ما هي شوكة النسخ؟ - مادة الاحياء - 2025

و شوكة تكرار هو النقطة التي يحدث تكرار الحمض النووي، ويسمى أيضا نقطة نمو. إنه على شكل Y ، وعندما يحدث النسخ المتماثل ، يتحرك دبوس الشعر عبر جزيء الحمض النووي.

تكرار الحمض النووي هو العملية الخلوية التي تنطوي على ازدواجية المادة الوراثية في الخلية. إن بنية الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج ، ومن أجل تكرار محتواه يجب فتحه. سيكون كل من الخيوط جزءًا من سلسلة الحمض النووي الجديدة ، نظرًا لأن النسخ المتماثل هو عملية شبه محافظة.

المصدر: Masur على أساس Gluon (النسخة الإسبانية من أليخاندرو بورتو)

تتشكل شوكة النسخ المتماثل على وجه التحديد بين الوصلة بين القالب المنفصل حديثًا أو خيوط القالب والحمض النووي المزدوج الذي لم يتم تكراره بعد. عند بدء تكرار الحمض النووي ، يمكن بسهولة تكرار أحد الخيوط ، بينما يواجه الخيط الآخر مشكلة قطبية.

إن الإنزيم المسؤول عن بلمرة السلسلة - بوليميراز الحمض النووي - يصنع فقط خيط DNA في اتجاه 5'-3 '. وبالتالي ، فإن أحد الخيطين مستمر والآخر يخضع لتكرار متقطع ، مما ينتج عنه شظايا أوكازاكي.

تكرار الحمض النووي وشوكة النسخ المتماثل

الحمض النووي هو الجزيء الذي يخزن المعلومات الجينية اللازمة لجميع الكائنات الحية - باستثناء بعض الفيروسات.

يتواجد هذا البوليمر الضخم المكون من أربعة نيوكليوتيدات مختلفة (A و T و G و C) في نواة حقيقيات النوى ، في كل من الخلايا التي تتكون منها أنسجة هذه الكائنات (باستثناء خلايا الدم الحمراء الناضجة للثدييات ، والتي تفتقر إلى النواة).

في كل مرة تنقسم فيها الخلية ، يجب أن يتكاثر الحمض النووي من أجل تكوين خلية ابنة بمواد وراثية.

النسخ المتماثل في اتجاه واحد وثنائي الاتجاه

يمكن أن يكون النسخ المتماثل أحادي الاتجاه أو ثنائي الاتجاه ، اعتمادًا على تشكيل شوكة النسخ المتماثل عند نقطة الأصل.

منطقيا ، في حالة النسخ المتماثل في اتجاه واحد ، يتم تشكيل دبوس شعر واحد فقط ، بينما في النسخ المتماثل ثنائي الاتجاه ، يتم تشكيل دبابيس شعر.

الانزيمات المعنية

في هذه العملية ، من الضروري وجود آلية إنزيمية معقدة تعمل بسرعة ويمكنها تكرار الحمض النووي بدقة. أهم الإنزيمات هي بوليميراز الدنا ، بريماز الدنا ، هليكاز الدنا ، ليجيز الحمض النووي ، والتوبويزوميراز.

بدء التكاثر وتشكيل دبوس الشعر

لا يبدأ تكرار الحمض النووي في أي مكان عشوائي في الجزيء. هناك مناطق محددة في الحمض النووي تشير إلى بداية التكرار.

في معظم البكتيريا ، يحتوي الكروموسوم البكتيري على نقطة بداية غنية بـ AT. هذه التركيبة منطقية ، لأنها تسهل فتح المنطقة (ترتبط أزواج AT برابطة هيدروجينية ، بينما زوج GC بثلاثة).

عندما يبدأ الحمض النووي في الانفتاح ، يتشكل هيكل على شكل Y: شوكة النسخ المتماثل.

استطالة الشوكة وحركتها

لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي أن يبدأ تخليق سلسلة ابنة من الصفر أنت بحاجة إلى جزيء له نهاية 3 بحيث يكون للبوليميراز مكان لبدء البلمرة.

يتم تقديم هذه النهاية المجانية مقاس 3 بوصات بواسطة جزيء نوكليوتيد صغير يسمى التمهيدي أو التمهيدي. الأول يعمل كنوع من الخطاف للبوليميراز.

في سياق التكرار ، تمتلك شوكة النسخ القدرة على التحرك على طول الحمض النووي. يترك مرور شوكة النسخ جزيئين من الحمض النووي أحادي النطاق يوجهان تكوين جزيئات الابنة مزدوجة النطاق.

يمكن أن يتحرك دبوس الشعر إلى الأمام بفضل عمل إنزيمات الهليكاز التي تفك جزيء الحمض النووي. يكسر هذا الإنزيم الروابط الهيدروجينية بين أزواج القاعدة ويسمح لدبوس الشعر بالحركة.

نهاية

يكتمل النسخ المتماثل عندما يكون دبابيس الشعر عند 180 درجة مئوية من الأصل.

في هذه الحالة ، نتحدث عن كيفية تدفق عملية النسخ المتماثل في البكتيريا ومن الضروري إبراز عملية الالتواء الكاملة للجزيء الدائري الذي ينطوي عليه التكرار. تلعب Topoisomerases دورًا مهمًا في فك الجزيء.

تكاثر الحمض النووي شبه متحفظ

هل تساءلت يومًا كيف يحدث التكاثر في الحمض النووي؟ بمعنى آخر ، يجب أن ينبثق حلزون مزدوج آخر من الحلزون المزدوج ، ولكن كيف يحدث ذلك؟ لعدة سنوات ، كان هذا سؤالًا مفتوحًا بين علماء الأحياء. يمكن أن يكون هناك العديد من التباديل: خيطان قديمان معًا وخيطان جديدان معًا ، أو خيطًا جديدًا وآخر قديمًا لتشكيل الحلزون المزدوج.

في عام 1957 ، أجاب الباحثان Matthew Meselson و Franklin Stahl على هذا السؤال. كان نموذج التكرار الذي اقترحه المؤلفون هو نموذج شبه محافظ.

جادل ميسيلسون وستال بأن نتيجة التكرار هي جزيئين حلزوني مزدوج للحمض النووي. يتكون كل جزيء من الجزيئات الناتجة من خيط قديم (من الأصل أو الجزيء الأولي) وخيط جديد مركب حديثًا.

مشكلة القطبية

كيف يعمل البوليميراز؟

يتكون حلزون الحمض النووي من سلسلتين تعملان بشكل معاكس: أحدهما يسير في اتجاه 5'-3 'والآخر 3'-5'.

إن الإنزيم الأكثر بروزًا في عملية النسخ هو بوليميراز الحمض النووي ، وهو المسؤول عن تحفيز اتحاد النيوكليوتيدات الجديدة التي ستُضاف إلى السلسلة. يمكن لبوليميراز الحمض النووي أن يمد السلسلة فقط في اتجاه 5'-3 '. هذه الحقيقة تعيق الازدواجية المتزامنة للسلاسل في شوكة النسخ المتماثل.

لماذا ا؟ تحدث إضافة النيوكليوتيدات في الطرف الحر 3 'حيث توجد مجموعة الهيدروكسيل (-OH). وبالتالي ، يمكن تضخيم واحد فقط من الخيوط بسهولة عن طريق الإضافة النهائية للنيوكليوتيد إلى الطرف 3. وهذا ما يسمى بالخيط الموصّل أو المستمر.

إنتاج شظايا أوكازاكي

لا يمكن إطالة الخيط الآخر ، لأن الطرف الحر هو 5 'وليس 3' ولا يحفز البوليميراز إضافة النيوكليوتيدات إلى الطرف 5. تم حل المشكلة بتركيب عدة شظايا قصيرة (من 130 إلى 200 نيوكليوتيد) ، كل واحدة في الاتجاه الطبيعي للتكاثر من 5 درجات إلى 3 درجات مئوية.

ينتهي هذا التركيب المتقطع للشظايا باتحاد كل جزء من الأجزاء ، وهو تفاعل محفز بواسطة DNA ligase. تكريما لمكتشف هذه الآلية ، Reiji Okazaki ، تسمى القطع المركبة الصغيرة شظايا Okazaki.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، ك ، جونسون ، إيه دي ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… ووالتر ، بي (2015). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. Cann، IK، & Ishino، Y. (1999). استنساخ الحمض النووي البدائي: تحديد القطع لحل اللغز. علم الوراثة، 152 (4) ، 1249-67.
3. Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2004). الخلية: النهج الجزيئي. ميديسينسكا نكلادا.
4. جارسيا دياز ، إم ، وبيبينيك ، ك. (2007). وظائف متعددة لبوليميراز الحمض النووي. مراجعات نقدية في علوم النبات، 26 (2) ، 105-122.
5. لوين ، ب. (2008). الجينات التاسع. ماك جراو هيل انتراميركانا.
6. Shcherbakova ، PV ، Bebenek ، K. ، & Kunkel ، TA (2003). وظائف بوليميرات الحمض النووي حقيقية النواة. Science's SAGE KE، 2003 (8)، 3.
7. Steitz ، TA (1999). بوليميرات الحمض النووي: التنوع الهيكلي والآليات المشتركة. مجلة الكيمياء البيولوجية، 274 (25)، 17395-17398.
8. واتسون ، دينار (2006). البيولوجيا الجزيئية للجين. عموم أمريكا الطبية Ed.
9. Wu، S.، Beard، WA، Pedersen، LG، & Wilson، SH (2013). تشير المقارنة الهيكلية لمعمارية بوليميراز الحمض النووي إلى وجود بوابة نوكليوتيد إلى موقع البوليميراز النشط. مراجعات كيميائية، 114 (5) ، 2759-74.