส่วนของโครมาตินออกก่อนที่จะจำลองแบบและแทนที่ฮิสโตนในตำแหน่งที่ถูกต้อง บางขั้นตอนในการประกอบใหม่นี้ค่อนข้างคาดเดา [33] โปรตีนแคลมป์สร้างตัวยึดเลื่อนรอบ ๆ DNA ช่วยให้ DNA polymerase คงสัมผัสกับแม่แบบจึงช่วยในกระบวนการผลิต หน้าด้านในของแคลมป์ช่วยให้สามารถร้อยสายดีเอ็นเอผ่านได้ เมื่อโพลีเมอเรสไปถึงจุดสิ้นสุดของเทมเพลตหรือตรวจพบดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นแคลมป์เลื่อนจะเกิดการเปลี่ยนแปลงตามรูปแบบซึ่งจะปลดปล่อยดีเอ็นเอโพลีเมอเรสออกมา โปรตีนแคลมป์ถูกใช้ในการโหลดแคลมป์เริ่มแรกโดยตระหนักถึงจุดเชื่อมต่อระหว่างแม่แบบและไพรเมอร์ RNA [6] : 274-5 ตรงทางแยกการจำลองแบบการจำลองแบบเอนไซม์หลายประกอบดีเอ็นเอเป็นเครื่องโมเลกุลที่ซับซ้อนที่เรียกว่าreplisome ต่อไปนี้เป็นรายการของเอนไซม์จำลองดีเอ็นเอที่สำคัญที่มีส่วนร่วมในการจำลองแบบ: [34] เอนไซม์ฟังก์ชั่นในการจำลองแบบดีเอ็นเอดีเอ็นเอเฮลิเคสหรือที่เรียกว่าเอนไซม์ทำลายเกลียว Helicase แยกดีเอ็นเอสองเส้นที่Replication Forkหลังโทโปไอโซเมอเรสดีเอ็นเอโพลีเมอเรสเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการเติมสารตั้งต้นของนิวคลีโอไทด์ให้กับดีเอ็นเอในทิศทาง 5 ′ถึง 3 during ระหว่างการจำลองดีเอ็นเอ ยังดำเนินการอ่านพิสูจน์และแก้ไขข้อผิดพลาด DNA Polymerase มีอยู่หลายประเภทซึ่งแต่ละชนิดทำหน้าที่ต่างกันในเซลล์ประเภทต่างๆที่หนีบดีเอ็นเอโปรตีนที่ป้องกัน DNA polymerases ที่ยืดออกจากการแยกตัวออกจากสายแม่ของ DNAโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอสายเดี่ยวผูกเข้ากับ ssDNA และป้องกันไม่ให้เกลียวคู่ของ DNA หลอมเหลวอีกครั้งหลังจากที่ DNA helicase คลายตัวดังนั้นจึงรักษาการแยกเส้นใยและอำนวยความสะดวกในการสังเคราะห์เกลียวใหม่โทโปอิโซมอเรสผ่อนคลายดีเอ็นเอจากธรรมชาติที่มีขดลวดมากไจเรสของดีเอ็นเอบรรเทาความเครียดของการคลี่คลายโดยดีเอ็นเอเฮลิเคส นี่คือประเภทเฉพาะของโทโปไอโซเมอเรสดีเอ็นเอลิเกสหลอมเส้นใยกึ่งอนุรักษ์นิยมอีกครั้งและรวมชิ้นส่วน Okazakiของเส้นใยที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนไพรเมสเป็นจุดเริ่มต้นของ RNA (หรือ DNA) สำหรับ DNA polymerase เพื่อเริ่มการสังเคราะห์สาย DNA ใหม่เทโลเมอเรสยาวดีเอ็นเอ telomeric โดยการเพิ่มลำดับเบสซ้ำไปจนสุดปลายของโครโมโซม eukaryotic สิ่งนี้ช่วยให้เซลล์สืบพันธุ์และเซลล์ต้นกำเนิดหลีกเลี่ยงขีด จำกัด Hayflickในการแบ่งเซลล์ [35]เชื้อ E. coli Replisome โดยเฉพาะอย่างยิ่ง DNA บนเส้นใยที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนจะก่อตัวเป็นวง ยังไม่เข้าใจโครงสร้างที่แน่นอนของแบบจำลอง เครื่องจักรจำลองประกอบด้วยปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบดีเอ็นเอและปรากฏบนเทมเพลต ssDNA เครื่องจำลองการจำลอง ได้แก่ ไพรโมโซเตอร์คือเอนไซม์จำลอง DNA polymerase, DNA helicases, ที่หนีบ DNA และ DNA topoisomerases และโปรตีนจำลอง เช่นโปรตีนจับดีเอ็นเอสายเดี่ยว (SSB) ในเครื่องจักรจำลองส่วนประกอบเหล่านี้ประสานงานกัน ในแบคทีเรียส่วนใหญ่ปัจจัยทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบดีเอ็นเอจะอยู่ที่ส้อมจำลองและคอมเพล็กซ์จะอยู่บนส้อมในระหว่างการจำลองแบบดีเอ็นเอ เหล่านี้เครื่องจักรจำลองแบบนี้จะเรียกว่าreplisomesหรือระบบเรพลิดีเอ็นเอ คำเหล่านี้เป็นคำศัพท์ทั่วไปสำหรับโปรตีนที่อยู่บนส้อมจำลอง ในยูคาริโอตและเซลล์แบคทีเรียบางชนิดจะไม่เกิดแบบจำลอง เนื่องจากเครื่องจักรจำลองแบบไม่ได้ย้ายค่อนข้างดีเอ็นเอแม่แบบเช่นโรงงานที่พวกเขาจะเรียกว่าโรงงานการจำลองแบบ [36]ในอีกรูปแบบหนึ่งโรงงาน DNA ก็คล้ายกับเครื่องฉายและ DNA ก็เหมือนกับภาพยนตร์ที่ฉายผ่านเข้ามาในเครื่องฉายอย่างต่อเนื่อง ในแบบจำลองโรงงานจำลองหลังจากที่ดีเอ็นเอเฮลิเคสทั้งสองสำหรับเกลียวนำและเกลียวที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนถูกโหลดบนดีเอ็นเอแม่แบบแล้วเฮลิเคสจะวิ่งตามดีเอ็นเอเข้าด้วยกัน เฮลิเคสยังคงเชื่อมโยงอยู่ในส่วนที่เหลือของกระบวนการจำลองแบบ Peter Meister และคณะ สังเกตไซต์การจำลองแบบโดยตรงในยีสต์ที่กำลังแตกหน่อโดยการตรวจสอบโปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) ที่ติดแท็ก DNA polymerases α พวกเขาตรวจพบการจำลองแบบดีเอ็นเอของคู่ของตำแหน่งที่ติดแท็กโดยเว้นระยะห่างกันอย่างสมมาตรจากแหล่งกำเนิดการจำลองแบบและพบว่าระยะห่างระหว่างคู่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดตามเวลา [37]การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่ากลไกของการจำลองแบบดีเอ็นเอเกิดขึ้นกับโรงงานดีเอ็นเอ นั่นคือโรงงานจำลองคู่จะโหลดขึ้นบนต้นกำเนิดการจำลองแบบและโรงงานที่เกี่ยวข้องกัน นอกจากนี้ดีเอ็นเอของแม่แบบจะย้ายเข้าไปในโรงงานซึ่งนำมาซึ่งการอัดขึ้นรูปของ ssDNA ของเทมเพลตและดีเอ็นเอใหม่ การค้นพบของ Meister เป็นหลักฐานโดยตรงชิ้นแรกของโมเดลโรงงานจำลอง การวิจัยในเวลาต่อมาได้แสดงให้เห็นว่า DNA helicases ก่อตัวเป็น dimers ในเซลล์ยูคาริโอตจำนวนมากและเครื่องจักรจำลองแบบแบคทีเรียจะอยู่ในตำแหน่งเดียวในนิวเคลียสระหว่างการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ [36] โรงงานจำลองจะทำการกำจัดโครมาทิดของน้องสาว การทำให้ยุ่งเหยิงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกระจายโครมาทิดเข้าสู่เซลล์ลูกสาวหลังจากการจำลองดีเอ็นเอ เนื่องจากโครมาทิดของน้องสาวหลังจากการจำลองแบบของดีเอ็นเอจับกันด้วยวงแหวนโคเฮซินจึงมีโอกาสเดียวที่จะเกิดการกระจัดกระจายในการจำลองแบบดีเอ็นเอ การแก้ไขเครื่องจักรจำลองเป็นโรงงานจำลองสามารถปรับปรุงอัตราความสำเร็จของการจำลองแบบดีเอ็นเอ ถ้าส้อมจำลองเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในโครโมโซมการทำ catenation ของนิวเคลียสจะทำให้รุนแรงขึ้นและขัดขวางการแยกแบบไมโทติก [37] การยุติยูคาริโอตเริ่มต้นการจำลองแบบดีเอ็นเอที่จุดต่างๆในโครโมโซมดังนั้นการจำลองแบบฟอร์กจะพบกันและสิ้นสุดในหลาย ๆ จุดในโครโมโซม เนื่องจากยูคาริโอตมีโครโมโซมเชิงเส้นการจำลองแบบดีเอ็นเอจึงไม่สามารถไปถึงส่วนปลายสุดของโครโมโซมได้ เนื่องจากปัญหานี้ DNA จะสูญเสียไปในแต่ละรอบการจำลองแบบจากปลายโครโมโซม เทโลเมียร์เป็นบริเวณของดีเอ็นเอที่ทำซ้ำซึ่งอยู่ใกล้กับส่วนปลายและช่วยป้องกันการสูญเสียยีนเนื่องจากการทำให้สั้นลง สั้นลงของ telomeres เป็นกระบวนการปกติในเซลล์ร่างกาย สิ่งนี้ทำให้เทโลเมียร์ของโครโมโซมดีเอ็นเอของลูกสาวสั้นลง เป็นผลให้เซลล์สามารถแบ่งตัวได้จำนวนหนึ่งเท่านั้นก่อนที่ DNA จะสูญเสียไปจึงป้องกันไม่ให้มีการแบ่งตัวต่อไป (เรียกว่าขีด จำกัด Hayflick ) ภายในสายเซลล์สืบพันธุ์ซึ่งส่งผ่าน DNA ไปยังรุ่นต่อไปเทโลเมอเรสจะขยายลำดับซ้ำ ๆ ของบริเวณเทโลเมียร์เพื่อป้องกันการย่อยสลาย Telomerase สามารถทำงานผิดพลาดในเซลล์ร่างกายบางครั้งนำไปสู่การก่อตัวของมะเร็ง การทำงานของเทโลเมอเรสที่เพิ่มขึ้นเป็นหนึ่งในจุดเด่นของมะเร็ง การยุติกำหนดให้ความคืบหน้าของ DNA Replication Fork ต้องหยุดหรือถูกปิดกั้น การสิ้นสุดที่ตำแหน่งเฉพาะเมื่อมันเกิดขึ้นเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างสององค์ประกอบ: (1) ลำดับไซต์การยุติในดีเอ็นเอและ (2) โปรตีนที่เชื่อมโยงกับลำดับนี้เพื่อหยุดการจำลองดีเอ็นเอทางกายภาพ ในแบคทีเรียชนิดต่างๆนี้เป็นชื่อดีเอ็นเอจำลองแบบปลายทางเว็บไซต์โปรตีนหรือโปรตีน Ter เนื่องจากแบคทีเรียมีโครโมโซมเป็นวงกลมการยุติการจำลองแบบจะเกิดขึ้นเมื่อส้อมการจำลองแบบทั้งสองมาพบกันที่ปลายด้านตรงข้ามของโครโมโซมผู้ปกครอง E. coliควบคุมกระบวนการนี้โดยใช้ลำดับการยุติซึ่งเมื่อถูกผูกไว้ด้วยโปรตีน Tus จะทำให้สามารถผ่านทางส้อมจำลองได้เพียงทิศทางเดียว ด้วยเหตุนี้ส้อมการจำลองจึงถูก จำกัด ให้พบภายในบริเวณการสิ้นสุดของโครโมโซมเสมอ [38] วัฏจักรเซลล์ของเซลล์ยูคาริโอต ยูคาริโอตภายในยูคาริโอ, จำลองดีเอ็นเอถูกควบคุมในบริบทของวงจรมือถือ เมื่อเซลล์เติบโตและแบ่งตัวเซลล์จะดำเนินไปตามขั้นตอนต่างๆในวัฏจักรของเซลล์ การจำลองแบบดีเอ็นเอเกิดขึ้นในช่วง S (ระยะสังเคราะห์) ความคืบหน้าของเซลล์ยูคาริโอผ่านวงจรจะถูกควบคุมโดยด่านวงจรมือถือ ความคืบหน้าผ่านด่านถูกควบคุมผ่านการสื่อสารที่ซับซ้อนระหว่างโปรตีนต่าง ๆ รวมทั้งcyclinsและไคเนสส์ cyclin ขึ้นอยู่กับ [39]ซึ่งแตกต่างจากแบคทีเรียดีเอ็นเอของยูคาริโอตจะจำลองแบบในขอบเขตของนิวเคลียส [40] จุดตรวจ G1 / S (หรือด่าน จำกัด ) ควบคุมว่าเซลล์ยูคาริโอตเข้าสู่กระบวนการจำลองแบบดีเอ็นเอหรือไม่และการแบ่งตัวตามมา เซลล์ที่ไม่ดำเนินการผ่านจุดตรวจนี้จะยังคงอยู่ในขั้นตอน G0 และไม่ได้จำลองดีเอ็นเอ หลังจากผ่านจุดตรวจ G1 / S แล้วจะต้องจำลองดีเอ็นเอเพียงครั้งเดียวในแต่ละรอบเซลล์ เมื่อคอมเพล็กซ์ Mcm เคลื่อนออกจากจุดกำเนิดคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบจะถูกถอดออก เนื่องจากไม่สามารถโหลดคอมเพล็กซ์ Mcm ใหม่ที่จุดเริ่มต้นได้จนกว่าจะมีการเปิดใช้งานหน่วยย่อยก่อนการจำลองแบบอีกครั้งจึงไม่สามารถใช้จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบสองครั้งในรอบเซลล์เดียวกันได้ [21] การเปิดใช้งาน S-Cdks ในช่วงแรกของ S ช่วยในการทำลายหรือยับยั้งส่วนประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบแต่ละชิ้นป้องกันการประกอบใหม่ในทันที S และ M-Cdks ยังคงบล็อกแอสเซมบลีที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบต่อไปแม้ว่า S เฟสจะเสร็จสมบูรณ์แล้วก็ตามเพื่อให้แน่ใจว่าแอสเซมบลีจะไม่เกิดขึ้นอีกจนกว่ากิจกรรม Cdk ทั้งหมดจะลดลงในไมโทซิสตอนปลาย [21] ในยีสต์รุ่นการยับยั้งการประกอบเกิดจากฟอสโฟรีเลชันที่ขึ้นกับ Cdk ของส่วนประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ เมื่อเริ่มมีอาการ S เฟสฟอสโฟรีเลชันของ Cdc6 โดยCdk1จะทำให้ Cdc6 จับกับลิเกสโปรตีน ubiquitin ของSCF ซึ่งทำให้เกิดการทำลายโปรตีโอไลติกของ Cdc6 ฟอสโฟรีเลชันที่ขึ้นกับ Cdk ของโปรตีน Mcm ช่วยส่งเสริมการส่งออกจากนิวเคลียสพร้อมกับ Cdt1 ในช่วง S ป้องกันการโหลดของคอมเพล็กซ์ Mcm ใหม่ที่ต้นกำเนิดในระหว่างรอบเซลล์เดียว Cdk phosphorylation ของคอมเพล็กซ์การจำลองแบบต้นกำเนิดยังยับยั้งการประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ การปรากฏตัวของแต่ละกลไกในสามกลไกนี้เพียงพอที่จะยับยั้งการประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ อย่างไรก็ตามการกลายพันธุ์ของโปรตีนทั้งสามในเซลล์เดียวกันจะทำให้เกิดการเริ่มต้นใหม่ที่ต้นกำเนิดของการจำลองแบบจำนวนมากภายในหนึ่งรอบเซลล์ [21] [41] ในเซลล์สัตว์โปรตีนจีมินินเป็นตัวยับยั้งที่สำคัญของการประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ Geminin ผูก Cdt1 เพื่อป้องกันไม่ให้มันเชื่อมโยงกับคอมเพล็กซ์การจดจำต้นกำเนิด ใน G1 ระดับของ geminin จะอยู่ในระดับต่ำโดย APC ซึ่งแพร่กระจาย geminin เพื่อกำหนดเป้าหมายในการย่อยสลาย เมื่อ geminin ถูกทำลาย Cdt1 จะถูกปล่อยออกมาทำให้สามารถทำงานได้ในชุดประกอบที่ซับซ้อนก่อนการจำลองแบบ ในตอนท้ายของ G1 APC จะถูกปิดใช้งานทำให้ geminin สามารถสะสมและผูก Cdt1 ได้ [21] การจำลองแบบของคลอโรพลาและยลจีโนมที่เกิดขึ้นเป็นอิสระจากวงจรเซลล์ผ่านกระบวนการของการจำลองแบบ D-ห่วง ในเซลล์สัตว์มีกระดูกสันหลังเว็บไซต์จำลองแบบมีสมาธิในตำแหน่งที่เรียกว่าการทำแบบจำลอง foci [37]ไซต์การจำลองสามารถตรวจพบได้โดยการสร้างภูมิคุ้มกันของลูกสาวและเอนไซม์การจำลองแบบและการตรวจสอบปัจจัยการจำลองแบบที่ติดแท็ก GFP โดยวิธีการเหล่านี้พบว่าจุดโฟกัสของการจำลองแบบที่มีขนาดและตำแหน่งต่างกันปรากฏในระยะ S ของการแบ่งเซลล์และจำนวนของมันต่อนิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่าจำนวนของส้อมจำลองแบบจีโนมมาก P. Heun et al. , [37] (2001) ติดตามจุดโฟกัสการจำลองแบบติดแท็ก GFP ในเซลล์ยีสต์ที่กำลังแตกหน่อและพบว่าต้นกำเนิดการจำลองเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในเฟส G1 และ S และการเปลี่ยนแปลงลดลงอย่างมีนัยสำคัญในระยะ S [37]ตามเนื้อผ้าเว็บไซต์จำลองแบบได้รับการแก้ไขในโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโครโมโซมโดยเมทริกซ์นิวเคลียร์หรือlamins ผลลัพธ์ของ Heun ปฏิเสธแนวคิดดั้งเดิมยีสต์รุ่นไม่มีลามิเนตและสนับสนุนว่าการจำลองแบบมีจุดเริ่มต้นในการประกอบตัวเองและสร้างจุดโฟกัสแบบจำลอง โดยการยิงจุดเริ่มต้นของการจำลองแบบควบคุมเชิงพื้นที่และชั่วคราวการก่อตัวของจุดโฟกัสของการจำลองจะถูกควบคุม DA Jackson et al. (1998) เปิดเผยว่าต้นกำเนิดใกล้เคียงยิงพร้อมกันในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม [37] การวางตำแหน่งเชิงพื้นที่ของไซต์จำลองทำให้เกิดการรวมกลุ่มของส้อมการจำลอง การทำคลัสเตอร์ช่วยให้ส้อมการจำลองแบบหยุดชะงักและสนับสนุนความคืบหน้าตามปกติของส้อมการจำลองแบบ ความคืบหน้าของการจำลองส้อมถูกยับยั้งโดยหลายปัจจัย การชนกับโปรตีนหรือคอมเพล็กซ์ที่มีผลผูกพันอย่างยิ่งกับ DNA การขาด dNTPs การแตกของดีเอ็นเอแม่แบบและอื่น ๆ หากการจำลองแบบแผงลอยและลำดับที่เหลือจากส้อมที่กั้นไม่ได้ถูกจำลองแบบสายพันธุ์ลูกสาวจะได้รับไซต์ที่ไม่ได้จำลองแบบ ไซต์ที่ไม่ได้จำลองแบบบนเส้นใยของผู้ปกครองคนหนึ่งจะยึดอีกเส้นหนึ่งเข้าด้วยกัน แต่ไม่ได้ทำซ้ำ ดังนั้นโครมาทิดน้องสาวที่เกิดจะไม่สามารถแยกออกจากกันและไม่สามารถแบ่งเป็นเซลล์ลูกสาว 2 เซลล์ได้ เมื่อต้นกำเนิดที่อยู่ใกล้เคียงเกิดไฟไหม้และทางแยกจากแหล่งกำเนิดหนึ่งถูกถ่วงให้แยกจากจุดเริ่มต้นอื่นที่เข้าถึงในทิศทางตรงกันข้ามกับทางแยกที่จนตรอกและทำซ้ำไซต์ที่ไม่ได้จำลอง ในฐานะที่เป็นกลไกอื่น ๆ ของการช่วยเหลือมีการประยุกต์ใช้ต้นกำเนิดการจำลองแบบที่อยู่เฉยๆซึ่งต้นกำเนิดส่วนเกินจะไม่ยิงในการจำลองดีเอ็นเอตามปกติ แบคทีเรียDam methylates adenine ของไซต์ GATC หลังจากการจำลองแบบ แบคทีเรียส่วนใหญ่ไม่ได้ผ่านวงจรเซลล์ที่กำหนดไว้อย่างดี แต่จะคัดลอกดีเอ็นเอของมันอย่างต่อเนื่อง ในระหว่างการเติบโตอย่างรวดเร็วสิ่งนี้อาจส่งผลให้เกิดการจำลองซ้ำหลายรอบพร้อมกัน [42]ในอีโคไลแบคทีเรียที่มีลักษณะดีที่สุดการจำลองแบบของดีเอ็นเอถูกควบคุมโดยกลไกต่างๆ ได้แก่ การสร้างเม็ดเลือดและการแยกลำดับของลำดับต้นกำเนิดอัตราส่วนของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP)ต่ออะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP)และ ระดับของโปรตีน DnaA สิ่งเหล่านี้ควบคุมการจับตัวของโปรตีนตัวเริ่มต้นกับลำดับต้นกำเนิด เนื่องจากE. coli methylatesลำดับดีเอ็นเอของ GATC การสังเคราะห์ดีเอ็นเอจึงส่งผลให้เกิดลำดับเฮมิเมทิลเลต DNA hemimethylated นี้ได้รับการยอมรับโดยโปรตีนSeqAซึ่งผูกและแยกลำดับต้นกำเนิด นอกจากนี้ DnaA (จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการจำลองแบบ) ยังจับกับ DNA ที่มี hemimethylated ได้ดีน้อยกว่า ด้วยเหตุนี้ต้นกำเนิดที่จำลองขึ้นใหม่จะถูกป้องกันไม่ให้เริ่มการจำลองดีเอ็นเออีกรอบในทันที [43] ATP สร้างขึ้นเมื่อเซลล์อยู่ในสื่อที่สมบูรณ์ซึ่งจะเรียกการจำลองแบบดีเอ็นเอเมื่อเซลล์มีขนาดที่กำหนด ATP แข่งขันกับ ADP เพื่อเชื่อมโยงกับ DnaA และ DnaA-ATP complex สามารถเริ่มการจำลองแบบได้ จำเป็นต้องมีโปรตีน DnaA จำนวนหนึ่งสำหรับการจำลองแบบดีเอ็นเอ - ทุกครั้งที่คัดลอกแหล่งกำเนิดจำนวนไซต์ที่มีผลผูกพันสำหรับ DnaA จะเพิ่มเป็นสองเท่าโดยต้องมีการสังเคราะห์ DnaA เพิ่มเติมเพื่อให้สามารถเริ่มการจำลองแบบอื่นได้ ในแบคทีเรียที่เติบโตอย่างรวดเร็วเช่นE. coliการจำลองแบบโครโมโซมจะใช้เวลามากกว่าการแบ่งเซลล์ แบคทีเรียแก้ปัญหานี้ได้โดยเริ่มการจำลองแบบรอบใหม่ก่อนที่แบคทีเรียก่อนหน้านี้จะถูกยุติ [44]การจำลองแบบรอบใหม่จะสร้างโครโมโซมของเซลล์ที่เกิดสองชั่วอายุคนหลังจากเซลล์แบ่งตัว กลไกนี้จะสร้างวงจรการจำลองแบบที่ทับซ้อนกัน Replication Fork เริ่มต้นใหม่โดยการรวมตัวกันใหม่ตามความเค้นของการจำลองแบบ ผลของ Epigenetic ของข้อบกพร่องในการประกอบนิวคลีโอโซมที่ส้อมการจำลองแบบจนตรอก มีหลายเหตุการณ์ที่ทำให้เกิดความเครียดในการจำลองแบบ ได้แก่ : [45]
นักวิจัยมักจำลองดีเอ็นเอในหลอดทดลองโดยใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) PCR ใช้ไพรเมอร์คู่หนึ่งเพื่อขยายขอบเขตเป้าหมายใน DNA แม่แบบจากนั้นพอลิเมอร์ทำให้เส้นคู่หูในแต่ละทิศทางจากไพรเมอร์เหล่านี้โดยใช้DNA polymerase ที่ทนความร้อนได้ การทำกระบวนการนี้ซ้ำหลายรอบจะขยายขอบเขต DNA ที่เป็นเป้าหมาย เมื่อเริ่มต้นแต่ละรอบส่วนผสมของแม่แบบและไพรเมอร์จะถูกทำให้ร้อนแยกโมเลกุลและแม่แบบที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ จากนั้นเมื่อส่วนผสมเย็นลงทั้งสองอย่างนี้จะกลายเป็นแม่แบบสำหรับการหลอมไพรเมอร์ใหม่และโพลีเมอเรสจะขยายออกไปจากสิ่งเหล่านี้ เป็นผลให้จำนวนของสำเนาของพื้นที่เป้าหมายคู่แต่ละรอบเพิ่มขึ้นชี้แจง [46] การ จํา ลอง ดีเอ็นเอ มีความ สําคัญ อย่างไรการจำลองดีเอ็นเอเป็นกระบวนการทางธรรมชาติอันซับซ้อน ก็เพราะว่าดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลชีวภาพที่เป็นสารพันธุกรรม และบรรจุข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นกระบวนการของการจำลองดีเอ็นเอ จึงเป็นกระบวนการของการจำลองข้อมูลทางพันธุกรรมด้วยเช่นเดียวกัน ที่เป็นเหมือนกับการถ่ายแบบดีเอ็นเอเดิมทุกประการ เพื่อเป็นการรักษาข้อมูลทาง ...
แบบจําลอง DNA มีอะไรบ้างรูปแบบของการจําลองดีเอ็นเอ (DNA replication mode) แบงไดเปน 3 รูปแบบ คือ 1. การจําลองดีเอ็นเอแบบทีตา (Theta mode of DNA replication) 2. การจําลองดีเอ็นเอแบบซิกมา (Rolling circle or sigma mode of DNA replication) Page 2 2 3. การจําลองดีเอ็นเอแบบตัววาย (Y-shaped mode of DNA replication)
Helicase ทําหน้าที่ใดในการจําลองตัวเองของดีเอ็นเอ1. helix uncoiling protein หรือ helicase ทำา หน้าที่ท ำา ลายพันธะ ไฮโดรเจนที่เกิดจากการจับคู่กันของเบส A-T และ C-G เพื่อ ให้ DNA แยกเป็นสายเดี่ย ว Page 28 28 การจำาลองโมเลกุล ของ DNA 2. helix destabilizing protein หรือ single strand DNA binding protein ทำาหน้าที่จ ับกับ DNA สายเดี่ย ว เพื่อป้องกันไม่ให้ DNA สายเดี่ย ว ...
การจําลองโมเลกุล DNA เกิดขึ้นเมื่อใดการจำลองโมเลกุล DNA หรือ DNA Replication จะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ต้องการแบ่งเซลล์ จะเกิดขึ้นในระยะอินเตอร์เฟสและในระยะอินเตอร์เฟสจะมี 3 ระบบย่อย คือ G1 S G2 การจำลอง DNA จะเกิดในระยะ S ( Synthesis Phase )
|
การ จํา ลอง DNA มีความ สํา คั ญ อย่างไร
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 moicapnhap Inc.
