ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication) ของพวกโปรคาริโอต (Step of DNA Replication of Prokaryotes)

แชร์เลย ...
Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedIn

โดยทั่วไปที่ทุกคนได้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะเป็นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต เพราะเนื่องด้วยการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอตมีความซับซ้อนกว่าพวกโปรคาริโอต ดังนั้นเนื้อหาในหลักสูตรต่างๆจึงได้ให้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอตเป็นหลัก

วิธีสังเกตว่าขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ที่ได้ศึกษาเป็นของพวกโปรคาริโอตหรือพวกยูคาริโอต คือ ดูที่ชื่อของ DNA Polymerase ถ้ามีชื่อ DNA Polymerase III อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication) จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต

แต่หากไม่มีชื่อของ DNA Polymerase III ปรากฏอยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)เลย แต่อาจจะมีชื่อ DNA Polymerase α หรือ DNA Polymerase δ อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)แทน จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอต


ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA replication)มีอยู่ 3 ขั้นตอน คือ

  1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Initiation of DNA Replication)
  2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)
  3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Termination of DNA Replication)

 

1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Initiation of DNA Replication)

ในดีเอ็นเอ(DNA) ของแบคทีเรียนั้นจะมีจุดสำหรับเริ่มการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(Origin of DNA Replication หรือ Ori) จะมีโปรตีนเข้ามากระตุ้นให้ดีเอ็นเอ(DNA)ที่จุดเริ่มต้นดังกล่าวเกิดการคลายตัว โดยมีเอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)เข้ามาตัดหรือทำลายพันธะไฮโดรเจนในสายของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อให้ดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่เป็นดีเอ็นเอ(DNA)สายเดี่ยว

โดยจะเกิดการแยกตัวของสายดีเอ็นเอ(DNA) ที่เรียกว่า “เรพลิเคชันฟอร์ค (Replication Fork)” ซึ่งโปรตีน SSB (Single Strand Binding Protein)จะเข้ามาจับเพื่อป้องกันไม่ให้สายของดีเอ็นเอ(DNA) สร้างพันธะไฮโดรเจนขึ้นมาอีกในระหว่างขั้นตอน เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่ได้ถูกแยกออกจากกันแล้ว ส่วนที่อยู่ตรงเหนือจุดแยกของดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่นั้นจะเกิดการขดม้วนตัวเป็นกลายเป็นเกลียวซ้อนเกลียวเกิดขึ้น (Super Coiling) มีผลทำให้เอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)ไม่สามารถที่จะทำการแยกสายดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่ให้เป็นดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบต่อไปได้

ซึ่งจะมีเอนไซม์โทโปไอโซเมอเรส (Topoisomerase) จะเข้ามาทำหน้าที่ในการคลายเกลียวในบริเวณที่เกิดเป็นเกลียวซ้อนเกลียว(Super Coiling) ของดีเอ็นเอ(DNA) โดยทำการตัดในส่วนของ Phosphate Backbone ของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อลดการพันกันที่ยุ่งเหยิงและการขมวดปมของสายดีเอ็นเอ(DNA)ในระหว่างการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ขึ้นมาอีก

 

2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)

เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)ทั้งสองสายได้แยกออกจากกันแล้วเอนไซม์ DNA Polymerase III (ดีเอ็นเอพอลีเมอเรส ทรี) หรือเรียกสั้นๆว่า DNA Pol III จะเข้ามาตรงที่จุดที่แยกออกเพื่อสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ขึ้น เนื่องจาก DNA Polymerase III มีคุณสมบัติในการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่จากทิศ 5’ ไป 3’ เท่านั้น จึงต้องการดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่เป็นสายมีทิศเป็น 3’ ไป 5’ แต่ดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบจะมี 2 สาย ทั้งที่เป็นทิศ 3’ ไป 5’ และทิศ 5’ ไป 3’ ดังนั้น การสร้างสายดีเอ็นเอ(DNA)จึงสามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ ดังนี้

– สายต่อเนื่อง (Leading Strand)

คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่มีทิศจาก 3’ ไป 5’ ในสายนี้ DNA Polymerase III จะสามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง เริ่มต้นโดยเอนไซม์ Primase(ไพรเมส) ทำการสร้างไพรเมอร์(Primer) คือ เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)] มีขนาดประมาณ 10-26 นิวคลีโอไทด์ เข้ามาจับกับดีเอ็นเอ(DNA)ตรงจุดที่แยกออก จากนั้น DNA Polymerase III จะเข้าไปเติม dNTPs เข้ามาบนสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบในทิศทาง 5’ ไป 3’ ไปเรื่อยๆ

– สายไม่ต่อเนื่อง (Lagging Strand)

คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบมีทิศจาก 5’ ไป 3’ ทำให้การสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ที่เป็นสายยาวไปเลยทีเดียว DNA Polymerase III ไม่สามารถทำได้ แต่จะทำให้สายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบสายนี้จะม้วนงอผ่าน DNA Polymerase III เพื่อจะทำให้ DNA polymerase III สามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ในทิศทาง 5’ ไป 3’ โดยจะสร้างดีเอ็นเอ(DNA)เป็นสายสั้นๆ เรียกว่า “โอคาซากิ แฟรกเม้นต์” หรือ “ชิ้นส่วน โอคาซากิ” (Okazaki Fragment) โดย Primase(ไพรเมส) จะทำการสร้างไพรเมอร์(Primer)คืออาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)]

สำหรับในการสร้างชิ้นส่วนโอคาซากิแต่ละชิ้น ซึ่งหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)ของ DNA Polymerase III จะเข้ามาจับที่ไพรเมอร์(Primer)และทำการเชื่อมต่อกับ DNA Polymerase III เมื่อหมดชิ้นจะสร้างชิ้นใหม่ หน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันเดิมจะหลุดออกไป แล้วหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันใหม่จะเข้ามาจับกับไพรเมอร์(Primer)อันต่อไป เป็นลักษณะนี้ต่อไปเรื่อยๆ

DNA Polymerase I จะทำหน้าที่ตรวจสอบความถูกต้องของลำดับของสายดีเอ็นเอ(DNA)ที่สร้างขึ้นมาใหม่ ทำการทำลายส่วนของไพรเมอร์(Primer)ที่เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA) และ ทำการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ซ่อมแซมส่วนที่ถูกตัดออกไป ในจุดที่ DNA Polymerase I ตัดออกไป จะยังไม่ได้เชื่อมต่อด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์(Phosphodiester Bond)ตรงปลาย 5’ ของจุดที่ถูกตัด จะถูกเชื่อมด้วยเอนไซม์ ดีเอ็นเอไลเกส (DNA Ligase) โดยที่ในสายต่อเนื่อง(Leading Strand)จะตัดครั้งเดียว ส่วนสายไม่ต่อเนื่อง(Lagging Strand)จะตัดไพรเมอร์(Primer)ของชิ้นส่วนโอคาซากิทุกชิ้น

 

3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Termination of DNA Replication)

การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะมีตำแหน่งที่เป็นจุดสิ้นสุดของการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)อยู่ ที่ตำแหน่งนี้มีขนาดประมาณ 20 คู่เบส ที่เรียกว่า Ter Sequence โดยจะมีโปรตีนที่ทำการจดจำตำแหน่งนี้เข้ามาจับที่ Ter Sequence เพื่อทำให้ DNA Polymerase III ได้หยุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ลง

 

หัวข้ออื่นที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพ (Links ภายในเว็บ ThaiBiotech.info)