يطلق علماء الأحياء على مصطلح "النسخ" مرحلة خاصة من تنفيذ المعلومات الوراثية ، والتي ينحصر جوهرها في قراءة الجين وبناء جزيء الحمض النووي الريبي التكميلي له. إنها عملية إنزيمية تنطوي على عمل العديد من الإنزيمات والوسطاء البيولوجيين. في الوقت نفسه ، فإن معظم المحفزات الحيوية والآليات المسؤولة عن تحفيز تكرار الجينات غير معروفة للعلم. لهذا السبب ، يبقى أن نرى بالتفصيل ما هو النسخ (في علم الأحياء) على المستوى الجزيئي.
إدراك المعلومات الجينية
العلم الحديث حول النسخ ، وكذلك حول نقل المعلومات الوراثية ، غير معروف جيدًا. يمكن تمثيل معظم البيانات كسلسلة من الخطوات في التخليق الحيوي للبروتين ، مما يجعل من الممكن فهم آلية التعبير الجيني. يعد تخليق البروتين مثالاً على إدراك المعلومات الوراثية ، لأن الجين يشفر هيكله الأساسي. لكل جزيء بروتين ، سواء كان بروتينًا هيكليًا أو إنزيمًا أوالوسيط ، هناك تسلسل حمض أميني أساسي مسجل في الجينات.
بمجرد أن يصبح من الضروري إعادة تصنيع هذا البروتين ، تبدأ عملية "تفريغ" الحمض النووي وقراءة شفرة الجين المطلوب ، وبعد ذلك يحدث النسخ. في علم الأحياء ، يتكون مخطط مثل هذه العملية من ثلاث مراحل ، محددة تقليديًا: البدء ، الاستطالة ، الإنهاء. ومع ذلك ، ليس من الممكن حتى الآن تهيئة ظروف محددة لملاحظتهم أثناء التجربة. هذه حسابات نظرية تسمح بفهم أفضل لمشاركة أنظمة الإنزيم في عملية نسخ الجين إلى قالب RNA. النسخ في جوهره هو عملية تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على أساس خيط 3'-5'-strand من الحمض النووي.
آلية النسخ
يمكنك فهم ماهية النسخ (في علم الأحياء) باستخدام مثال تخليق الرنا الرسول. يبدأ بـ "إطلاق" الجين ومحاذاة بنية جزيء الحمض النووي. في النواة ، توجد المعلومات الوراثية في الكروماتين المكثف ، والجينات غير النشطة "معبأة" بشكل مضغوط في الهيتروكروماتين. يسمح إلغاء الفيروس بإطلاق الجين المطلوب وإتاحته للقراءة. ثم يقوم إنزيم خاص بتقسيم الحمض النووي مزدوج السلسلة إلى شريطين ، وبعد ذلك تتم قراءة كود 3'-5'-strand.
من هذه اللحظة ، تبدأ فترة النسخ نفسها. يجمع بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على إنزيم الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (RNA) قسم البداية من الحمض النووي الريبي (RNA) ، والذي يرتبط به أول نيوكليوتيد ، وهو مكمل.3'-5'-strand من منطقة قالب DNA. علاوة على ذلك ، تتراكم سلسلة RNA ، والتي تستمر لعدة ساعات.
تُعطى أهمية النسخ في علم الأحياء ليس فقط لبدء تخليق الحمض النووي الريبي ، ولكن أيضًا لإنهائه. يؤدي الوصول إلى منطقة النهاية في الجين إلى إنهاء القراءة ويؤدي إلى إطلاق عملية إنزيمية تهدف إلى فصل بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي عن جزيء الحمض النووي. المقطع المقسم للحمض النووي هو "متشابك" تمامًا. أيضًا ، أثناء النسخ ، تعمل أنظمة الإنزيم على "التحقق" من صحة إضافة النيوكليوتيدات ، وفي حالة حدوث أخطاء في التركيب ، "تقطع" الأقسام غير الضرورية. يتيح لنا فهم هذه العمليات الإجابة عن سؤال ما هو النسخ في علم الأحياء وكيف يتم تنظيمه.
النسخ العكسي
النسخ هي الآلية العالمية الأساسية لنقل المعلومات الجينية من ناقل إلى آخر ، على سبيل المثال من DNA إلى RNA ، كما يحدث في الخلايا حقيقية النواة. ومع ذلك ، في بعض الفيروسات ، قد يتم عكس تسلسل نقل الجينات ، أي أن الكود يُقرأ من RNA إلى DNA أحادي الشريطة. تسمى هذه العملية النسخ العكسي ، ومن المناسب النظر في مثال إصابة الإنسان بفيروس HIV.
يشبه مخطط النسخ العكسي إدخال فيروس في الخلية والتوليف اللاحق للحمض النووي استنادًا إلى الحمض النووي الريبي الخاص به باستخدام إنزيم النسخ العكسي (إنزيم الارتداد). يوجد هذا المحفز الحيوي في البداية في الجسم الفيروسي ويتم تنشيطه عندما يدخل الخلية البشرية. تسمحيصنع جزيء DNA بمعلومات وراثية من النيوكليوتيدات الموجودة في الخلايا البشرية. نتيجة الإكمال الناجح للنسخ العكسي هو إنتاج جزيء DNA ، والذي من خلال إنزيم التكامل ، يتم إدخاله في الحمض النووي للخلية وتعديله.
أهمية النسخ في الهندسة الوراثية
الأهم من ذلك ، أن هذا النوع من النسخ العكسي في علم الأحياء يؤدي إلى ثلاث استنتاجات مهمة. أولاً ، يجب أن تكون الفيروسات من حيث النشوء والتطور أعلى بكثير من أشكال الحياة أحادية الخلية. ثانيًا ، هذا دليل على إمكانية وجود جزيء DNA أحادي السلسلة مستقر. في السابق ، كان هناك رأي مفاده أن الحمض النووي يمكن أن يوجد لفترة طويلة فقط في شكل بنية مزدوجة تقطعت بهم السبل.
ثالثًا ، نظرًا لأن الفيروس لا يحتاج إلى معلومات حول جيناته للاندماج في الحمض النووي لخلايا الكائن الحي المصاب ، يمكن إثبات أن الجينات التعسفية يمكن إدخالها في الكود الجيني لأي كائن حي عن طريق العكس النسخ. الاستنتاج الأخير يسمح باستخدام الفيروسات كأدوات هندسة وراثية لدمج جينات معينة في جينوم البكتيريا.
