DNS sintēze notiek kā daļa no DNS replikācijas. DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs un kontrolē visus dzīves procesus. Cilvēkā tā atrodas šūnu kodolā, tāpat kā visos pārējos dzīvajos organismos. DNS ir dubultas virknes forma, līdzīga tinumu virvju kāpnēm, kuras sauc par spirāli. Šī dubultā spirāle sastāv no divām DNS molekulas. Katru no diviem savstarpēji papildinošajiem atsevišķajiem pavedieniem veido cukurs molekulas (dezoksiriboze) un fosfāts atlikumi, kuriem četri organiskie slāpekļa savienojumi bāzes ir piesaistīts guanīns, adenīns, citozīns un timīns. Abi pavedieni ir savienoti viens ar otru caur ūdeņradis saites starp pretējiem, tā sauktajiem, komplementārajiem, bāzes. Šeit saskaņā ar papildinošās bāzes savienošanas principu saites ir iespējamas tikai starp guanīnu un citozīnu, no vienas puses, un adenīnu un timīnu, no otras puses.
Kas ir DNS sintēze?
DNS sintēze notiek kā daļa no DNS replikācijas. DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs un kontrolē visus dzīves procesus. Lai DNS atkārtotos, nepieciešams DNS sintēzes process. Tajā aprakstīta dezoksiribonukleīnskābe (saīsināti kā DNS vai arī DNS). Izšķirošais ferments šajā procesā ir DNS polimerāze. Tikai šādā veidā ir iespējama šūnu dalīšanās. Replikācijai vispirms saritināto DNS dubulto virkni atritina fermenti pazīstami kā helikāzes un topoizomerāzes, un divi atsevišķi pavedieni ir atdalīti viens no otra. Šo sagatavošanos faktiskajai replikācijai sauc par iniciāciju. Tagad tiek sintezēts RNS gabals, kas DNS polimerāzei ir nepieciešams kā sākumpunkts tās fermentatīvajai aktivitātei. Turpmākā pagarinājuma laikā (virknes pagarinājums) DNS polimerāze katru atsevišķo virkni var izmantot kā matricu, lai sintezētu komplementāro līdzvērtīgo DNS. Tā kā viens no bāzes jebkad var veidot saites tikai ar citu bāzi, ir iespējams izmantot vienu virkni, lai rekonstruētu otru atbilstošo virkni. Šis komplementāro bāzu piešķiršana ir DNS polimerāzes uzdevums. The cukurs-fosfāts pēc tam jaunās DNS virknes mugurkauls ir saistīts ar ligāzi. Tas rada divus jaunus DNS dubultos pavedienus, no kuriem katrā ir viena virkne no vecās DNS spirāles. Tāpēc jauno dubulto spirāli sauc par puskonervatīvo. Abiem dubultās spirāles virzieniem ir polaritāte, kas norāda virziena orientāciju molekulas. Divu DNS molekulu virziens spirālē ir pretējs. Tomēr, tā kā DNS polimerāze darbojas tikai vienā virzienā, nepārtraukti var veidot tikai to virkni, kas atrodas attiecīgajā orientācijā. Otra daļa tiek sintezēta pa daļām. Rezultātā iegūtos DNS segmentus, kas pazīstami arī kā Okazaki fragmenti, ligāze savieno kopā. DNS sintēzes pārtraukšanu ar dažādu kofaktoru palīdzību sauc par pārtraukšanu.
Funkcija un uzdevums
Tā kā lielākajai daļai šūnu kalpošanas laiks ir ierobežots, caur šūnu dalīšanos organismā pastāvīgi jāveido jaunas šūnas, lai aizstātu mirušās. Piemēram, sarkanā krāsā asinis cilvēka ķermeņa šūnu vidējais dzīves ilgums ir 120 dienas, turpretī dažas zarnu šūnas ir jāaizstāj ar jaunām šūnām tikai pēc vienas vai divām dienām. Tam nepieciešama mitotisko šūnu dalīšanās, kurā no mātes šūnas izveido divas jaunas, identiskas meitas šūnas. Abām šūnām nepieciešams pilns gēnu komplekts, tāpēc atšķirībā no citiem šūnu komponentiem to nevar vienkārši sadalīt. Lai nodrošinātu, ka sadalīšanas laikā netiek zaudēta ģenētiskā informācija, pirms dalīšanas DNS ir jādublē (“jāatkārto”). Šūnu dalīšanās notiek arī vīriešu un sieviešu dzimumšūnu (olšūnu un sperma šūnas). Tomēr notiekošajās meiotiskajās dalīšanās DNS netiek dublētas, jo ir vēlams samazināt DNS pusi. Kad ola un sperma drošinātājs, pilns hromosomas, pēc tam atkal tiek sasniegts DNS iepakojuma stāvoklis. DNS ir būtiska cilvēka ķermeņa un visu citu organismu darbībai, jo tā ir pamats proteīni. Trīs secīgu bāzu kombinācija katra apzīmē aminoskābi, tātad termins tripleta kods. Katrs bāzes triplets tiek “pārveidots” aminoskābē, izmantojot RNS (mRNS); šie aminoskābes pēc tam tiek savienoti šūnu plazmā, lai izveidotos proteīni.MRNS no DNS atšķiras tikai ar vienu atomu cukurs mugurkaula paliekas un dažās pamatnēs. Tādējādi MRNA galvenokārt kalpo kā informācijas nesējs DNS uzglabātās informācijas transportēšanai no kodola uz citoplazmu.
Slimības un traucējumi
Organisms, kas nespēj veikt DNS sintēzi, nebūtu dzīvotspējīgs, jo, daloties šūnām, pastāvīgi jāveido jaunas šūnas pat embriju attīstības laikā. Tomēr kļūdas DNS sintēzē, ti, atsevišķas nepareizi ievietotas bāzes, kas neievēro papildinošās bāzes savienošanas principu, notiek samērā bieži. Šī iemesla dēļ cilvēka šūnām ir remonta sistēmas. Tie ir balstīti uz fermenti kas kontrolē DNS dubulto virkni un ar dažādiem mehānismiem koriģē nepareizi ievietotās bāzes. Piemēram, laukumu ap nepareizo pamatni var izgriezt un pārbūvēt pēc paskaidrotā sintēzes principa. Tomēr, ja šūnas DNS remonta sistēmas ir bojātas vai pārslogotas, var uzkrāties bāzes neatbilstība, tā sauktās mutācijas. Šīs mutācijas destabilizē genomu, palielinot arvien jaunu kļūdu iespējamību DNS sintēzes gaitā. Šādu mutāciju uzkrāšanās var vadīt uz vēzis. Šajā procesā daži gēni iegūst a vēzis- veicinošais efekts (funkcijas pieaugums) mutācijas rezultātā, turpretī citi gēni zaudē aizsargājošo efektu (funkcijas zudums). Tomēr dažās šūnās pat ir vēlams palielināt kļūdu līmeni, lai tās padarītu pielāgojamākas, piemēram, dažās cilvēka šūnās imūnā sistēma.
