قدم بحث واطسون Watson وكريك Crick عام
1953 حول تركيب DNA لمحة عن كيفية نسخ DNA. خلصوا إلى: "إنه لم يغب عن اذهاننا أن
الاقتران المحدد الذي
افترضناه يقترح على
الفور آلية نسخ copying
mechanism محتملة للمادة الوراثية genetic material". في
الواقع، نسخ المادة الوراثية، يسمى تضاعف DNA، يحدث بدقة
لدرجة أن الخليتين البنويتين two daughter cells المنتجة من الانقسام
الثنائي binary fission هي متطابقة وراثياً genetically identical مع الخلية الأبوية
parent cell.
معظم البروتينات الأركية archaeal proteins المشاركة في تضاعف DNA هي أكثر تشابها في التسلسل sequence لتلك الموجودة في الخلايا حقيقية النواة eukaryotic cells من بروتينات التضاعف المناظرة analogous replication
proteins في الخلايا البكتيرية. أجهزة تضاعف DNA الأركية
archaeal DNA replication apparatus تحتوي أيضا على ميزات لا توجد في الكائنات الحية الأخرى، والتي ربما تكون
نتيجة لمجموعة واسعة من الظروف البيئية environmental conditions التي تزدهر فيها أعضاء
هذا المجال. سوف ندرس تضاعف DNA في إشيريشيا كولاي Escherichia
coli، والذي تم دراسته بشكل أكثر شمولا من معظم الميكروبات الأخرى.
يتطلب تضاعف الكروموسوم Chromosome replication منتجات products أكثر من 20 جين genes، وعلى الرغم من أنه يحدث في عملية سلسة smooth process، إلا أنه يمكننا فصلها إلى ثلاث
مراحل: البدء initiation عندما يتفكك DNA وينفصل الشريطين strands؛ الاستطالة elongation عندما تخلق الانزيمات enzymes شريط عديد النيوكليوتيد
polynucleotide strand جديد من DNA لكل واحد من شريطي القالب القديمة template strands (الأبوية parental)، والإنهاء termination، عندما كل ينفصل حلزوني DNA عن بعضها البعض.
لوحظ هذا المزيج من شريط جديد وقديم لأول مرة في إي. كولاي في عام 1958 من قبل ماثيو جي ميسلسون
Matthew J. Meselson وفرانكلين دبليو ستهل Franklin W. Stahl. يسمى التضاعف نصف المحافظ
semi-conservative replication لأن كل
شريط قديم من DNA المتضاعف يحفظ
في كل كروموسوم جديد ويتم تخليق شريط
واحد حديث.
1- البدء initiation
يبدأ تضاعف DNA في منطقة ثابتة fixed region على الكروموسوم تسمى أصل التضاعف replication origin (oriC)، والتي هي تسلسل
حوالي 250 زوج قاعدي base pairs (الأزواج القاعدية: الاقتران التكميلي من A-T و G-C على شريطي عديد النيوكليوتيد المتقابلة). مجموعة
من البروتينات البادئة initiator
proteins ترتبط بالأصل
بالإضافة إلى إنزيمات أخرى، تشكل ”مصنعي تضاعف replication
factories“ سيحدث فيها تخليق DNA. إنزيمات
الهيليكيز Helicases تحل وتفك الشريطين عديدة النيوكليوتيد، بينما تبقي البروتينات المثبتة stabilizing
proteins شريطي القالب منفصلة لتضاعف الأشرطة المكملة complementary strands. لأنه يعتقد أن مصنعي التضاعف cell membrane تكون ملتصقة بالغشاء الخلوي cell membrane، تتحرك أشرطة القالب المتضاعفة عبر شوكة تضاعف على شكل حرف (V) V-shaped
replication fork في كل مصنع.
2- الاستطالة elongation
تخليق DNA في كل مصنع يحدث
عندئذ في كل شريط قديم، والذي يمثل قالب template لتخليق الشريط المكمل الجديد. تشارك العديد
من البروتينات في تخليق DNA. بالإضافة إلى البروتين المثبتة،
يتحرك إنزيم بلمرة DNA الثالث DNA polymerase III على امتداد كل شريط، يحفز
إدخال نيوكليوتيدات مكملة complementary nucleotides
جديدة إلى كل شريط قالب.
في إي. كولاي E. coli، يستغرق تخليق DNA
حوالي 40 دقيقة، وهو ما يعني أنه في كل
شوكة تضاعف يضيف
إنزيم بلمرة DNA
الثالث DNA polymerase III قواعد مكملة
جديدة بمعدل حوالي 1000 قاعدة
في الثانية! على هذه الوتيرة، تحدث أخطاء errors عندما يتم إضافة قاعدة غير صحيحة incorrect base. هذه الطفرات mutations المحتملة قد
تكون مميتة، لذلك يجب أن تكون هناك آلية لتصحيح أي
أخطاء (الطفرات: تعديلات دائمة في تسلسل قواعد DNA). تكشف إنزيمات بلمرة DNA الأول والثالث DNA polymerases
III and I أي نيوكليوتيدات غير متطابقة، تزيل النيوكليوتيدة الغير صحيحة في الزوج، وتضيف
النيوكليوتيدة الصحيحة. يقلل هذا التدقيق التصحيحي proofreading من أخطاء التضاعف replication
errors إلى حوالي 1 في كل 10 مليار قاعدة
مضافة.
3- الإنهاء
termination
في حوالي 40 دقيقة، تتقابل شوكتي التضاعف 180 درجة من أصل
التضاعف (oriC). في منطقة النهاية terminus region، هناك بروتينات منهية terminator
proteins إضافية تمنع المزيد من
التضاعف، مما يسبب تفكك مصنعي التضاعف. بعد ذلك، ينفصل
جزيئي DNA المتشابكة intertwined DNA molecules (الكروموسومين chromosomes) عن طريق انزيمات
أخرى، مما يضمن أن كل خلية بنوية daughter cell سترث كروموسوم واحد كامل بعد
الانقسام الثنائي binary fission.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق