دور الأنزيمات في تضاعف DNA

ماهو الحمض النووي

تم اكتشاف الحمض النووي (DNA) لأول مرة في عام 1869، وبعد عدة دراسات تبين أنه يتكون من سلسلة طويلة من جزيئات تُعرف بالنيوكليوتيدات حيث يحتوي كل نيوكليوتيد على مجموعة من الفوسفات والسكر وقاعدة نيتروجين وتنقسم قاعدة النيتروجين لـ أربعة أنواع الأدينين (A)، الثايمين (T)، الجوانين (G) والسيتوزين (C) ويؤدي ترتيب هذه القواعد التعليمات الموجودة في الحمض النووي.

تترابط النيوكليوتيدات مع بعضها لتشكل خيطين طويلين حتى يتكون حلزون مزدوج على شكل سلم. تترتب جزيئات الفوسفات والسكر على الجوانب في حين تكون القواعد درجات السلم. بالإضافة إلى ذلك، تكون جزيئات الحمض النووي طويلة جدا، ولا يمكن وضعها بهذا الشكل داخل الخلايا، لذلك يتم لف الحمض النووي بإحكام لتشكيل هياكل تسمى الكروموسومات. يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA واحد، ويحمل الفرد 23 زوجا من الكروموسومات داخل نواة الخلية.

انزيمات تضاعف DNA

تقوم بعض الإنزيمات بنسخ سلسلة الحمض النووي باستخدام خيط واحد كقالب. وتتطلب عملية تكرار الحمض النووي إنزيمات إضافية بالإضافة إلى بوليميراز الحمض النووي. تحتاج الخلايا إلى نسخ الحمض النووي الخاص بها بسرعة كبيرة وبدقة عالية، بمعنى أنها تتطلب مجموعة متنوعة من الإنزيمات والبروتينات التي تعمل سويا لضمان تكرار الحمض النووي بسلاسة وبدقة.

بوليميريز الحمض النووي

عند سؤالنا عن كيفية حدوث عملية تضاعف الحمض النووي، نجد أن إنزيم بوليميراز هو أحد الجزيئات الأساسية في هذه العملية، حيث تقوم بوليميرات الحمض النووي بإضافة النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى إلى سلسلة الحمض النووي الموجودة وتحتوي على المعلومات المكملة للقالب فقط.

سمات بوليميراز الحمض النووي

• يحتاجوا دائمًا إلى قالب
• يستطيعون إضافة النيوكليوتيدات فقط إلى الطرف الثالث من خيط الحمض النووي
• لا يمكن لهم تخليق سلسلة DNA من الصفر، ولكنهم يحتاجون إلى سلسلة موجودة مسبقًا لإكمالها
• يقومون بعملهم بدقة وإزالة النيوكليوتيدات الخاطئة التي تمت إضافتها عن طريق الخطأ إلى السلسلة

وتعد الإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي أربعة إنزيمات هى : الهيليكاز، الجايراز، البرايماز، بوليميراز الحمض النووي III هي إنزيمات تخليق الحمض النووي الأساسية. بوليميراز الحمض النووي I تقوم بإستبدال بادئات RNA بالحمض النووي.

دور الانزيمات في تضاعف DNA

Gyrase DNA

هو إنزيم ينتمي إلى فئة الـ topoisomerase، يقوم الإنزيم بلف الحمض النووي بطريقة فائقة من خلال تكوين تقاطع ثم يقطع إحدى الحلزونات المزدوجة ويغير عدد الروابط بمقدار اثنين في جميع الخطوات الإنزيمية. يتم العثور على هذا الإنزيم أيضا في البلاستيدات ذات النواة الحقيقية، ومثال على ذلك هو وجوده في Apicoplast لطفيل كائن الملاريا بالإضافة إلى البلاستيدات الخضراء في عدد كبير من النباتات.

Helicase DNA

يعتبر هذا الإنزيم ضروريًاجدًا في عمليات نسخ الحمض النووي وإصلاحه وإعادة تركيبه بدقة، بالإضافة إلى مساهمته في تسهيل عمليات التمثيل الغذائي للـ RNA، مثل النسخ وتكوين الريبوسوم، وكذلك في ربط وتحرير ونقل الحمض النووي الريبي.

Primase DNA

إنزيم Primase هو إنزيم مشترك في تضاعف الحمض النووي وهو نوع من البوليميريز للحمض النووي الريبي، كما يعمل على تحفيز تخليق جزء من الحمض النووي الريبي أو الـ DNA في عدد من الكائنات الحية، على سبيل المثال يقوم إنزيم نوكلياز الذي يعمل على تحلل الـ DNA بإزالة قطعة RNA من ثم يقوم primase بإعادة ملئها مرة أخرى.

بوليميراز الحمض النووي III

إن إنزيم بوليميراز الحمض النووي (DNA polymerase III) هو إنزيم أساسي يشارك في تضاعف الحمض النووي الموجود في النواة البدائية، حيث تم اكتشافه من قبل توماس كورنبرغ ومالكولم جيفتر في عام 1970، يمكن للإنزيم تزويد عدد النوكليوتيدات المضافة في أي حدث ويعمل أيضا على تكرار جينوم الإشريكية القولونية، ولديه القدرة على تصحيح الأخطاء النس.

بوليميراز الحمض النووي I

بوليميريز الحمض النووي I المعروف أيضا باسم (Pol I) هو إنزيم يلعب دورا في عملية تكرار ونسخ الحمض النووي للكائنات الحية البدائية. تم اكتشافه من قبل العالم آرثر كورنبرغ في عام 1956، وهو أول نوع معروف من البوليميراز. يعمل هذا الإنزيم كإنزيم مصلحة، حيث يقوم بتنشيط التسلسل البوليميري المتتابع. وظيفته الفسيولوجية تكمن في إصلاح أي ضرر في الحمض النووي.

أين يوجد الحمض النووي

يتوقف مكان تواجد الحمض النووي على نوع الكائن الحيء، فإذا كان الكائن الحي من بدائيات النوى مثل البكتيريا فيتواجد الحمض النووي في سيتوبلازم الخلية، ويختلف ذلك أيضاً في  حقيقيات النوى مثل النباتات والحيوانات والإنسان فيتم تخزين معظم الحمض النووي لحقيقيات النوى في واحدة من العضيات والتي تسمى بالنواة.

حقائق عن الحمض النووي

• يتكون حمض النووي من أربع كتل بناء فقط وهي النيوكليوتيدات، وتشمل الأدينين والجوانين والثايمين والسيتوزين.
• يتكون جزيء الحمض النووي من حلزون مزدوج، حيث يتكون العمود الفقري للحلزون من الفوسفات والسكر ديوكسي ريبوز، وتتداخل النواقل النووية معًا في الجزء الداخلي من الحلزون.
• يوجد الحمض النووي البشري في 23 زوجًا من الكروموسومات ليصبح المجموع 46 كروموسومًا.
• تشكل الجينات جزءًا من الحمض النووي وترمز إليها باستخدام البروتينات، ويحتوي الإنسان على ما بين 20،000 و 25،000 جين، ولكنها تشكل فقط 3٪ من الحمض النووي.
• الحلزون المزدوج هو الشكل الأكثر شيوعًا للحمض النووي، ولكنه ليس الشكل الوحيد.
• تتمتع التوائم المتطابقة بنفس الحمض النووي، ومع ذلك، فإن التوائم المتطابقة لا يبدون متماثلين تمامًا بسبب تأثير خيارات البيئة ونمط الحياة على التعبير الجيني.
• يتشارك كل إنسان في 99.9٪ من حمضه النووي مع أي إنسان آخر.
• إذا تم وضع جميع جزيئات الحمض النووي في الجسم من البداية إلى النهاية، سيصل إلى الشمس ويعود إلى الأرض أكثر من 600 مرة.
• يتشارك البشر 60٪ من جيناتهم مع ذباب الفاكهة، ومن المعروف أن ثلثي هذه الجينات مرتبط بالسرطان.
• يتشارك الإنسان 98.7٪ من حمضه النووي مع الشمبانزي.
• إذا كنت تستطيع كتابة 60 كلمة في الدقيقة لمدة ثماني ساعات في اليوم، فسيستغرق حوالي 50 عامًا لكتابة جينوم الإنسان بأكمله.
• يتسم الحمض النووي بكونه جزيء هشًا ويتعرض للكثير من الأخطاء اليومية.
• يمكن أن تتضمن الأخطاء في الحمض النووي أثناء النسخ أو التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية أو أي مجموعة من الأنشطة الأخرى.
• هناك العديد من آليات إصلاح الحمض النووي، ولكن لا يتم إصلاح بعض الأضرار، مما يعني وجود احتمالية لحدوث طفرات.
• بعض الطفرات لا تسبب أي ضرر وتكون مفيدة، بينما يمكن أن تسبب الطفرات الأخرى أمراضًا خطيرة جدًا مثل السرطان.
• يمكن لتقنية “كريسبر” تعديل الجينوم وبالتالي العلاج من الطفرات الجينية مثل مرض السرطان ومرض الزهايمر وأي مرض وراثي آخر.
• الجينوم البشري طويل جدًا