
We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
أهداف التعلم المرتبطة بـ 2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_20
- تشريح التفاعل الكيميائي المسؤول عن تخليق الحمض النووي وإخبار قصة الطاقة.
- ارسم عملية تكرار الحمض النووي للخيط الرئيسي ، بما في ذلك المواقع الرئيسية على الحمض النووي والمتفاعلات والمنتجات والإنزيمات وتصوير متطلبات الطاقة لكل خطوة.
- ارسم عملية تكرار الحمض النووي للخيط المتأخر ، بما في ذلك تحدي التصميم المرتبط بتكرار قالب الشريط المتأخر ، والحلول التي توفرها أجزاء Okazaki و DNA ligase.
- صف تحديات تكرار نهايات الكروموسومات الخطية. قارن هذه التحديات مع تكرار الكروموسوم بدائية النواة.
- قم بإنشاء تصوير لآلية إطالة التيلومير بوساطة التيلوميرات التي تصف بوضوح دور الحمض النووي الريبي الهيكلي في مجمع الإنزيم.
- اشرح كيف أن تكرار الحمض النووي هو مصدر وراثي
الاختلاف، ووصف الآليات التي يمكن أن تغير تواتر الطفرة والمفاضلات المرتبطة بإصلاح الأخطاء.
الحلزون المزدوج للحمض النووي وتكرارها
المشكلة
في هذه الوحدة ، نناقش تكرار الحمض النووي - أحد المتطلبات الرئيسية لنظام حي للتجديد وإنشاء الجيل التالي. دعونا أولاً نفكر بإيجاز في المشكلة من خلال القياس الأدبي.
يشتمل الجينوم البشري على ما يقرب من 6.5 مليار زوج أساسي من الحمض النووي إذا اعتبر المرء الجينوم ثنائي الصبغة الكامل (أي إذا عدت الحمض النووي الموروث من كلا الوالدين). ستة فاصل خمسة مليارات تبدو كالتالي: 6500.000.000. هذا رقم كبير. للحصول على فكرة أفضل عما يعنيه هذا الرقم ، تخيل أن حمضنا النووي هو مجموعة من التعليمات المكتوبة لبناء واحد منا. عن طريق القياس ، يمكننا بعد ذلك مقارنتها بوثيقة مكتوبة أخرى. في هذا المثال ، نبدأ بالنظر في تولستوي الحرب و السلام، وهي رواية يعرفها الكثير من الناس بسبب طبيعتها الضخمة. تقدر البيانات من ويكيبيديا ذلك الحرب و السلام
حوالي 560.000 كلمة. العمل المكتوب الثاني المألوف للكثيرين هو المجلدات السبعة من
'س هاري بوتر. يتحقق هذا العمل في ~ 1،080،000 كلمة (الإحصائيات المرجعية على ويكيبيديا). إذا افترضنا أن متوسط طول الكلمة الإنجليزية هو خمسة أحرف ، فإن العملين الأدبيين يبلغان 2.8 مليون و 5.4 مليون حرف على التوالي. لذلك ، حتى جميع المجلدات السبعة من "هاري بوتر" تحتوي على أكثر من 1000 مرة من الأحرف أقل من جينوماتنا. عدد الشخصيات في هذه الروايات
، مع ذلك ، أقرب بكثير إلى عدد النيوكليوتيدات في جينوم بكتيري نموذجي.
تخيل الآن للحظة تطوير آلة أو عملية ميكانيكية (وليست عملية إلكترونية) تقرأ وتنسخ هذه الكتب. أو تخيل نفسك تنسخ هذه النصوص. ما هي السرعة التي يمكنك القيام بها؟ كم عدد الأخطاء التي من المحتمل أن ترتكبها؟ هل تتوقع أن يكون هناك مفاضلة بين السرعة التي يمكنك بها النسخ والدقة؟ ما نوع الموارد التي تحتاجها هذه العملية؟ ما مقدار الطاقة التي تتطلبها العملية؟ تخيل الآن نسخ شيء أكبر 1000 مرة! أوه ، وللمقياس الجيد فقط ، يحتاج جهازك الميكانيكي التخيلي إلى القيام بعمله على نص بعرض 25 درجة تقريبًا (أي 0.0000000025 مترًا عرضًا). بالمقارنة ، يبلغ عرض الخط النموذجي المكون من عشر نقاط حوالي 0.00025 مترًا ، أي حوالي 100000 مرة أكبر من عرض زوج قاعدة الحمض النووي.
مع أخذ ذلك في الاعتبار،
يمكن أن تستغرق الخلية البشرية حوالي 24 ساعة لتقسيم (لذلك يجب أن يكون تكرار الحمض النووي أسرع قليلاً). صحي بكتريا قولونية قد يستغرق تقسيم الخلية 20 دقيقة فقط (بما في ذلك تكرار جينومها البالغ 4.5 مليون زوج قاعدي تقريبًا). يقوم كل من الإنسان والبكتيريا بذلك مع ارتكاب أخطاء قليلة بما يكفي بحيث يظل الجيل التالي قابلاً للحياة ويمكن التعرف عليه. يجب أن يبدو ذلك مذهلاً إلى حد ما! الآن ضع في اعتبارك أننا نقدر أن جسم الإنسان يتألف من حوالي 10 تريليون خلية (1000000000000) وأنه قد يكون لديه ما بين ضعفين إلى عشرة أضعاف هذا العدد من الميكروبات. هذا
تقسيم للنظر.
تحدي التصميم
إذا كانت الخلية تريد تكرارها - فهي
الهدف — نسخة من الحمض النووي يجب أن
. إذن ، فإن عبارة / سؤال واحد واضح هو "كيف يمكن للخلية
نسخ الحمض النووي الخاص به؟ "بالنظر إلى التشبيه أعلاه ، إليك بعض الأسئلة الفرعية ذات الصلة: ما هي الخصائص الكيميائية والفيزيائية التي تمكن الحمض النووي من
؟ بأي دقة يجب على الكائن الحي نسخ جينومه؟ ما السرعة التي يجب أن
في؟ من أين تأتي الطاقة لهذه المهمة وكم هي ضرورية؟ من أين تأتي "المواد الخام"؟ كيف يمكن للآلات الجزيئية المشاركة في هذه العملية الجمع بين تجميع المواد الخام والطاقة اللازمة لبناء جزيء DNA جديد معًا؟ يمكن للقائمة
تابع.
في المناقشة التالية وفي المحاضرة ، ندرس كيفية عملية تكرار الحمض النووي
مع مراعاة بعض أسئلة القيادة. أثناء استعراض مواد القراءة والمحاضرة ، حاول أن تكون على دراية بهذه الأسئلة وغيرها من الأسئلة المرتبطة بهذه العملية. استخدم هذه الأسئلة كنقاط إرشادية لتنظيم أفكارك وحاول إيجاد تطابق بين "الحقائق" التي تعتقد أننا قد نتوقع منك أن تعرفها وأسئلة القيادة.
الحلزون المزدوج للحمض النووي
لبناء سياق إضافي ، نحتاج أيضًا إلى القليل من المعرفة المحددة تجريبياً. ربما تكون إحدى السمات الأكثر شهرة وشعبية للشكل الوراثي لجزيء الحمض النووي هو أنه يحتوي على بنية ثلاثية حلزونية مزدوجة. يعود تقديرنا للبنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي إلى الخمسينيات من القرن الماضي. لمزيد من المعلومات حول هذه القصة ، شاهد الفيلم القصير هنا.
كشفت نماذج بنية الحمض النووي أن الجزيء يتكون من خيطين من النيوكليوتيدات المرتبطة تساهميًا
حول بعضها البعض لتشكيل حلزون أيمن. في كل خيط ، النيوكليوتيدات
إلى اثنين من النيوكليوتيدات الأخرى (باستثناء نهايات الشريط الخطي) عبر روابط الفوسفوديستر التي تربط السكريات عبر مجموعتي الهيدروكسيل 5 و 3 (اللوحة)
في الشكل 1). تذكر أن الملصقات 5 'و 3' تشير إلى الكربون الموجود على جزيء السكر. تشكل سلاسل السكريات والفوسفات هذه مجموعة متجاورة من الروابط التساهمية التي
ليكون بمثابة "العمود الفقري" للهيكل. في الجزيء الخطي ، لكل خيط طرفان حُران. نسمي النهاية الحرة الواحدة النهاية 5 لأن المجموعة الوظيفية غير المرتبطة هي
في الانضمام إلى النيوكليوتيدات ، يرتبط الفوسفات بـ 5 'كربون. نسمي الطرف الآخر من الخيط الطرف 3 لأن المجموعة الوظيفية غير المرتبطة هي
في الانضمام إلى النيوكليوتيدات هي مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بـ 3 'كربون من السكر. نظرًا لأن طرفي الخيط ليسا متماثلين ، فإن هذا يجعل من السهل تحديد اتجاه أحد الخصلة - يمكن للمرء ، على سبيل المثال ، أن يقول إنهم يقرؤون من 5 "نهاية إلى 3" نهاية إلى
أنهم "يسيرون" على طول الخصلة بدءًا من الطرف 5 ويتحركون نحو النهاية 3. هذا الاتجاه (5 'إلى 3') هو العرف الذي يستخدمه معظم علماء الأحياء. يمكن للمرء أن يقرأ في الاتجاه المعاكس (3 'إلى 5') بشرط أن نجعل الاتجاه واضحًا. نجد خيطين من النيوكليوتيدات المرتبطة تساهميًا ضد الموازية لبعضهم البعض في الحلزون المزدوج ؛
اتجاه / اتجاه خصلة واحدة هو عكس اتجاه الخصلة الأخرى (اللوحة
في الشكل 1). يقع العمود الفقري من الناحية الهيكلية على "الخارج" من اللولب المزدوج ، مما يؤدي إلى تكوين مجموعة من الشحنات السالبة على السطح. تتراكم القواعد النيتروجينية لكل من الخيوط المتوازية داخل الهيكل وتتعارض مع بعضها البعض بطريقة تسمح للروابط الهيدروجينية بين أزواج البيورين / بيريميدين الفريدة (اقتران A مع T و G الاقتران مع C) لتشكيل. نسمي هذه الأزواج الأساسية المحددة مكمل قاعده ازواج. وبالتالي ، نشير إلى خيوط اللولب المزدوج المزدوجة على أنها خيوط تكميلية.
تحمل الخيوط التكميلية معلومات زائدة عن الحاجة. بسبب الاقتران الكيميائي الصارم ، إذا كنت تعرف تسلسل خصلة واحدة ، فأنت تعرف بشكل إلزامي خصلة مكملها. خذ ، على سبيل المثال ، التسلسل 5′- C A T A T G G G A T G - 3. لاحظ كيف التسلسل
مع الاتجاه (
بـ 5 'و 3' تسميات). تكملة هذا التسلسل - المكتوب وفقًا لاتفاقية 5 'إلى 3' هو: 5′- C A T C C C A T A T G - 3 ′. اذا أنت
، اكتب هذين التسلسلين عبر بعضهما البعض في ملاحظاتك ، وكتابتهما كخيوط متوازنة. لاحظ أن التواء الخيطين التكميليين حول بعضهما البعض يؤدي إلى تكوين ميزات هيكلية تسمى الأخاديد الرئيسية والثانوية التي ستصبح أكثر أهمية عندما نناقش ارتباط البروتينات بالحمض النووي (اللوحة)
في الشكل 1).
يتوقع معظم مدربي BIS2A أن تتعرف على السمات الهيكلية الرئيسية الموضحة في الشكل أدناه وأنك ستتعرف عليها
قم بإنشاء شخصية أساسية لبنية الحمض النووي بنفسك.
شكل 1. يحتوي الحمض النووي على (أ) بنية حلزونية مزدوجة و
مناقشة ملحوظة محتملة نقطة
خذ لحظة لمراجعة القواعد النيتروجينية في الشكل 1. حدد المجموعات الوظيفية كما هو موضح في الفصل. لكل مجموعة وظيفية محددة ، صف نوع الكيمياء التي تتوقعها
في نفس الوقت تقريبًا ، تم النظر في ثلاث فرضيات لأنماط تكرار الحمض النووي.
النموذج المحافظ والنموذج شبه المحافظ والنموذج المشتت.
1. التحفظ: افترض النموذج المحافظ للنسخ المتماثل أن كل جزيء مزدوج الشريطة يمكن أن يعمل كقالب لتخليق جزيء جديد مزدوج الشريطة. إذا كان على المرء أن يضع علامة كيميائية على جزيء DNA النموذجي بعد النسخ المتماثل ،
على النسخة الجديدة.
2. شبه متحفظ: نصت هذه الفرضية على أن كل خيط فردي من جزيء DNA يمكن أن يعمل كقالب لخيط جديد يمكن أن يرتبط به الآن.
، لو
على جزيء DNA مزدوج الشريطة ، يحتفظ خيط واحد على كل نسخة بالملصق.
3. التشتت: اقترح هذا النموذج أن اللولب المزدوج المنسوخ من شأنه أن يجمع بين الأجزاء المستمرة من الخيوط "القديمة" و "الجديدة".
على جزيء DNA
باستخدام آلية تشتت ، يمكن للمرء أن يجد أجزاء منفصلة من النسخة الناتجة
على كلا الخيوط مفصولة بـ
الأجزاء غير المسماة.
قام Meselson و Stahl بحل المشكلة في عام 1958 عندما أبلغوا عن نتائج تجربة مشهورة الآن (وصف في ويكيبيديا) الذي أظهر أن تكرار الحمض النووي شبه محافظ (الشكل 2) ، حيث كل حبلا
نموذج لإنشاء حبلا جديد. لمعرفة المزيد حول هذه التجربة ، شاهد تجربة Meselson-Stahl.
الشكل 2. يحتوي الحمض النووي على بنية حلزونية مزدوجة مضادة للتوازي ، وقواعد النوكليوتيدات مرتبطة بالهيدروجين معًا ، وكل حبلا يكمل الآخر.
تكرار الحمض النووي
بعد إنشاء بعض الميزات الهيكلية الأساسية والحاجة إلى آلية شبه محافظة ، من المهم فهم بعض ما نعرفه عن العملية والتفكير في الأسئلة التي قد يرغب المرء في الإجابة عليها إذا كان عليهم فهم ما يجري بشكل أفضل .
نظرًا لأن تكرار الحمض النووي هو عملية ، يمكننا استدعاء عنوان قصة الطاقة للتفكير في الأمر. تذكر أن نموذج تقييم قصة الطاقة موجود لمساعدتنا على التفكير بشكل منهجي في العمليات (كيف تنتقل الأشياء من أ إلى ب). في هذه الحالة ، فإن العملية المعنية هي البدء بجزيء DNA مزدوج الشريطة وينتهي بجزيئين مزدوجي الشريطة. لذلك ، سوف نسأل مجموعة متنوعة من الأسئلة: كيف يبدو النظام في بداية (المادة والطاقة) من التكرار؟ كيف يتم نقل المادة والطاقة في النظام ، وما الذي يحفز عمليات النقل؟ كيف يبدو النظام في نهاية العملية؟ يمكننا أيضًا طرح أسئلة تتعلق بأحداث معينة يجب أن تكون
أثناء عملية. على سبيل المثال ، لأن الحمض النووي جزيء طويل
أحيانًا يكون دائريًا ، يمكننا طرح أسئلة أساسية مثل ، أين تبدأ عملية النسخ المتماثل؟ أين تنتهي؟ يمكننا أيضًا طرح أسئلة عملية حول العملية مثل ، ماذا يحدث عندما يكون الهيكل مزدوج الشريطة
?
نحن نأخذ في الاعتبار بعض هذه الأسئلة الرئيسية في النص وفي الفصل ونشجعك على فعل الشيء نفسه.
متطلبات تكرار الحمض النووي
لنبدأ بإدراج بعض المتطلبات الوظيفية الأساسية لتكرار الحمض النووي التي يمكننا الاستدلال عليها بمجرد التفكير في العملية التي يجب أن تحدث و / أو
من أجل حدوث النسخ المتماثل. إذا ماذا نحتاج؟
• نحن نعلم أن الحمض النووي
من النيوكليوتيدات. إذا أردنا إنشاء خيط جديد ، فسنحتاج إلى مصدر للنيوكليوتيدات.
• يمكننا أن نستنتج أن بناء خيط جديد من الحمض النووي سيتطلب مصدر طاقة - يجب أن نحاول إيجاد هذا.
• يمكننا أن نستنتج أنه يجب أن تكون هناك عملية للعثور على مكان لبدء النسخ المتماثل.
• يمكننا أن نستنتج أنه سيكون هناك واحد أو أكثر من الإنزيمات التي تساعد
عملية النسخ المتماثل.
• يمكننا أيضًا أن نستنتج أنه نظرًا لأن هذه عملية كيميائية حيوية ، فإنها سترتكب بعض الأخطاء.
مراجعة بنية النوكليوتيدات
تذكر بعض السمات الهيكلية الأساسية لبنات بناء النيوكليوتيدات في الحمض النووي. تبدأ النيوكليوتيدات في شكل نيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات.
بدء النسخ المتماثل
أين تبدأ آلية النسخ على طول الحمض النووي في تكرار الحمض النووي؟
مع الملايين ، إن لم يكن المليارات ، من النيوكليوتيدات لنسخ كيف يعرف بوليميريز الحمض النووي من أين يبدأ؟ تبين أن هذه العملية ليست عشوائية. هناك تسلسلات محددة من النوكليوتيدات تسمى أصول النسخ المتماثل على طول الحمض النووي الذي يبدأ عنده النسخ المتماثل. بمجرد هذا الموقع
، ومع ذلك، هناك مشكلة. الحلزون المزدوج للحمض النووي
معًا عن طريق تفاعلات التراص الأساسية والروابط الهيدروجينية. إذا كان يجب على كل حبلا
ونسخها بشكل فردي ، يجب أن تكون هناك آلية ما مسؤولة عن المساعدة في فصل الخيوط عن بعضها البعض. بقوة ، هذه عملية مفعمة بالحيوية. من أين تأتي الطاقة وكيف يكون هذا التفاعل
؟ يجب أن يؤدي الاستدلال الأساسي إلى فرضية أن محفز البروتين من المحتمل أن يكون متورطًا ، وأن هذا الإنزيم إما يخلق روابط جديدة أكثر ملاءمة من الناحية النشطة (طاقة خارجية) من الروابط التي يكسرها و / أو يمكن أن يقرن استخدام مصدر طاقة خارجي مع تساعد في فصل الخيوط.
اتضح أن تفاصيل هذه العملية والبروتينات المعنية تختلف اعتمادًا على الكائن المحدد المعني ، والعديد من تفاصيل المستوى الجزيئي
. ومع ذلك ، هناك بعض السمات المشتركة في تكاثر حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق ، وإحدى هذه الميزات هي أن العملية تنطوي على عدة أشكال مختلفة
البروتينات في تكرار الحمض النووي. أولاً ، يمكن للبروتينات المسماة "البادئات" أن تربط الحمض النووي بأصول النسخ المتماثل أو قريبة جدًا منها. يساعد تفاعل البروتينات البادئة مع الحمض النووي على زعزعة استقرار الحلزون المزدوج ويساعد أيضًا على تجنيد بروتينات أخرى ، بما في ذلك إنزيم يسمى DNAهيليكس إلى الحمض النووي. هنا يبدو أن الطاقة المطلوبة لزعزعة استقرار الحلزون المزدوج للحمض النووي تأتي من تكوين روابط جديدة بين الدنا والبروتينات البادئة والبروتينات نفسها. إن هليكاز الحمض النووي هو بروتين متعدد الوحدات مهم في عملية النسخ المتماثل لأنه يقرن التحلل المائي المفرط للـ ATP بفك الحلزون المزدوج للحمض النووي. البروتينات الإضافية يجب أن
إلى مجمع البدء (مجموعة البروتينات المشاركة في
النسخ). وتشمل هذه ، ولكن
إلى ، تسمى الإنزيمات الإضافية بريمازو بوليميريز الحمض النووي. بينما يغادر البادئون بعد وقت قصير من بدء النسخ المتماثل ، تعمل بقية البروتينات بالتنسيق لتنفيذ عملية تكرار الحمض النووي. هذا المركب من الإنزيمات يعمل في هياكل على شكل Y في الحمض النووي تسمى شوك النسخ المتماثل (الشكل 4). لأي حدث نسخ متماثل ، يمكن أن تتشكل شوكتا نسخ متماثل في كل أصل من النسخ المتماثل ، وتمتد في كلا الاتجاهين.
على الكروموسومات حقيقية النواة وبعض العتائق ، بينما جينوم البكتيريا ، بكتريا قولونية، يبدو أنه يشفر أصل واحد للنسخ المتماثل.
استطالة النسخ المتماثل
إن الانصهار المفتوح للحلزون المزدوج للحمض النووي وتجميع مجمع تكرار الحمض النووي هو مجرد الخطوة الأولى في عملية النسخ المتماثل. حاليا
أثناء عملية استطالة الخصلة ، فإن بوليميريز الحمض النووي بلمرة ضفيرة جديدة مرتبطة تساهميًا من نيوكليوتيدات الحمض النووي (في البكتيريا قد يكون هذا الإنزيم المحدد
بوليميريز الحمض النووي الثالث ؛ في حقيقيات النوى ، تكون تسمية البوليميراز أكثر تعقيدًا وأدوار العديد من بروتينات البوليميراز
). اتضح أن خصلة واحدة
على الآخر ليكون بمثابة نموذج. إن بوليميريز الحمض النووي سوف "يقرأ" خيط القالب من 3 'إلى 5' ويصنع خيطًا جديدًا في اتجاه 5 'إلى 3'. عادة ما تركز الفرضيات لشرح هذه الملاحظة الشاملة على الطاقة المرتبطة بإضافة نيوكليوتيد جديد والحجج المرتبطة بإصلاح الحمض النووي التي سنصفها قريبًا. لذلك دعونا نفكر بإيجاز في التفاعل الذي ينطوي على إضافة نوكليوتيد واحد. يوفر التمهيدي 3 'هيدروكسيل مهم لبدء التوليف. يدخل ثلاثي فوسفات deoxyribonucleotide التالي موقع ربط DNA polymerase ، وكما هو موضح في الشكل 5 أدناه ،
بواسطة البوليميراز بحيث يمكن أن يحدث التحلل المائي لـ 5 'ثلاثي فوسفات. يطلق هذا التفاعل بيروفوسفات ويقرن التحلل المائي المفرط للطاقة للفوسفوهيدريد مع تخليق رابطة فوسفاتيستر بين 5 'فوسفات من النوكليوتيدات الواردة ومجموعة الهيدروكسيل 3' من التمهيدي. تتكرر هذه العملية حتى تنفد ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوتيد أو يسقط مجمع النسخ من الحمض النووي. في الواقع ، يضيف بوليميريز الحمض النووي مجموعة الفوسفات (5 ') من النوكليوتيدات الواردة إلى مجموعة الهيدروكسيل الموجودة (3') للنيوكليوتيدات المضافة سابقًا.
تصحيح الاقتران الأساسي ، أو اختيار النيوكليوتيدات الصحيحة لإضافتها في كل خطوة ،
من خلال القيود الهيكلية التي يشعر بها بوليميريز الحمض النووي والروابط الهيدروجينية المواتية بقوة المتكونة بين النيوكليوتيدات التكميلية. العملية
عن طريق التحلل المائي لثلاثي فوسفات 5 الوارد والتفاعلات الإيجابية بقوة التي تشكلت من التفاعلات بين النوكليوتيدات في اللولب المزدوج المتنامي (التراص الأساسي والقاعدة التكميلية التي تقترن روابط الهيدروجين). لاحظ أن الطاقة المضافة للنيوكليوتيدات لا تمنع تقنيًا نمو الخيط في الاتجاه من 3 إلى 5. يتمثل الاختلاف الرئيسي في مخطط التوليف "العكسي" هذا في أن "مصدر" الطاقة للتوليف يجب أن يأتي من نيوكليوتيد مدمج بالفعل في الخيط النامي بدلاً من النوكليوتيدات الجديدة الواردة (والتي قد يكون هذا عيبًا انتقائيًا مهمًا
موجز). بعد أن بدأ الاستطالة ، يأتي بوليميراز DNA مختلف (في البكتيريا نسمي هذا الإنزيم DNA Polymerase I) لإزالة مادة RNA الأولية وتجميع الجزء المتبقي من الحمض النووي المفقود.
كما تمت مناقشته بمزيد من التفصيل في الفصل ، فإن حركة شوكة النسخ تؤدي إلى لف الحمض النووي في كلا اتجاهي النسخ المتماثل. يسمى إنزيم آخر يستهلك ATP توبويزوميراز يساعد على تخفيف هذا الضغط.
الشكل 5. يحفز بوليميراز الحمض النووي إضافة مجموعة 5 فوسفات من نيوكليوتيد وارد إلى مجموعة هيدروكسيل 3 من النيوكليوتيدات السابقة. تخلق هذه العملية رابطة فسفودايستر بين النيوكليوتيدات أثناء التحلل المائي لرابطة الفوسفوهيدريد في النيوكليوتيدات.
المصدر: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/m ..
حبلا رائدة ومتأخرة
المناقشة أعلاه حول استطالة حبلا يصف عملية
الشكل 6.
الصورة الأصلية لفريق BIS2A
إنهاء النسخ المتماثل
التيلوميرات والتيلوميراز
تطرح نهايات التكاثر في الكروموسومات البكتيرية الدائرية بعض المشاكل العملية. ومع ذلك ، فإن نهايات الكروموسومات حقيقية النواة الخطية تشكل مشكلة محددة لتكرار الحمض النووي. نظرًا لأن بوليميريز الحمض النووي يمكن أن يضيف نيوكليوتيدات في اتجاه واحد فقط (5 'إلى 3') ، فإن الخيط الرئيسي يسمح بالتركيب المستمر حتى نهاية الكروموسوم
الشكل 7. نهايات الكروموسومات الخطية
التيلوميراز غير نشط في الخلايا الجسدية البالغة. تستمر الخلايا الجسدية البالغة التي تخضع للانقسام الخلوي في تقصير التيلوميرات الخاصة بها. هذا يعني أن تقصير التيلومير
مناقشة ملحوظة محتملة نقطة
تخيل أن الباحثين قد اخترعوا دواء للبشر ينظم نشاط التيلوميراز. هل ستكون متحمسًا أم ستكون متشككًا في أن تكون جزءًا من تجربة سريرية؟ هل تثق بهذا الدواء؟ هل يمكنك التفكير في أي عواقب سلبية لتفعيل الإنزيم تيلوميراز إلى مستوى لن يكون عليه "بشكل طبيعي"؟ بافتراض أن العلماء أثبتوا دون شك أن عقارهم ليس له آثار جانبية سلبية - ما هي بعض الأسئلة الأخلاقية التي قد تفكر فيها؟
الاختلافات في معدلات تكرار الحمض النووي بين البكتيريا وحقيقيات النوى
تكرار الحمض النووي له
طاولة
الاختلافات بين تكاثر بدائية النواة وحقيقية النواة | ||
---|---|---|
ملكية | بكتيريا | حقيقيات النواة |
أصل النسخ المتماثل | غير مرتبطة | عديد |
معدل البلمرة لكل بوليميراز | 1000 نيوكليوتيدات / ثانية | من 50 إلى 100 نيوكليوتيدات / ثانية |
هيكل الكروموسوم | دائري | خطي |
تيلوميراز | غير موجود |
ارتباط بمصادر خارجية
انقر من خلال برنامج تعليمي حول تكرار الحمض النووي.
تحدي تصميم النسخ المتماثل: التدقيق اللغوي
عندما تقوم الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها ، فإنها تفعل ذلك استجابة للإشارات البيئية التي تخبر الخلية أن الوقت قد حان للانقسام. الهدف المثالي لتكرار الحمض النووي هو إنتاج نسختين متطابقتين من قالب الحمض النووي المزدوج الشريطة والقيام بذلك في فترة زمنية لا تشكل تكلفة انتقائية تطورية عالية بشكل غير ملائم. هذه مهمة شاقة عندما تفكر في أن هناك حوالي 6500.000.000 زوج أساسي في الجينوم البشري و حوالي 4500.000 زوج أساسي في جينوم نموذجي. بكتريا قولونية سلالة وأن الطبيعة قررت أن الخلايا يجب أن تتكاثر في غضون 24 ساعة و 20 دقيقة ، على التوالي. في كلتا الحالتين ، يجب أن تحدث العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية الفردية.
في حين أن التكرار المثالي سيحدث بأمانة تامة ، فإن تكرار الحمض النووي ، مثل جميع العمليات الكيميائية الحيوية الأخرى ، غير كامل - قد تكون القواعد
خارج ، قد قواعد إضافية
، أو
التي لا تعمل بشكل صحيح زوج القاعدة. في العديد من الكائنات الحية ، تحدث العديد من الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي
على الفور بواسطة بوليميراز الحمض النووي نفسه عبر آلية تعرف باسم التدقيق اللغوي. في التدقيق اللغوي، فإن بوليميراز الحمض النووي "يقرأ" كل قاعدة مضافة حديثًا عن طريق استشعار وجود أو عدم وجود شذوذ بنيوي صغير قبل إضافة القاعدة التالية إلى الخيط المتنامي. للقيام بذلك،
.
إذا اكتشف البوليميراز وجود قاعدة مضافة حديثًا
بشكل صحيح مع القاعدة في حبلا القالب ، فإنه يضيف النوكليوتيد التالي. إذا كان ، مع ذلك ، نيوكليوتيد خاطئ
إلى البوليمر المتنامي ، سيؤدي الحلزون المزدوج المشوه إلى توقف بوليميراز الحمض النووي ، وسيخرج المادة المصنعة حديثًا
من موقع البلمرة.
ستدخل خيوط الحمض النووي موقع نوكلياز خارجي. في هذا الموقع ، يمكن لبوليميراز الحمض النووي أن ينفصل عن النيوكليوتيدات العديدة الأخيرة
على البوليمر. بمجرد أن يزيل البوليميراز النيوكليوتيدات غير الصحيحة ، يمكن لشريط الحمض النووي أن يعود إلى موقع البلمرة وستقوم النيوكليوتيدات الجديدة
تكرارا. تأتي إمكانية التدقيق اللغوي هذه مع بعض المفاضلات: يتطلب استخدام بوليميراز تصحيح الخطأ / الأكثر دقة وقتًا (المفاضلة هي سرعة النسخ المتماثل) والطاقة (دائمًا تكلفة مهمة يجب مراعاتها). كلما كنت أبطأ ، كلما كنت أكثر دقة. ومع ذلك ، فإن التباطؤ الشديد قد يمنعك من التكرار بنفس سرعة منافسيك ، لذا فإن معرفة التوازن أمر أساسي.
نحن نسمي الأخطاء
عن طريق التدقيق اللغوي الطفرات.
أخطاء النسخ وإصلاح الحمض النووي
على الرغم من أن تكرار الحمض النووي عادة ما يكون عملية عالية الدقة وأن تصحيح بلمرة الحمض النووي يساعد في الحفاظ على معدل الخطأ منخفضًا ، إلا أن الأخطاء لا تزال تحدث. إلى جانب أخطاء التكرار ، قد يحدث ضرر بيئي أيضًا للحمض النووي. قد تؤدي مثل هذه الأخطاء غير المصححة في النسخ المتماثل أو تلف الحمض النووي البيئي إلى عواقب وخيمة. لذلك ، طورت الطبيعة العديد من الآليات لإصلاح الحمض النووي التالف أو المركب بشكل غير صحيح.
إصلاح عدم التطابق
قد يتم تصحيح الأخطاء التي لم يتم تصحيحها أثناء النسخ المتماثل بدلاً من ذلك بعد اكتمال النسخ المتماثل ؛
تعرف هذا النوع من الإصلاح إصلاحات عدم التطابق. تتعرف إنزيمات معينة على النيوكليوتيدات المضافة بشكل غير صحيح وتستأصله ، واستبداله بالقاعدة الصحيحة. ولكن كيف تتعرف إنزيمات إصلاح عدم التطابق على أي من القاعدتين غير صحيح؟
في
يعني أنه بعد النسخ المتماثل مباشرة ، سيكون لشريط الحمض النووي الأبوي مجموعات ميثيل ، في حين أن الشريط المركب حديثًا يفتقر إليها. وبالتالي ، يمكن أن تقوم إنزيمات إصلاح عدم التطابق بمسح الحمض النووي وإزالة القواعد المدمجة بشكل خاطئ من الخيط الجديد غير الميثيلي المركب باستخدام الخيط الميثلي كقالب "صحيح" يمكن من خلاله دمج نيوكليوتيد جديد. في حقيقيات النوى ، الآلية
، لكننا نعتقد أنه يتضمن التعرف على النكات غير المختومة في الخيط الجديد ، ورابطًا قصير المدى ومستمرًا لبعض بروتينات النسخ مع حبلا الابنة الجديدة بعد اكتمال النسخ المتماثل.
الشكل 2. في إصلاح عدم التطابق ، القاعدة المضافة بشكل غير صحيح
إصلاح الختان النوكليوتيدات
إصلاح الختان النوكليوتيدات تحل الإنزيمات محل القواعد غير الصحيحة عن طريق إجراء قطع على طرفي 3 'و 5' للقاعدة غير الصحيحة. الجزء الكامل من الحمض النووي
الشكل 3. يعمل استئصال النوكليوتيدات على إصلاح ثنائيات الثايمين. عندما تتعرض للأشعة فوق البنفسجية ، الكذب الثايمين
عواقب الأخطاء في النسخ والنسخ والترجمة
شيء أساسي للتفكير فيه:
طورت الخلايا طرقًا متنوعة للتأكد من اكتشاف أخطاء الحمض النووي وتصحيحها. لقد ناقشنا بالفعل العديد منهم. لكن لماذا تطورت العديد من الآليات؟ من التدقيق اللغوي بواسطة بوليميرات الحمض النووي المختلفة المعتمدة على الحمض النووي ، إلى أنظمة الإصلاح المعقدة. لم تتطور مثل هذه الآليات لأخطاء في النسخ أو الترجمة. إذا كنت معتادًا على عمليات النسخ و / أو الترجمة ، ففكر في عواقب الخطأ في النسخ. هل مثل هذا الخطأ سيؤثر على النسل؟ هل ستكون قاتلة للخلية؟ ماذا عن الأخطاء في الترجمة؟ اطرح نفس الأسئلة حول عملية الترجمة. ماذا سيحدث لو