Izadi Jakintza»Izadi jakintza
DNA-ren errepikatzea
LABURPENA: Zelula amatik zelula alabara informazio genetikoa trasmititzeko DNA errepikatu
behar da, izan ere, DNA baita informazio genetiko horren eramaile. DNA errepikatzen
denean, DNAren helize bikoitzeko bi kateak banatzen dira, eta bi kate berri sintetizatzen
dira; bi kate berri horien baseen sekuentzia aurreko baseen osagarria da. Sintesian zelulako
nukleotidoak erabiltzen dira. Errepikatzearen prozesuan kateetako bat mantentzen da.
Bestalde, prozesua gerta dadin beharrezkoak dira, DNA helize bikoitzaz eta nukleotidoez gainera,
zenbait entzima.Kopia berdin-berdinak egiteko ahalmena
da gai genetikoaren, alegia, DNAren,
ezaugarri nagusietako bat. Watson eta
Crickek proposatutako helize bikoitzeko
DNAren ereduan DNA bikoizteko metodoa
azaltzen da. Hala azaldu zuten “Azido
desoxirribonukleikoaren egituraren eragin
genetikoak” artikuluan, Nature aldizkarian
(1953):“Ezin uka daiteke azido desoxirribonukleikoak
zelula bizietan duen garrantzia.
Zatitzen ari diren zelula guztietan izaten da
azido hori, gunean batez ere; izan ere, gunean
kromosomen osagai nagusia da. Datu
asko dago esateko kromosomen berezitasun
genetikoaren parte baten (dena ez bada), eta
beraz, genearen beraren, eramaile dela.
Dena dela, ez da gaur egun oraindik frogatu
nola gertatzen den zehatz-mehatz material
genetikoaren bikoizketa.Proposatu dugun azido desoxirribonukleikoaren
eredua bi moldetan oinarritzen
da; molde horietako bakoitza bestearen osagarri
da. Gure ustez, azidoa bikoiztu aurretik,
hidrogeno loturak puskatu egiten dira,
eta bi kateak askatu eta banantzen dira.
Hala, kateak molde bihurtzen dira, eta
molde horietan oinarrituta kate berri bat
eratuko da, aurrekoaren osagarri. Beraz,
prozesuaren amaieran bi kate pare ateratzen
dira. Horrez gainera, base pareen sekuentzia
ere bikoiztuko da…”
Watsonek eta Crickek proposatutako
DNAren errepikatze mekanismoari kate
bakarraren errepikatzea esaten zaio, izan ere,
molekularen erdia gordetzen baita. Kate
zahar bakoitzak kate berria egiteko moldea
osatzen du; kate zaharrean adenina (A) bat
badago, kate berrian timina bat (T) jarriko
da dagokion lekuan, eta zitosina batek (C)
bakarrik guanina batekin (G) osatuko du
bikotea, eta, horrela, molekularen kopia berdin-berdinak
osatuko dira.
Dena dela, eredu haren arabera kate bakarraren
errepikatzea ez zen DNA errepikatzeko
mekanismo aukera bakarra. Beste bi mekanismo
mota ere izan zitezkeen: bi kateren
errepikatzea eta kateen hausturaren bidezko
errepikatzea. Bi kateren errepikatze mekanismoan,
helize bikoitzeko kateak banandu gabe
errepikatzen dira, beraz, helize bikoitz alabatako
batek bi kate zahar izango ditu eta besteak,
berriz, sintesi berriko bi kate. KateenHiru eredu horien artetik bat aukeratzeko
asmoarekin, esperimentu bat egin zuten
Matthew Meselsonek eta Franklin W. Sthalek:
E. coli zelularen hainbat belaunaldi hazi
zituzten, nitrogeno iturriak 15N (nitrogenoaren
isotopo astuna) zuen inguru batean.
Zelula horien DNA bakandu eta zesio kloruroaren
gradiente batean zentrifugatzean
osatu zen zerrenda, ez zen DNAk 14N-rekin
(nitrogeno normalarekin) osatzen zuena
bezalakoa, izan ere, handiagoa baitzen haren
dentsitatea.
Nitrogeno astuna zuten zelulak 14N zuen
inguru batean jarri zituzten; DNA behin
bakarrik errepikatzeko denboran eduki
zituzten inguru hartan. Zelula horien DNA
lagin bat zesio kloruroaren gradientean zentrifugatu zuten; eta ikusi zuten DNA horrek
zerrenda bakar bat zuela DNA astunaren eta
DNA arinaren artean.
Azkenik, beste zelula lagin baten bi belaunaldi
hazi zituzten 14N zuen inguru batean;
ondoren, DNA bakartu zuten eta zesio kloruroaren
gradientean zentrifugatu zuten. Bi
zerrenda ikusi zituzten, DNA arinekoa bat
eta DNA erdiastunekoa bestea.
Esperimentu horren bidez egiaztatu zuten
Watson eta Cricken hipotesia, hau da, kate
bakarraren errepikatzearen hipotesia.
DNAren errepikatze prozesua
DNAren kate bakarren errepikatzean, kate berriaren eredu dira bi kateak. Laburbilduz, DNAren errepikatze prozesuan banandu egiten dira bi DNA kateak, eta beste bi kate berri osatzen dira; kate berrien baseen sekuentzia aurrekoaren osagarri da.
Dena dela, oso prozesu konplexua da; izan ere, DNA helize bikoitzaz eta nukleotido trifosfatoez gainera, hainbat entzima behar baitira prozesuaren urrats jakin bat katalizatzeko.
DNA errepikatu aurretik, helize bikoitzaren kiribila askatu egin behar da, bi kateak molde gisa jardun daitezen. Nukleotidoen sekuentzia jakin batekin hasten da errepikapena; sekuentzia horri errepikatzearen jatorria esaten zaio. Hasieran beharrezkoak dira helikasa izeneko entzimak; horiek base osagarrien arteko hidrogeno zubien haustura katalizatzen dute, eta DNA kateak helize bikoitzetik bereizten dituzte. DNA ereduaren bi kateak bereizita mantentzen dira kate sinpleko proteina loturei esker; aldi berean, DNA topoisomerasek eragozten dute DNA ereduaren helize bikoitza kiribiltzea. Behin errepikatzearen hasieran bi kateak banandu direnean, orduan hasten da kate berrien sintesia.
Sintesi hori DNA polimerasek katalizatzen dute. DNA polimerasak fosfodiester lotura bat katalizatzen du trifosfato desoxirribonukleikoaren eta sintetizatzen ari den
katearen artean; kate horrek azido fosforikozko
bi molekula askatzen ditu sintesian.
Fosfodiester lotura gerta dadin, beharrezkoa
den energia fosfatoen arteko loturen hidrolisitik
lortzen da.
Errepikatzen den DNA mikroskopio
optikoan aztertuz gero, sintetizatzen den
gunea errepikatze burbuila bat bezala ikus
daiteke. Burbuilaren edozein ertzetan (non
kate zaharrak DNA helikasaren bidez banatzen
ari diren, eta kate berriak sintetizatzen),
Y formako egitura bat osatzen du molekulak,
errepikatzearen sardea deitua. Zelula
prokariotoetan jatorri bakarra du errepikatzeak,
eta eukariotoek, aldiz, jatorri asko izaten
dituzte.
DNA polimerasak errepikapena bakarrik
5´–––– 3´ norabidean katalizatzen duenez
gero, eta DNAren bi kateak antiparaleloak
direnez gero, kateetako bat bakarrik sintetizatzen
da era jarraituan; kate horri kate edo
harizpi aurreratua esaten zaio. Beste kateari
kate edo harizpi atzeratua esaten zaio, eta ez
da era jarraituan sintetizatzen. Helizea
zabaldu ahala, DNA polimerasak DNA
zatiak sintetizatzen ditu DNA moldearen
gainean, eta zati horietan hasten da, hain
zuzen, kate atzeratuaren sintetizatzea. Bestalde,
DNA zati horiek, Okazaki deituak,
DNA ligasa entzimaren bidez lotzen dira
elkarrekin. DNAren errepikatzea, beraz, asimetrikoa
da.5. irudian ikus daitekeenez, kate atzeratuaren
sintesirako ez da nahikoa molde lana
egiten duen DNA kate bat egotea. Kate
berriaren hasiera ere behar-beharrezkoa da;
izan ere, DNA polimerasak kate bat behar
baitu aurretik, nukleotido aske baten OH 3´
ertzarekin nukleotidoak eransten jarraitzeko.
Pizgailu batek hornitzen du kate berriaren
hasiera hori. Pizgailu hori RNA kate
labur batek osatzen du, eta RNA primasa
entzimak katalizatzen du kate horren sintesia.
Heltze prozesuan, Okazaki zatiak lotzeaz
gainera, RNA zatiak bereizten dira, eta,
horien ordez, DNA jartzen da.
“Akatsen” zuzenketa
DNA errepikatzen denean, hutsegiteak
gertatzen dira zenbaitetan: osatzen ari den
kateari ereduzko katearen osagarria ez den
nukleotidoa eransten zaio. Hori gertatzen
denean, atzera egiten du DNA polimerasak,
eta nukleotidoak kentzen ditu, harik eta
nukleotido zuzena aurkitzen duen arte. Une
horretan, entzimak atzera egiteari uzten dio
eta 5´-tik 3-ra norabidean mugitzen da
berriz ere.
Esate baterako, zitosinaren forma tautomeriko
arraro bat (C*) adeninarekin (A) lotzen
da, eta DNA polimerasaren bidez, sintetizatzen
ari den kateari lotzen zaio (6.
193irudia). C*-tik zitosina normalerako (C)
igarotze tautomeriko bizkorrak A-rekiko
parekatzea suntsitzen du, eta, horren ondorioz,
parekatu gabeko katearen 3´-OH ertzak
eragozten du DNA polimerasaren
bidez katea luzatzea. Ondoren, DNA polimerasari
lotutako exonukleasaren lanak
azken nukleotidoa ezabatzen du, eta katean
3´-OH ertz bat osatzen du parekatutako
baseekin. Prozesuak aurrera jarraitzen du,
eta nukleotido berriak lotzen zaizkio 3´-OH
ertzari; nukleotido horiek DNA polimerasak
parekatutako baseak dituzte kate
berrian.
DNAren errepikatze prozesuaren ezaugarri
nagusietako bat leialtasuna da; “akatsak”
zuzentzeko prozesua, beraz, oinarrizkoa da
leialtasun hori bermatzeko.