جزيء الحمض النووي هو بنية موجودة في الكروموسوم. يحتوي كروموسوم واحد على جزيء واحد يتكون من خيطين. تكرار الحمض النووي هو نقل المعلومات بعد التكاثر الذاتي للخيوط من جزيء إلى آخر. إنه متأصل في كل من DNA و RNA. تتناول هذه المقالة عملية تكرار الحمض النووي.
معلومات عامة وأنواع تخليق الحمض النووي
من المعروف أن الخيوط في الجزيء ملتوية. ومع ذلك ، عندما تبدأ عملية تكرار الحمض النووي ، فإنها تتفكك ، ثم تنتقل إلى الجانبين ، ويتم تصنيع نسخة جديدة على كل منها. عند الانتهاء ، يظهر جزيئين متطابقين تمامًا ، يحتوي كل منهما على خيط الأم والابنة. يسمى هذا التوليف شبه محافظ. تتحرك جزيئات الحمض النووي بعيدًا ، بينما تظل في مركز مركزي واحد ، وتتباعد أخيرًا فقط عندما يبدأ هذا المركز في الانقسام.
نوع آخر من التوليف يسمى الإصلاح. هو ، على عكس السابق ،مرتبط بأي مرحلة خلوية ، ولكنه يبدأ عند حدوث تلف الحمض النووي. إذا كانت واسعة للغاية ، فإن الخلية تموت في النهاية. ومع ذلك ، إذا كان الضرر موضعيًا ، فيمكن إصلاحه. اعتمادًا على المشكلة ، تخضع خيوط مفردة أو سطرتين من الحمض النووي للاستعادة. هذا ، كما يطلق عليه أيضًا ، لا يستغرق التوليف غير المجدول وقتًا طويلاً ولا يتطلب تكاليف طاقة كبيرة.
ولكن عند حدوث مضاعفة الحمض النووي ، يتم استهلاك الكثير من الطاقة والمواد ، وتمتد مدتها لساعات.
يتم تقسيم التكرار على ثلاث فترات:
- بدء ؛
- استطالة ؛
- الإنهاء.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على تسلسل تكرار الحمض النووي.
بدء
هناك عدة عشرات الملايين من أزواج القواعد في الحمض النووي البشري (لا يوجد سوى مائة وتسعة في الحيوانات). يبدأ تكرار الحمض النووي في العديد من الأماكن في السلسلة للأسباب التالية. في نفس الوقت تقريبًا ، يحدث النسخ في الحمض النووي الريبي ، لكنه يتم تعليقه في بعض الأماكن المنفصلة أثناء تخليق الحمض النووي. لذلك ، قبل مثل هذه العملية ، تتراكم كمية كافية من مادة في سيتوبلازم الخلية من أجل الحفاظ على التعبير الجيني وحتى لا يتم إزعاج النشاط الحيوي للخلية. في ضوء ذلك ، يجب تنفيذ العملية في أسرع وقت ممكن. يتم البث خلال هذه الفترة ، ولا يتم إجراء النسخ. أظهرت الدراسات أن تكرار الحمض النووي يحدث مرة واحدة في عدة آلاف من النقاط - مناطق صغيرة مع بعضتسلسل النيوكليوتيدات. يتم ربطها ببروتينات بادئ خاصة ، والتي بدورها تنضم بواسطة إنزيمات أخرى لتكرار الحمض النووي.
يسمى جزء الحمض النووي حيث يحدث التوليف بالبرليكون. يبدأ من نقطة البداية وينتهي عندما يكمل الإنزيم النسخ المتماثل. النسخة المتماثلة مستقلة ، كما أنها تزود العملية بأكملها بدعمها الخاص.
قد لا تبدأ العملية من جميع النقاط دفعة واحدة ، في مكان ما تبدأ في وقت سابق ، في مكان ما في وقت لاحق ؛ يمكن أن تتدفق في اتجاه واحد أو اتجاهين متعاكسين. تقع الأحداث بالترتيب التالي عند إنشائها:
- شوكة النسخ ؛
- RNA التمهيدي.
شوكة النسخ المتماثل
هذا الجزء هو العملية التي يتم من خلالها تصنيع خيوط نزع الأكسجين الريبي النووي على خيوط منفصلة من الحمض النووي. تشكل الشوكات ما يسمى بالعين المضاعفة. تسبق العملية سلسلة من الإجراءات:
- التحرر من الارتباط بالهيستونات في النواة - إنزيمات مضاعفة الحمض النووي مثل المثيلة والأستلة والفسفرة تنتج تفاعلات كيميائية تسبب فقدان البروتينات لشحنتها الإيجابية ، مما يسهل إطلاقها ؛
- إلغاء التصعيد هو الفك الضروري لتحرير المزيد من الخيوط ؛
- كسر روابط الهيدروجين بين خيوط الحمض النووي ؛
- اختلافهم في اتجاهات مختلفة للجزيء ؛
- التثبيت بواسطة بروتينات SSB.
التمهيدي RNA
التوليف ينفذإنزيم يسمى DNA polymerase. ومع ذلك ، لا يمكنه بدء ذلك بمفرده ، لذلك تقوم به إنزيمات أخرى - بوليميرات RNA ، والتي تسمى أيضًا بادئات RNA. يتم تصنيعها بالتوازي مع خيوط deoxyribonucleic وفقًا للمبدأ التكميلي. وهكذا ، تنتهي البداية بتوليف اثنين من بادئات الحمض النووي الريبي (RNA) على خيطي DNA مكسورين ومنفصلين في اتجاهات مختلفة.
استطالة
تبدأ هذه الفترة بإضافة نيوكليوتيد ونهاية 3 'لبادئ الحمض النووي الريبي ، والذي يتم تنفيذه بواسطة بوليميراز الحمض النووي الذي سبق ذكره. بالأولى ، تعلق النوكليوتيدات الثانية والثالثة ، وهكذا. ترتبط قواعد الخيط الجديد بالسلسلة الأم بواسطة روابط هيدروجينية. يُعتقد أن تخليق الفتيل يستمر في اتجاه 5'-3.
حيث يحدث نحو شوكة النسخ المتماثل ، يستمر التوليف باستمرار ويستطيل كما يحدث. لذلك ، يسمى هذا الخيط القيادة أو القيادة. لم يعد يتشكل على أساس RNA البادئات
ومع ذلك ، على الشريط الأم المعاكس ، تستمر نيوكليوتيدات الحمض النووي في الارتباط ببادئة الحمض النووي الريبي ، ويتم تصنيع سلسلة نزع الأكسجين الريبي النووي في الاتجاه المعاكس من شوكة المضاعفة. في هذه الحالة يسمى متخلف أو متأخر.
على الخيط المتأخر ، يحدث التوليف بشكل مجزأ ، حيث ، في نهاية أحد الأقسام ، يبدأ التوليف في موقع آخر قريب باستخدام نفس RNA التمهيدي. وبالتالي ، هناك جزأان على الشريط المتأخر متصلان بواسطة DNA و RNA. يطلق عليهم شظايا Okazaki.
ثم يتكرر كل شيء.ثم ينفصل منعطف آخر من اللولب ، وتنكسر الروابط الهيدروجينية ، وتتباعد الخيوط إلى الجوانب ، ويطول الخيط الرئيسي ، ويتم تصنيع الجزء التالي من أساس الحمض النووي الريبي على الجزء المتأخر ، وبعد ذلك يتم تصنيع جزء أوكازاكي. بعد ذلك ، على الخيط المتأخر ، يتم تدمير بادئات الحمض النووي الريبي ، ويتم دمج شظايا الحمض النووي في واحدة. إذن في هذه الدائرة تحدث في وقت واحد:
- تشكيل بادئات RNA جديدة ؛
- توليف شظايا أوكازاكي ؛
- تدمير الاشعال RNA ؛
- التوحيد في سلسلة واحدة.
الإنهاء
تستمر العملية حتى تلتقي شوكتا نسخ متماثل ، أو يصل أحدهما إلى نهاية الجزيء. بعد التقاء الشوكات ، ترتبط خيوط الحمض النووي البنت بواسطة إنزيم. في حالة انتقال الشوكة إلى نهاية الجزيء ، تنتهي مضاعفة الحمض النووي بمساعدة إنزيمات خاصة.
تصحيح
في هذه العملية ، يتم إعطاء دور مهم للتحكم (أو تصحيح) النسخ المكرر. يتم توفير جميع الأنواع الأربعة من النيوكليوتيدات إلى موقع التوليف ، ومن خلال الاقتران التجريبي ، يختار بوليميراز الحمض النووي تلك المطلوبة.
يجب أن يكون النيوكليوتيد المطلوب قادرًا على تكوين العديد من الروابط الهيدروجينية مثل نفس النيوكليوتيد على حبلا قالب الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون هناك مسافة ثابتة بين العمود الفقري للسكر والفوسفات ، تقابل ثلاث حلقات في قاعدتين. إذا كان النيوكليوتيد لا يفي بهذه المتطلبات ، فلن يحدث الاتصال.
يتم التحكم قبل إدراجه في السلسلة وقبل ذلكإدراج النوكليوتيدات التالية. بعد ذلك ، يتم تكوين رابطة في العمود الفقري لفوسفات السكر.
الاختلاف الطفري
آلية تكرار الحمض النووي ، على الرغم من النسبة العالية من الدقة ، لديها دائمًا اضطرابات في الخيوط ، تسمى بشكل أساسي "الطفرات الجينية". ما يقرب من ألف زوج أساسي بها خطأ واحد ، وهو ما يسمى تكرار النسخ المتماثل.
يحدث هذا لأسباب مختلفة. على سبيل المثال ، عند وجود تركيز عالٍ أو منخفض جدًا من النيوكليوتيدات ، نزع أمين السيتوزين ، وجود المطفرات في منطقة التوليف ، وأكثر من ذلك. في بعض الحالات ، يمكن تصحيح الأخطاء عن طريق عمليات الجبر ، وفي حالات أخرى ، يصبح التصحيح مستحيلاً.
إذا لامس الضرر مكانًا غير نشط ، فلن يكون للخطأ عواقب وخيمة عند حدوث عملية تكرار الحمض النووي. قد يظهر تسلسل النوكليوتيدات لجين معين مع عدم تطابق. ثم يختلف الوضع ، ويمكن أن يصبح موت هذه الخلية وموت الكائن الحي بأكمله نتيجة سلبية. يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن الطفرات الجينية تعتمد على التباين الطفري ، مما يجعل تجمع الجينات أكثر مرونة.
مثيلة
في وقت التوليف أو بعده مباشرة ، تحدث مثيلة السلسلة. يُعتقد أن هذه العملية ضرورية في البشر من أجل تكوين الكروموسومات وتنظيم نسخ الجينات. في البكتيريا ، تعمل هذه العملية على حماية الحمض النووي من القطع بواسطة الإنزيمات.
