صحة

كيف تحدث عملية تضاعف DNA

الحمض النووي “DNA” هو المادة الوراثية التي تحدد خصائص كل خلية، وقبل أن تنقسم الخلية وتتكاثر لتنتج خلايا ابنة جديدة عن طريق الانقسام أو الانقسام الاختزالي، يجب نسخ الجزيئات الحيوية والعضوية لتوزيعها على الخلايا، ويجب نسخ الحمض النووي الموجود في النواة لضمان حصول كل خلية جديدة على العدد الصحيح من الكروموسومات، وتسمى عملية نسخ الحمض النووي “تكرار الحمض النووي”، وتتضمن هذه العملية عدة خطوات تستخدم فيها بروتينات متعددة تسمى إنزيمات النسخ المتماثل وRNA في الخلايا التي تحتوي على نواة، مثل الخلايا الحيوانية والنباتية، وتحدث عملية تكرار الحمض النووي في المرحلة S من الطور البيني أثناء دورة الخلية، وتعتبر هذه العملية حيوية لنمو الخلايا وإصلاحها وتكاثرها في الكائنات الحية .

جدول المحتويات

هيكل الحمض النووي DNA

الحمض النووي أو الحمض النووي الريبوزي النووي هو نوع من الجزيئات الذي يعرف باسم الحمض النووي. يتكون من سكر الريبوز الديوكسي الفوسفات وقاعدة نيتروجينية. يتكون الحمض النووي المزدوج الملتف من اثنتين من سلاسل الحمض النووي الحلزونية الملتوية معا لتشكيل هيكل حلزوني مزدوج. يتيح هذا التشكيل الحمض النووي أن يكون أكثر استقرارا، ولتخزينه داخل النواة، يتم لف الحمض النووي بشكل محكم في هياكل تسمى الكروماتين. يتكثف الكروماتين لتشكيل الصبغيات أثناء انقسام الخلايا، وقبل عملية التضاعف المتماثلة للحمض النووي (DNA)، يتم رخص الكروماتين ليتيح لآليات التضاعف المتماثل وصول الإنزيمات إلى فروع الحمض النووي .

عملية تضاعف الـ DNA

الخطوة الأولى هي النسخ المتماثل تشكيل شوكة

قبل نسخ الحمض النووي، يجب تفكيك الجزيء المزدوج الذي يتكون من شقين منفصلين. يحتوي الحمض النووي على أربعة قواعد هي الأدينين (A) والثيمين (T) والسيتوزين (C) والجوانين (G)، وتتشكل أزواج بين الشريطين. يتشكل الأدينين فقط أزواجا مع الثيمين، والسيتوزين فقط يتشكل أزواجا مع الجوانين. لكسر هذه التفاعلات بين الأزواج القاعدية والتخلص من الحمض النووي، يستخدم إنزيم يعرف باسم هيليكاز DNA. يقوم هيليكاز بتفكيك روابط الهيدروجين بين أزواج القواعد لفصل الخيوط بشكل Y، ويسمى هذا العمل بشوكة النسخ المتماثل. ستكون هذه المنطقة هي القالب الأساسي لبدء النسخ المتماثل .

الخطوة الثانية هي الربط التمهيدي

تتمثل وظيفة “ربط الأساس” (Primer Binding) في أبسط تكراراتها، حيث يتم ربط قطعة قصيرة من الحمض النووي الريبي، المعروفة باسم التمهيدي، بنهاية الشريط بمجرد فصل فروع الحمض النووي، ويتم ربط التمهيدي دائما كنقطة بداية لعملية النسخ المتماثل، ويتم إنشاء الاشتعال بواسطة إنزيم الحمض النووي (DNA) .

الخطو الثالثة هي الاستطالة

إن الإنزيمات المعروفة باسم إنزيمات البوليمرة هي المسؤولة عن إنشاء سلسلة جديدة من الحمض النووي، وتوجد خمسة أنواع من هذه البوليمرات في البكتيريا والخلايا البشرية، حيث يعتبر إنزيم البوليمرة 3 هو المسؤول الرئيسي عن التكرار، بينما تتولى إنزيمات البوليمرة 1 و 2 و 4 المسؤولية عن التحقق من الأخطاء وإصلاحها، ويتم ربط إنزيم البوليمرة بالحمض النووي الجديد أثناء عملية النسخ المتماثل، وفي الخلايا ذات النواة، تتراوح البوليمرات الأساسية بين ألفا ودلتا وإبسيلون، وبسبب استمرارية النسخ المتماثل في الاتجاه من 5 إلى 3، يظل الشريط الجديد قيد الإنشاء .

الخطوة الرابعة هي الإنهاء

بمجرد تشكيل كل من السلاسل المستمرة وغير المستمرة، فإن إنزيم يسمى نوكلياز يزيل جميع بادئات الحمض النووي الريبي من الخيوط الأصلية، ثم يتم استبدال هذه الاشعال مع القواعد المناسبة، وآخر نوكلياز “يثبت” الحمض النووي المشكل حديثا لفحص وإزالة واستبدال أي أخطاء، وإنزيم آخر يسمى ligase DNA يجمع شظايا Okazaki معا ليشكل حبلا موحدا واحدا، وتمثل نهايات الحمض النووي الخطي مشكلة حيث إن بوليميريز الحمض النووي لا يمكنه إلا إضافة النيوكليوتيدات في الاتجاه 5 ′ إلى 3 ′ .

يتكون نهايات الخيوط الأصل من تسلسل متكرر للحمض النووي يسمى التيلوميرات، وتعمل هذه التيلوميرات كأغطية واقية في نهاية الكروموسومات لمنع الانصهار بين الكروموسومات القريبة، وتحفز إنزيما خاصا يسمى التيلوميراز لتخليق تسلسل التيلومير في نهايات الحمض النووي، وعند الانتهاء من ذلك يتم لف الخيوط الأم والخيوط التكميلية في شكل حلزوني مزدوج، ويتم إنتاج جزيئين من الحمض النووي في النهاية، كل منهما يحتوي على حبل من الجزيء الأصلي وحبل جديد .

 ملخص تضاعف الحمض النووي

تضاعف الحمض النووي هو إنتاج حلزونات الحمض النووي متطابقة من جزيء الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل، ويتكون كل جزيء من حبلا من الجزيء الأصلي وحبلا مكون حديثا، وقبل النسخ المتماثل ينفصل الحمض النووي وخيوطه، ويتم تشكيل شوكة النسخ المتماثل الذي يعمل كقالب للنسخ المتماثل، والاشعال المرتبطة بالحمض النووي وبوليمرات الحمض النووي تضيف تسلسلات جديدة من النيوكليوتيدات في اتجاه 5 ′ إلى 3 ′، وهذه الإضافة مستمرة في الشريط الرئيسي ومجزأة في الحبل المتأخر، وبمجرد اكتمال استطالة خيوط الحمض النووي يتم فحص الخيوط بحثا عن الأخطاء، ويتم إجراء الإصلاحات وتضاف سلاسل التيلومير إلى نهايات الحمض النووي .

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى