معلومة

متى يتكاثر الحمض النووي في الواقع؟

متى يتكاثر الحمض النووي في الواقع؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت على ويكيبيديا أنه عندما تدخل الخلية الطور الأولي أثناء الانقسام ، فقد تم بالفعل تكرار الحمض النووي ، وهذا هو الحمض النووي يتكرر في شكل الكروماتين ، لكن هنا أرى الصورة التي تظهر الحمض النووي المكثف بالفعل (الآن الكروموسوم) ينقسم إلى أخت الكروماتيدات. متى ينقسم الحمض النووي في الواقع؟

رابط إلى ويكيبيديا - https://en.wikipedia.org/wiki/Prophase


وفقًا لهذه الورقة ومعظم الكتب المدرسية في علم الأحياء ، يتم تحديد المرحلة S أو مرحلة التوليف حرفيًا من خلال بداية ونهاية تكرار الحمض النووي. لا تمثل الصورة الأولى بدقة طبيعة تكرار الحمض النووي ، وهي بدلاً من ذلك نموذج لمساعدة الأشخاص على تتبع نسخ الحمض النووي أثناء مراحل انقسام الخلايا. يتم نسخ الحمض النووي على شكل كروماتين ويتكثف إلى شكل كروموسوم "مزدوج". يمكنك أن ترى بعض الصور المجهرية لتكثيف الحمض النووي في هذه الورقة. سترى أنها لا تتكثف ككروماتيدات مفردة ، لكن تم تكرارها بالفعل.


تكرار الحمض النووي

في علم الأحياء الجزيئي ، تكرار الحمض النووي هي العملية البيولوجية لإنتاج نسختين متطابقتين من الحمض النووي من جزيء DNA أصلي. [1] يحدث تكرار الحمض النووي في جميع الكائنات الحية التي تعمل باعتبارها الجزء الأكثر أهمية في الوراثة البيولوجية. هذا ضروري لانقسام الخلايا أثناء نمو وإصلاح الأنسجة التالفة ، بينما يضمن أيضًا أن كل خلية جديدة تتلقى نسختها الخاصة من الحمض النووي. [2] تمتلك الخلية الخاصية المميزة للانقسام ، مما يجعل تكرار الحمض النووي أمرًا ضروريًا.

يتكون الحمض النووي من حلزون مزدوج من خيطين متكاملين. يصف الحلزون المزدوج ظهور DNA مزدوج الشريطة والذي يتكون بالتالي من خيطين خطيين يتقابلان مع بعضهما البعض ويلتفان معًا لتشكيل. [3] أثناء النسخ المتماثل ، يتم فصل هذه الخيوط. ثم يعمل كل خيط من جزيء الحمض النووي الأصلي كقالب لإنتاج نظيره ، وهي عملية يشار إليها باسم النسخ شبه المحافظ. نتيجة للتكرار شبه المحافظ ، سيتكون اللولب الجديد من خيط DNA أصلي بالإضافة إلى خيط مركب حديثًا. [4] تضمن آليات التدقيق الخلوي وفحص الأخطاء الدقة شبه الكاملة لتكرار الحمض النووي. [5] [6]

في الخلية ، يبدأ تكرار الحمض النووي في مواقع محددة ، أو أصول النسخ المتماثل ، في الجينوم [7] الذي يحتوي على المادة الجينية للكائن الحي. [8] يؤدي فك الحمض النووي في منشأ الخيوط الجديدة وتكوينها ، والتي يتم استيعابها بواسطة إنزيم يُعرف باسم هيليكاز ، إلى نمو شوكات النسخ المتماثل ثنائية الاتجاه من الأصل. يرتبط عدد من البروتينات بشوكة النسخ المتماثل للمساعدة في بدء واستمرار تخليق الحمض النووي. الأهم من ذلك ، أن بوليميراز الحمض النووي يصنع الخيوط الجديدة عن طريق إضافة نيوكليوتيدات تكمل كل خيط (قالب). يحدث تكرار الحمض النووي خلال المرحلة S من الطور البيني.

يمكن أيضًا إجراء تكرار الحمض النووي (تضخيم الحمض النووي) في المختبر (بشكل مصطنع ، خارج الخلية). يمكن استخدام بوليميرات الحمض النووي المعزولة من الخلايا وبادئات الحمض النووي الاصطناعية لبدء تخليق الحمض النووي في تسلسلات معروفة في جزيء قالب DNA. ومن الأمثلة على ذلك تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) ، وتفاعل سلسلة الليجيز (LCR) ، والتضخيم بوساطة النسخ (TMA). في مارس 2021 ، أبلغ الباحثون عن أدلة تشير إلى أن الشكل الأولي من نقل الحمض النووي الريبي ، وهو مكون ضروري للترجمة ، والتوليف البيولوجي للبروتينات الجديدة وفقًا للشفرة الجينية ، يمكن أن يكون جزيءًا مكررًا بحد ذاته في التطور المبكر للحياة ، أو النشوء التلقائي. [9] [10]


قواعد المسؤول

تم إجراء اكتشافات مهمة أخرى حول الحمض النووي في منتصف القرن العشرين بواسطة Erwin Chargaff. درس الحمض النووي من العديد من الأنواع المختلفة. كان مهتمًا بشكل خاص بقواعد النيتروجين الأربعة المختلفة للحمض النووي: الأدينين (A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) ، والثيمين (T) (انظر شكل أدناه). وجد Chargaff أن تركيزات القواعد الأربعة تختلف من نوع إلى آخر. ومع ذلك ، في كل نوع ، كان تركيز الأدينين دائمًا مساويًا لتركيز الثايمين. وينطبق الشيء نفسه على تركيزات الجوانين والسيتوزين. أصبحت هذه الملاحظات تعرف باسم قواعد Chargaff & rsquos. لن يتم الكشف عن أهمية القواعد حتى يتم اكتشاف بنية الحمض النووي.

قواعد النيتروجين في الحمض النووي. الحمض النووي لجميع الأنواع له نفس القواعد النيتروجينية الأربعة.

اللولب المزدوج

بعد اكتشاف أن الحمض النووي هو المادة الجينية ، أراد العلماء معرفة المزيد عنها. يُمنح جيمس واتسون وفرانسيس كريك عادةً الفضل في اكتشاف أن الحمض النووي له امتدادمزدوج حلزون الشكل ، مثل درج حلزوني (انظر شكل أدناه). استند الاكتشاف إلى العمل السابق لروزاليند فرانكلين والعلماء الآخرين ، الذين استخدموا الأشعة السينية لمعرفة المزيد عن بنية الحمض النووي و rsquos. لم يُنسب الفضل دائمًا إلى فرانكلين وهؤلاء العلماء الآخرين لمساهماتهم. يمكنك معرفة المزيد عن عمل Franklin & rsquos من خلال مشاهدة الفيديو على هذا الرابط: http://www.youtube.com/watch؟v=s3whouvZYG8 (7:47).

جزيء الحمض النووي له شكل حلزون مزدوج. هذا هو نفس الشكل الأساسي مثل الدرج الحلزوني. هل ترى التشابه؟ أي أجزاء من جزيء الحمض النووي تشبه درجات السلم الحلزوني؟

أدى الشكل الحلزوني المزدوج للحمض النووي ، جنبًا إلى جنب مع قواعد Chargaff & rsquos ، إلى فهم أفضل للحمض النووي. يتكون الحمض النووي ، باعتباره حمض نووي ، من النوكليوتيدات مونومرات ، والحلزون المزدوج للحمض النووي يتكون من سلسلتين عديد النوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من سكر (deoxyribose) ومجموعة فوسفات وقاعدة تحتوي على نيتروجين (A أو C أو G أو T).

خلص العلماء إلى أن الروابط (الروابط الهيدروجينية) بين القواعد التكميلية تربط بين سلسلتي عديد النوكليوتيد للحمض النووي. يرتبط الأدينين دائمًا بقاعدته التكميلية ، الثايمين. يرتبط السيتوزين دائمًا بقاعدته التكميلية ، الجوانين. إذا نظرت إلى قواعد النيتروجين في شكل أعلاه ، سترى لماذا. الأدينين والجوانين لهما هيكل من حلقتين. السيتوزين والثايمين لهما حلقة واحدة فقط. إذا ارتبط الأدينين بالجوانين والسيتوزين مع الثايمين ، فإن المسافة بين سلسلتي الحمض النووي ستكون متغيرة. ومع ذلك ، عندما يرتبط جزيء من حلقة واحدة بجزيء من حلقتين ، تظل المسافة بين السلسلتين ثابتة. هذا يحافظ على الشكل الموحد للحلزون المزدوج للحمض النووي. هؤلاء قاعده ازواج (A-T أو G-C) تلتصق بمنتصف اللولب المزدوج ، وتشكل ، في جوهرها ، درجات السلم الحلزوني.

تكرار الحمض النووي

ساعدت معرفة بنية الحمض النووي و rsquos العلماء على فهم كيفية تكرار الحمض النووي. تكرار الحمض النووي هي العملية التي يتم فيها نسخ الحمض النووي. يحدث أثناء مرحلة التوليف (S) لدورة الخلية حقيقية النواة. يبدأ تكرار الحمض النووي عندما يكسر إنزيم ، DNA هيليكاز ، الروابط بين القواعد التكميلية في الحمض النووي (انظر شكل أدناه). يكشف هذا عن القواعد الموجودة داخل الجزيء بحيث يمكن قراءتها بواسطة إنزيم آخر ، وهو DNA polymerase ، واستخدامها لبناء شريطين جديدين من DNA مع قواعد تكميلية ، وأيضًا بواسطة DNA polymerase. يحتوي الجزيئان البنتان اللذان ينتج كل منهما على خيط واحد من الجزيء الأصلي وخيط جديد مكمل له. نتيجة لذلك ، فإن كلا من الجزيئات الابنة متطابقة مع الجزيء الأصل. تكرار الحمض النووي أ شبه محافظ عملية لأن نصف جزيء الدنا الأصلي محفوظ في كل من جزيئي الدنا الوليدين.

إن عملية تكرار الحمض النووي هي في الواقع أكثر تعقيدًا من هذا الملخص البسيط. يمكنك مشاهدة الرسوم المتحركة التفصيلية للعملية على هذا الرابط: http://www.youtube.com/watch؟v=-mtLXpgjHL0 (2:05).

تكرار الحمض النووي. تكرار الحمض النووي هو عملية شبه محافظة. يتم حفظ نصف جزيء الحمض النووي الأصل في كل من جزيئي الحمض النووي البنتين.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • اشرح كيف تكشف بنية الحمض النووي عن عملية النسخ
  • وصف تجارب ميسيلسون وستال

قدم توضيح بنية اللولب المزدوج تلميحًا حول كيفية تقسيم الحمض النووي وعمل نسخ منه. في بحثهما لعام 1953 ، صاغ واتسون وكريك تقويضًا لا يُصدق: & # 8220 لم يفلت من ملاحظة أن الاقتران المحدد الذي افترضناه على الفور يشير إلى آلية نسخ محتملة للمادة الجينية. & # 8221 مع أزواج أساسية محددة ، تسلسل يمكن توقع خيط DNA واحد من مكمله. يقترح نموذج اللولب المزدوج أن خيطي اللولب المزدوج منفصلان أثناء النسخ المتماثل ، ويعمل كل خيط كقالب يُنسخ منه الشريط التكميلي الجديد. ما لم يكن واضحًا هو كيفية حدوث النسخ المتماثل. تم اقتراح ثلاثة نماذج ((الشكل)): محافظة وشبه محافظة ومشتتة.


في التكرار المحافظ ، يبقى الحمض النووي الأبوي معًا ، وتكون خيوط الابنة المشكلة حديثًا معًا. تقترح الطريقة شبه المحافظة أن كل من خيطي DNA الأبوين يعملان كقالب للحمض النووي الجديد ليتم تصنيعه بعد النسخ المتماثل ، كل DNA مزدوج الشريطة يشتمل على خيط أبوي واحد أو خيط "قديم" وحبل واحد "جديد". في النموذج المشتت ، تحتوي كلتا نسختين من الحمض النووي على أجزاء مزدوجة تقطعت بها السبل من الحمض النووي الأبوي والحمض النووي المركب حديثًا.

كان Meselson و Stahl مهتمين بفهم كيفية تكرار الحمض النووي. لقد نموا بكتريا قولونية لعدة أجيال في وسط يحتوي على نظير "ثقيل" من النيتروجين (15 نيوتن) ، والذي يتم دمجه في القواعد النيتروجينية ، وفي النهاية في الحمض النووي ((الشكل)).


ال بكتريا قولونية ثم تم وضع المزرعة في وسط يحتوي على 14 نيوتن وسمح لها بالنمو لعدة أجيال. بعد كل جيل من الأجيال القليلة الأولى ، تم حصاد الخلايا وعزل الحمض النووي ، ثم طرده بسرعات عالية في جهاز طرد مركزي فائق. أثناء الطرد المركزي ، تم تحميل الحمض النووي في ملف الانحدار (عادة محلول ملح مثل كلوريد السيزيوم أو السكروز) ويتم غزله بسرعات عالية تتراوح من 50،000 إلى 60،000 دورة في الدقيقة. في ظل هذه الظروف ، سيشكل الحمض النووي عصابة وفقًا له كثافة الطفو: الكثافة داخل التدرج الذي يطفو عنده. سيشكل الحمض النووي الذي ينمو في 15 نيوتن نطاقًا عند موضع كثافة أعلى (أي أسفل أنبوب الطرد المركزي) مقارنة بتلك التي نمت في 14 ن. N ، كان النطاق الفردي الذي تمت ملاحظته وسيطًا في الموضع بين الحمض النووي للخلايا التي نمت حصريًا في 15 N و 14 N. وهذا يشير إما إلى نمط النسخ المتماثل شبه المحافظ أو المشتت. شكل الحمض النووي المأخوذ من الخلايا التي نمت على مدى جيلين في 14 نيوتن شريطين: شريط واحد للحمض النووي كان في الموضع المتوسط ​​بين 15 نيوتن و 14 نيوتن ، والآخر يتوافق مع نطاق 14 نيوتن. لا يمكن تفسير هذه النتائج إلا إذا تكرر الحمض النووي بطريقة شبه محافظة. ولهذا السبب ، تم استبعاد النموذجين الآخرين.

أثناء تكرار الحمض النووي ، يعمل كل من الخيطين اللذين يشكلان الحلزون المزدوج كقالب تُنسخ منه خيوط جديدة. سوف تكون الخيوط الجديدة مكملة للخيوط الأبوية أو "القديمة". عندما يتم تكوين نسختين من الحمض النووي للابنتين ، يكون لهما نفس التسلسل وينقسمان بالتساوي إلى خليتين ابنتيتين.

انقر عبر نسخ الحمض النووي (فلاش للرسوم المتحركة).

ملخص القسم

أثناء انقسام الخلية ، تتلقى كل خلية ابنة نسخة من كل جزيء من الحمض النووي من خلال عملية تعرف باسم تكرار الحمض النووي. يتكون الكروموسوم الفردي من بدائيات النوى أو كل كروموسوم من حقيقيات النوى من حلزون مزدوج واحد مستمر. يشير نموذج تكرار الحمض النووي إلى أن خيطي اللولب المزدوج ينفصلان أثناء التكرار ، ويعمل كل خيط كقالب يتم نسخ الخيط التكميلي الجديد منه. في النموذج المحافظ للنسخ المتماثل ، يتم حفظ الحمض النووي للوالدين ، ويتم تصنيع الحمض النووي للابنة حديثًا. يقترح النموذج شبه المحافظ أن كل من خيطي الحمض النووي الأبوين يعملان كقالب للحمض النووي الجديد ليتم تصنيعه بعد النسخ المتماثل ، ويحتفظ كل DNA مزدوج الشريطة بالضفيرة الأبوية أو "القديمة" وخيط واحد "جديد". اقترح النموذج المشتت أن نسختين من الحمض النووي ستحتويان على أجزاء من الحمض النووي الأبوي والحمض النووي المركب حديثًا. دعمت تجربة Meselson و Stahl النموذج شبه المحافظ للتكرار ، حيث يتكون الكروموسوم المكرر بالكامل من خيط أبوي واحد وخيط واحد من الحمض النووي المركب حديثًا.

إستجابة مجانية

كيف علم المجتمع العلمي أن تكرار الحمض النووي يحدث بطريقة شبه محافظة؟

تجارب ميسيلسون مع بكتريا قولونية نمت في 15 نيوتن استنتج هذه النتيجة.

تخيل أن تجارب ميسلسون وستال قد دعمت التكرار المحافظ بدلاً من التكرار شبه المحافظ. ما النتائج التي تتوقع ملاحظتها بعد جولتين من النسخ المتماثل؟ كن محددًا فيما يتعلق بتوزيعات الحمض النووي التي تتضمن 15 نيوتن و 14 نيوتن في التدرج.

بعد جولتين من النسخ المحافظ ، سيتم الكشف عن نطاقتين بعد التنبيذ الفائق. سيكون النطاق السفلي (الأثقل) عند كثافة 15 نيوتن ، وسيشكل 25 ٪ من إجمالي الحمض النووي. سيكون النطاق الثاني ، الأعلى (الأخف) عند كثافة 14 نيوتن ، وسيحتوي على 75 ٪ من إجمالي الحمض النووي.


كيف يعمل الحمض النووي

يحمل الحمض النووي المعلومات اللازمة لصنع جميع بروتينات الخلية. تقوم هذه البروتينات بتنفيذ جميع وظائف الكائن الحي وتحديد خصائصه. عندما تتكاثر الخلية ، يجب أن تمرر كل هذه المعلومات إلى الخلايا الوليدة.

قبل أن تتكاثر الخلية ، يجب أن تتكاثر أولاً استنساخأو عمل نسخة من حمضه النووي. يعتمد مكان حدوث تكاثر الحمض النووي على ما إذا كانت الخلايا بدائية النواة أو حقيقيات النوى (انظر الشريط الجانبي للحمض النووي الريبي في الصفحة السابقة لمزيد من المعلومات حول أنواع الخلايا). يحدث تكرار الحمض النووي في سيتوبلازم بدائيات النوى وفي نواة حقيقيات النوى. بغض النظر عن مكان حدوث تكرار الحمض النووي ، فإن العملية الأساسية هي نفسها.

يفسح هيكل الحمض النووي نفسه بسهولة لتكرار الحمض النووي. كل جانب من اللولب المزدوج يسير في الاتجاه المعاكس (ضد الموازية) الاتجاهات. يكمن جمال هذا الهيكل في أنه يمكن فك الضغط لأسفل في المنتصف ويمكن أن يعمل كل جانب كنمط أو قالب للجانب الآخر (يسمى تكرار شبه محافظ). ومع ذلك ، لا يتم فك ضغط الحمض النووي بالكامل. يتم فك ضغطه في منطقة صغيرة تسمى ملف شوكة النسخ المتماثل، والذي يتحرك بعد ذلك على طول الجزيء بالكامل.

  1. انزيم يسمى جريز الحمض النووي يصنع شقًا في اللولب المزدوج ويفصل كل جانب
  2. انزيم يسمى هيليكس يريح الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل
  3. عدة بروتينات صغيرة تسمى بروتينات ربط حبلا واحدة (SSB) يرتبط مؤقتًا بكل جانب ويفصل بينهما
  4. يسمى مركب إنزيم بوليميريز الحمض النووي & quotwalks & quot أسفل خيوط الحمض النووي ويضيف نيوكليوتيدات جديدة لكل خيط. تتزاوج النيوكليوتيدات مع النيوكليوتيدات التكميلية على الحامل الحالي (A مع T ، G مع C).
  5. وحدة فرعية من بوليميراز الدنا المراجعات الحمض النووي الجديد
  6. انزيم يسمى ligase DNA ختم الأجزاء في حبلا طويل مستمر
  7. النسخ الجديدة تنتهي تلقائيا مرة أخرى

قامت أنواع مختلفة من الخلايا بتكرار الحمض النووي الخاص بها بمعدلات مختلفة. تنقسم بعض الخلايا باستمرار ، مثل تلك الموجودة في شعرك وأظافرك وخلايا نخاع العظام. تمر الخلايا الأخرى بعدة جولات من انقسام الخلايا وتتوقف (بما في ذلك الخلايا المتخصصة ، مثل تلك الموجودة في الدماغ والعضلات والقلب). أخيرًا ، تتوقف بعض الخلايا عن الانقسام ، ولكن يمكن حثها على الانقسام لإصلاح الإصابة (مثل خلايا الجلد وخلايا الكبد). في الخلايا التي لا تنقسم باستمرار ، تأتي إشارات تكرار الحمض النووي / انقسام الخلايا في شكل مواد كيميائية. يمكن أن تأتي هذه المواد الكيميائية من أجزاء أخرى من الجسم (الهرمونات) أو من البيئة.

الحمض النووي لجميع الكائنات الحية له نفس البنية والشفرة ، على الرغم من أن بعض الفيروسات تستخدم الحمض النووي الريبي كحامل للمعلومات بدلاً من الحمض النووي. تمتلك معظم الحيوانات نسختين من كل كروموسوم. في المقابل ، قد تحتوي النباتات على أكثر من نسختين من عدة كروموسومات ، والتي تنشأ عادةً من أخطاء في توزيع الكروموسومات أثناء تكاثر الخلية. عادة ما يتسبب هذا النوع من الخطأ في الحيوانات في الإصابة بأمراض وراثية تكون قاتلة في العادة. لبعض الأسباب غير المعروفة ، هذا النوع من الخطأ ليس مدمرًا للنباتات.


في أي مرحلة من دورة الخلية يحدث تكرار الحمض النووي؟

أثناء دورة الخلية ، يحدث تكرار الحمض النووي أثناء جزء المرحلة S من الطور البيني. تحدث الطور البيني بين انقسامات الخلية وهي خطوة تمهيدية ضرورية لتقسيم الخلية.

ينقسم الطور البيني إلى ثلاث مراحل متتالية: المرحلة G1 ، المرحلة S والمرحلة G2. تتضمن مراحل G المرافقة نمو الخلية والتحضير لتقسيم الخلية ليحدث طور "G" في G يرمز إلى النمو. بين فترات النمو هذه ، تخضع الخلية لمرحلة التركيب ، أو المرحلة S. خلال المرحلة S ، يتم نسخ الكروموسومات داخل الخلية بحيث تحتوي الخلايا المقسمة على نسخ مطابقة من الحمض النووي. تخضع الخلية بعد ذلك للمراحل الأكثر نشاطًا من انقسام الخلية: الطور الأولي ، الطور الطوري ، الطور النهائي والتحرك الخلوي.

تستغرق الخلايا البشرية النموذجية حوالي 24 ساعة لإكمال دورة كاملة من تكاثر الخلايا وانقسامها. أطول جزء من هذه العملية هو الطور البيني ، والذي يستغرق حوالي 23 ساعة. يستغرق تكرار الكروموسومات خلال المرحلة S حوالي 8 ساعات. تكمل الأنواع الأخرى من الخلايا انقسام الخلايا بسرعة أكبر على سبيل المثال ، أثناء التطور الجنيني المبكر ، يمكن أن تحدث دورة الخلية الكاملة في حوالي 30 دقيقة. في هذه الانقسامات الخلوية السريعة ، غالبًا ما يتم تخطي مراحل النمو أو تقليلها بشكل كبير ويتم التكرار بسرعة أكبر. حتى في حالة عدم حدوث مرحلتي G1 و G2 ، يجب أن تكمل الخلية المرحلة S من الطور البيني من أجل تكرار الحمض النووي الخاص بها قبل الانقسام.


المبادرة

يتم تنفيذ عملية صنع تسلسل الحمض النووي الريبي بواسطة RNA Polymerase ، جنبًا إلى جنب مع مساعدة عامل النسخ. يساعد عامل النسخ RNA Polymerase على التعرف على تسلسل يسمى تسلسل المحفز والربط به. يقوم البوليميراز بفك حوالي 14 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي ويشكل معقدًا مفتوحًا لمحفز بوليميريز RNA. يُعرف هذا الشكل المفرد الذي تقطعت به السبل من الحمض النووي باسم & lsquotranscription فقاعة & rsquo.

الآن لكي يواصل البوليميراز وظيفته ويضيف نيوكليوتيدات لصنع الرنا المرسال ، فإنه يحتاج إلى فصله عن المروج. يحدث هذا من خلال عملية تعرف باسم البدء الفاشل. خلال هذه العملية ، ينشئ البوليميراز نسخًا قصيرة من الرنا المرسال يتم إطلاقها قبل أن ينفصل البوليميراز نفسه عن المروج.

المروج الهروب. (مصدر الصورة: Luis E Ramirez-Tapia / Wikimedia Commons)


النسخ المتماثل للفيروسات

جينيفر لوتين ، في علم الفيروسات البشري الأساسي ، 2016

4.4.1 الفئة الأولى: فيروسات dsDNA

تحتوي جميع الكائنات الحية على جينومات DNA مزدوجة الشريطة. وبالتالي ، تمتلك الفيروسات التي تحتوي على جينومات dsDNA أكثر الأحماض النووية تشابهًا مع الكائنات الحية ، وغالبًا ما تستخدم الإنزيمات والبروتينات التي تستخدمها الخلية عادةً لتكرار ونسخ الحمض النووي ، بما في ذلك بوليميرات الحمض النووي وبوليمرات الحمض النووي الريبي. تقع هذه في نواة خلية حقيقية النواة ، وبالتالي فإن جميع فيروسات dsDNA التي تصيب البشر (باستثناء فيروسات الجدري) تدخل نواة الخلية ، باستخدام الآليات المختلفة للدخول وفك الغلاف المذكورة أعلاه. تحتوي العديد من الفيروسات البشرية المعروفة على جينومات dsDNA ، بما في ذلك فيروسات الهربس وفيروسات الجدري والفيروسات الغدية والفيروسات التورامية.

يجب أن يحدث نسخ mRNA الفيروسي (vmRNA) قبل تكاثر الجينوم إذا كانت البروتينات الفيروسية متورطة في تكرار جينوم الفيروس. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل بعض البروتينات الفيروسية المترجمة عوامل النسخ لتوجيه نسخ الجينات الأخرى. كما نوقش في الفصل 3 ، "ميزات الخلايا المضيفة: مراجعة البيولوجيا الخلوية والجزيئية ، ترتبط عوامل النسخ بتسلسلات محددة داخل المروجين من الجينات الخلوية مباشرة في بداية موقع بدء النسخ لبدء نسخ تلك الجينات. معززات، التسلسلات التنظيمية التي تشارك أيضًا في النسخ ، تقع بعيدًا عن موقع بدء النسخ ويمكن أن تكون في المنبع أو في اتجاه مجرى النهر. تحتوي فيروسات dsDNA أيضًا على مناطق محفز ومُحسِّن داخل جينوماتها والتي لا يتم التعرف عليها فقط من خلال عوامل النسخ الفيروسي ولكن أيضًا بواسطة عوامل النسخ المضيفة. تبدأ هذه البروتينات في نسخ الجينات الفيروسية بواسطة المضيف RNA polymerase II.

تحدث معالجة السلائف الفيروسية mRNA (المعروفة أيضًا باسم تعديل ما بعد النسخ) من خلال نفس آليات mRNA الخلوية. تتلقى النصوص الفيروسية ذيل 5′-cap و 3′-poly (A) ، ويتم تقطيع نصوص بعض الفيروسات لتشكيل vmRNAs مختلفة. على سبيل المثال ، يتم ترميز كل جينات من فيروسات الهربس بواسطة المروج الخاص بها ولا يتم تقطيعها بشكل عام ، لكن جينوم الفيروس الغدي البشري E يحتوي على 17 جينًا يشفر 38 بروتينًا مختلفًا ، مشتق من التضفير البديل لـ vmRNA أثناء معالجة RNA.

تقوم فيروسات dsDNA بنسخ منتجاتها الجينية الفيروسية في موجات ، و فوري في وقت مبكر و / أو مبكرا الجينات هي الجينات الفيروسية الأولى التي يتم نسخها وترجمتها إلى بروتينات فيروسية. تمتلك هذه المنتجات الجينية مجموعة متنوعة من الوظائف ، يساعد العديد منها في توجيه النسخ الفعال للجينوم وزيادة نسخ الجينوم. متأخر الجينات التي تشفر البروتينات الهيكلية الرئيسية للفيريون والبروتينات الأخرى المشاركة في التجميع والنضج والإفراج من الخلية. يتطلب تكرار الجينوم الفيروسي العديد من البروتينات الخلوية التي تحتوي على الجينات المتأخرة التي يتم نسخها وترجمتها بعد نسخ جينوم الفيروس ، مما يضمن عدم تأثر إنزيمات المضيف اللازمة للتكاثر سلبًا بترجمة كمية هائلة من البروتينات الهيكلية الفيروسية.

لإنشاء فيريونات جديدة ، يجب ترجمة البروتينات الفيروسية ونسخ الجينوم أيضًا. باستثناء فيروسات الجدري ، يحدث تكرار الجينوم لجميع فيروسات dsDNA داخل نواة الخلية المصابة. يتم أيضًا إجراء تكرار الحمض النووي حقيقية النواة ، الذي تمت مراجعته أيضًا بمزيد من التفصيل في الفصل 3 ، "ميزات الخلايا المضيفة: مراجعة البيولوجيا الخلوية والجزيئية" بواسطة بوليميرات الحمض النووي والبروتينات الأخرى داخل النواة. ومع ذلك ، فإن بوليميرات الحمض النووي ، سواء كانت مشتقة من الخلايا أو مشتقة من الفيروسات ، لا يمكنها إجراء تخليق دي نوفو. يجب أن ترتبط ببادئة قصيرة من الحمض النووي التي ارتبطت بقطعة الحمض النووي أحادية السلسلة ، مكونة جزءًا قصيرًا مزدوج الشريطة يتم تمديده بعد ذلك بواسطة بوليميراز الحمض النووي (الشكل 4.8 أ). Primase هو الإنزيم الذي ينتج مواد أولية أثناء تكاثر الحمض النووي الخلوي ، وتستفيد بعض الفيروسات ، مثل الفيروسات التورامية وبعض فيروسات الهربس ، من إنزيم بريماز الخلوي لإنشاء مواد أولية على جينومات dsDNA الخاصة بها أثناء التكاثر. توفر فيروسات الهربس الأخرى ، مثل HSV-1 ، جزيء بريماز الخاص بها ، على الرغم من أن هذه العملية تحدث بشكل أقل شيوعًا. لا تزال فيروسات أخرى ، مثل الفيروسات الغدية ، تكوِّد مادة بروتينية فيروسية تحضِّر بوليميراز الحمض النووي الفيروسي الخاص بها (الشكل 4.8 ب). يتم استخدام بوليميراز الحمض النووي الخلوي بواسطة الفيروسات التورامية وفيروسات الورم الحليمي ، بينما تقوم جميع فيروسات الحمض النووي الريبي DNA الأخرى بتشفير بوليميرات الحمض النووي الخاصة بها لتكرار الجينوم الفيروسي. هناك حاجة إلى العديد من الإنزيمات والبروتينات الخلوية الأخرى لتخليق الحمض النووي ، وتعتمد الفيروسات عليها بدرجات متفاوتة ، اعتمادًا على الفيروس المحدد. تعد فيروسات الجدري استثناءً ملحوظًا لهذا: فهي تقوم بترميز جميع البروتينات اللازمة لتكرار الحمض النووي. في الواقع ، يقومون أيضًا بتشفير البروتينات اللازمة لنسخ الحمض النووي الريبي ، وبالتالي ، على عكس جميع فيروسات dsDNA الأخرى ، لا يحتاجون إلى الدخول إلى نواة الخلية المضيفة إما لتكرار الجينوم أو نسخ ومعالجة الجينات الفيروسية ، مما يسمح يحدث تكرارها بالكامل في السيتوبلازم.

لا تستطيع بوليميرات الحمض النووي إجراء تخليق de novo ولذا فهي بحاجة إلى جهاز تمهيدي لتكرار الحمض النووي. تستفيد بعض الفيروسات من الإنزيم الخلوي من أجل إنتاج مواد أولية (A) ، بينما تقوم فيروسات أخرى ، مثل الفيروسات الغدية ، بتشفير مادة أولية بروتينية تقوم بإعداد بوليميراز الحمض النووي الخاص بها (B). في عملية التهيئة الذاتية ، تنثني جينومات ssDNA لفيروسات البارفو مرة أخرى على نفسها لتشكل نهايات دبوس الشعر التي تعمل كطبقة أولية لبوليميراز الحمض النووي المضيف (C).


ALEVEL BIO تكرار الحمض النووي

متى يعمل بوليميريز الحمض النووي فقط من اتجاه 5 إلى 3؟ إنه شيء قبلته للتو ولكني أشعر بالفضول حقًا لمعرفة سبب ذلك.
من فضلك ، هل يمكن لأي شخص أن يشرح لي هذا بعبارات بسيطة حقًا؟
شكرا لك على مساعدتك!

ليس هذا ما تبحث عنه؟ جرب & hellip

أعتقد أن الأمر يتعلق بالموقع النشط لبوليميراز الحمض النووي كونه مكملًا فقط للنهاية 3
لذا ، نظرًا لأن كل خيط من اللولب المزدوج للحمض النووي هو عكس ما يعني أن أحد طرفيه هو 3 '--- 5' والآخر 5 '--- 3'
سيضيف بوليميراز الحمض النووي فقط النيوكليوتيدات إلى الطرف 3 لأنه مكمل لهذه الغاية فقط
والنيوكليوتيدات التي ستجلبها و "العمل" يجب أن يكون 5 "

(المنشور الأصلي بواسطة موريانو)
أعتقد أن الأمر يتعلق بالموقع النشط لبوليميراز الحمض النووي كونه مكملًا فقط للنهاية 3
لذا ، نظرًا لأن كل خيط من اللولب المزدوج للحمض النووي هو عكس ما يعني أن أحد طرفيه هو 3 '--- 5' والآخر 5 '--- 3'
سيضيف بوليميراز الحمض النووي فقط النيوكليوتيدات إلى الطرف 3 لأنه مكمل لهذه الغاية فقط
والنيوكليوتيدات التي ستجلبها و "العمل" يجب أن يكون 5 "

(المنشور الأصلي بواسطة lane_in_pain)
متى يعمل بوليميراز الحمض النووي فقط من اتجاه 5 إلى 3؟ إنه شيء قبلته للتو ولكني أشعر بالفضول حقًا لمعرفة سبب ذلك.
من فضلك ، هل يمكن لأي شخص أن يشرح لي هذا بعبارات بسيطة حقًا؟
شكرا لك على مساعدتك!

أنا في العام 13 وقد أمضيت الكثير من الوقت في الخوض في تفاصيل غير ضرورية مثل تعلم الكيمياء في علم الأحياء ، وتعلم موضوعات الكيمياء أحادية المستوى مثل تثبيت الرنين ، وهو ما يتجاوز مستوى الدورة التدريبية. لا يستحق القيام بذلك ، ولكن من الأفضل بكثير أن تتأكد من إتقان كل صياغة أو جملة وما إلى ذلك ، في مخططات علامة المواصفات الخاصة بك.

أشياء مثل 5 إلى 3 هي ما تتعلمه في درجة الكيمياء الحيوية. أستطيع أن أقول مع يقين بنسبة 98٪ أنه لن يتم اختباره أبدًا ، وإذا كان كذلك ، فمن المحتمل أن يظهر على أنه "علامة AP" في علامة 9 ، أي حيث توجد العديد من الإجابات المحتملة.


المرحلة S وتكرار الحمض النووي

المبادرة

بكتريا قولونية يبدأ تكرار الحمض النووي للكروموسومات داخل منطقة 245 نقطة أساس ، تسمى oriC. تحتوي هذه المنطقة على أربعة مواقع ربط 9-bp لـ بكتريا قولونية بروتين البادئ ، DnaA. يوجد في الجوار ثلاث تكرارات لتسلسل 13-bp A / T-rich. oriC يحتوي أيضًا على مواقع ارتباط محددة لاثنين من البروتينات الصغيرة الشبيهة بالهيستون تسمى HU و IHF. يبدأ النسخ المتماثل مع الارتباط التعاوني من 10 إلى 20 مونومر DnaA إلى مواقع الربط المحددة الخاصة بهم (الشكل 42.13). لكي تكون هذه المونومرات نشطة ، يجب أن يكون لكل منها ATP مرتبط. يسمح ربط DnaA بفك الحمض النووي عند تكرار 13 نقطة أساس ، في تفاعل يتطلب بروتينات تشبه الهيستون. بعد ذلك ، يرتبط DnaC بـ DnaB ويرافقه إلى الحمض النووي غير الملتحم. DnaB هو الحلزون الرئيسي الذي سيقود تكرار الحمض النووي عن طريق فك الحلزون المزدوج ، لكنه يربط الحمض النووي بشكل سيئ من تلقاء نفسه في غياب مرافقة DnaC. بمجرد أن يرسو DnaB على الحمض النووي ، يتم إطلاق DnaC ، ويمكن أن تبدأ هيليكس بعد ذلك في فك الحمض النووي ، بشرط وجود ATP و SSB و DNA gyrase. SSB هو بروتين مرتبط بالحمض النووي أحادي السلسلة يعمل على استقرار الحمض النووي غير الملتحم ، والحمض النووي gyrase عبارة عن topoisomerase (انظر الفصل 8) الذي يزيل الالتواء الذي يتم إنشاؤه عند فصل خيوط اللولب المزدوج.

الشكل 42.13. العوامل المتضمنة في بدء استنساخ الحمض النووي في الإشريكية القولونية.

أ، تسلسل الحمض النووي في OriC. ب، فك الأصل. ج ، تجليد هليكاز. د، القالب جاهز الآن لربط بوليميراز الحمض النووي. ADP ، ثنائي فوسفات الأدينوزين ATP ، أدينوسين ثلاثي الفوسفات SSB ، بروتين ربط الحمض النووي أحادي الجديلة.

(معدل من Baker TA، Wickner SH. علم الوراثة والإنزيمات لتكرار الحمض النووي في الإشريكية القولونية. Annu Rev Genet. 199226:447–477.)


شاهد الفيديو: علم الأحياء تحت المجهر: ما الحمض النووي والحمض النووي الريبي (قد 2022).