ما هو تسلسل تكرار الحمض النووي؟ ما هو تكرار الحمض النووي. الآلية الجزيئية للنسخ المتماثل

تكرار الحمض النوويهي عملية تضاعفها قبل انقسام الخلية. يشار إليها أحيانًا باسم "تكرار الحمض النووي". تحدث المضاعفة في المرحلة S من الطور البيني لدورة الخلية.

من الواضح أن النسخ الذاتي للمواد الجينية في الحياة البرية أمر ضروري. بهذه الطريقة فقط يمكن أن تحتوي الخلايا الوليدة التي تشكلت أثناء انقسام الخلية على قدر كبير من الحمض النووي كما كان في الأصل. بفضل التكرار ، تنتقل جميع الميزات المبرمجة وراثيًا للهيكل والتمثيل الغذائي في عدد من الأجيال.

في عملية الانقسام الخلوي ، يذهب كل جزيء DNA من زوج متطابق إلى الخلية البنت. هذا يضمن النقل الدقيق للمعلومات الوراثية.

أثناء تخليق الحمض النووي ، يتم استهلاك الطاقة ، أي أنها عملية مستهلكة للطاقة.

آلية تكرار الحمض النووي

جزيء الحمض النووي نفسه (بدون مضاعفة) هو حلزون مزدوج. في عملية المضاعفة ، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين سلسلتيها التكميليتين. وفي كل سلسلة فردية ، والتي تعمل الآن كمصفوفة قالب ، يتم بناء سلسلة تكميلية جديدة. وهكذا ، يتم تكوين جزيئين من الحمض النووي. لكل واحدة تحصل على سلسلة واحدة من الحمض النووي للأم ، والثانية تم تصنيعها حديثًا. لذلك ، فإن آلية تكرار الحمض النووي هي شبه محافظ(سلسلة واحدة قديمة ، واحدة جديدة). تم إثبات آلية النسخ هذه في عام 1958.

في جزيء الحمض النووي ، تكون الخيوط غير متوازية. هذا يعني أن خصلة واحدة تتحرك في الاتجاه من 5 "نهاية إلى 3" ، وتلك التكميلية تسير في الاتجاه الآخر. يشير الرقمان 5 و 3 إلى عدد ذرات الكربون في الديوكسيريبوز ، وهو جزء من كل نوكليوتيد. ترتبط النيوكليوتيدات من خلال هذه الذرات بروابط الفوسفوديستر. وحيث تحتوي إحدى السلاسل على 3 "وصلات ، فإن الأخرى بها 5" ، لأنها مقلوبة ، أي أنها تسير في الاتجاه الآخر. من أجل الوضوح ، يمكنك أن تتخيل أنك تضع يدك على يدك ، مثل طالب في الصف الأول يجلس على مكتب.

إن الإنزيم الرئيسي الذي يقوم بتمديد خيط DNA جديد قادر على القيام بذلك في اتجاه واحد فقط. وهي: إرفاق نيوكليوتيد جديد بالنهاية 3. وبالتالي ، يمكن أن يذهب التركيب فقط في الاتجاه من 5 "إلى 3".

السلاسل متوازنة ، مما يعني أن التركيب يجب أن يذهب إليهم في اتجاهات مختلفة. إذا تباعدت سلاسل الحمض النووي تمامًا أولاً ، ثم تم بناء سلسلة تكميلية جديدة عليها ، فلن تكون هذه مشكلة. في الواقع ، تتباعد السلاسل بشكل مؤكد نقاط بدء النسخ المتماثل، وفي هذه الأماكن على المصفوفات يبدأ التركيب على الفور.

ما يسمى ب شوك النسخ المتماثل. في نفس الوقت ، في سلسلة أصل واحد ، يستمر التوليف في اتجاه تباعد الشوكة ، ويحدث هذا التوليف باستمرار ، دون انقطاع. في القالب الثاني ، يستمر التوليف في الاتجاه المعاكس لاتجاه تباعد سلاسل الحمض النووي الأصلي. لذلك ، لا يمكن أن يستمر هذا التوليف العكسي إلا على شكل أجزاء ، والتي تسمى شظايا أوكازاكي. في وقت لاحق ، يتم "خياطة" هذه الأجزاء معًا.

تسمى سلسلة فرعية تتكرر باستمرار رائدة أو رائدة. الذي تم تصنيعه من خلال شظايا أوكازاكي - متخلفة أو متخلفةلأن النسخ المتماثل المجزأ أبطأ.

في الرسم التخطيطي ، تتباعد خيوط الحمض النووي الأم تدريجيًا في الاتجاه الذي يتم فيه تصنيع خيوط الابنة الرئيسية. يسير توليف السلسلة المتأخرة في الاتجاه المعاكس للتباعد ، لذلك يجب إجراؤها على شكل قطع.

ميزة أخرى لإنزيم تخليق الدنا الرئيسي (بوليميراز) هي أنه لا يستطيع بدء التوليف نفسه ، بل يستمر فقط. هو يحتاج التمهيدي أو التمهيدي. لذلك ، يتم أولاً تصنيع منطقة RNA تكميلية صغيرة على الشريط الأبوي ، ثم يتم تمديد السلسلة باستخدام البوليميراز. في وقت لاحق ، تتم إزالة البرايمر وتكوين الثقوب.

في الرسم التخطيطي ، تظهر البذور فقط في السلسلة المتأخرة. في الواقع ، هم في الصدارة. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى أساس واحد فقط لكل شوكة.

نظرًا لأن سلاسل الحمض النووي للأم لا تتباعد دائمًا عن النهايات ، ولكن في نقاط التهيئة ، في الواقع ، لا يتم تشكيل الكثير من الشوكات مثل العيون أو الفقاعات.

يمكن أن تحتوي كل فقاعة على شوكتين ، أي أن السلاسل ستتباعد في اتجاهين. ومع ذلك ، يمكنهم فقط عمل واحد. ومع ذلك ، إذا كان التناقض ثنائي الاتجاه ، فعندئذٍ من نقطة التهيئة على خيط DNA واحد ، سينتقل التوليف في اتجاهين - للأمام وللخلف. في هذه الحالة ، سيتم إجراء توليف مستمر في اتجاه واحد ، وشظايا أوكازاكي في الاتجاه الآخر.

الحمض النووي بدائية النواة ليس خطيًا ، ولكنه له بنية دائرية وأصل تكرار واحد فقط.

في الرسم التخطيطي ، يتم عرض خيطين من جزيء الحمض النووي الأصل باللونين الأحمر والأزرق. تظهر الخيوط الجديدة التي يتم تصنيعها في خطوط منقطة.

في بدائيات النوى ، يكون النسخ الذاتي للحمض النووي أسرع منه في حقيقيات النوى. إذا كان معدل التكرار في حقيقيات النوى هو مئات النيوكليوتيدات في الثانية ، فعندئذٍ في بدائيات النوى يصل إلى ألف أو أكثر.

إنزيمات النسخ المتماثل

يتم إجراء تكرار الحمض النووي بواسطة مجموعة من الإنزيمات تسمى ريبزوم. يوجد أكثر من 15 إنزيمًا وبروتينًا للتكاثر إجمالاً ، وأهمها مذكور أدناه.

الإنزيم الرئيسي للنسخ هو المذكور بالفعل بوليميريز الحمض النووي(في الواقع ، هناك عدة أنواع مختلفة) ، والتي تنفذ نمو السلسلة مباشرة. هذه ليست الوظيفة الوحيدة للإنزيم. إن البوليميراز قادر على "التحقق" من النوكليوتيدات التي تحاول الانضمام إلى النهاية. إذا لم يكن مناسبًا ، فإنها تحذفه. بمعنى آخر ، الإصلاح الجزئي للحمض النووي ، أي تصحيح أخطاء النسخ المتماثل ، يحدث بالفعل في مرحلة التوليف.

توجد النيوكليوتيدات الموجودة في النواة (أو السيتوبلازم في البكتيريا) في شكل ثلاثي الفوسفات ، أي أنها ليست نيوكليوتيدات ، ولكنها ديوكسينوكليوزيد ثلاثي الفوسفات (dATP ، dTTP ، dGTP ، dCTP). إنها تشبه ATP ، الذي يحتوي على ثلاث بقايا فوسفات ، اثنان منها مرتبطان بروابط كبيرة. عندما تنكسر هذه الروابط ، يتم إطلاق الكثير من الطاقة. أيضا ، في ديوكسينوكليوزيد ثلاثي الفوسفات ، هناك رابطان من النوع الكبير. يفصل البوليميراز آخر فوسفات ويستخدم الطاقة الصادرة لتفاعل بلمرة الحمض النووي.

إنزيم هيليكسيفصل خيوط دنا المصفوفة عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بينها.

نظرًا لأن جزيء الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج ، فإن كسر الروابط يؤدي إلى مزيد من الالتواء. تخيل أن حبلًا من حبلين ملفوفين بالنسبة لبعضهما البعض ، وعلى أحد الجانبين تسحب أحد الطرفين إلى اليمين والآخر إلى اليسار. سيصبح الجزء المنسوج أكثر تواءًا ، وسيكون أكثر إحكامًا.

للقضاء على هذا التوتر ، من الضروري أن يدور اللولب المزدوج الذي لم يتفكك بعد بسرعة حول محوره ، "يعيد ضبط" الالتفاف الفائق الناتج. ومع ذلك ، هذا مكثف للغاية للطاقة. لذلك ، يتم تحقيق آلية مختلفة في الخلايا. إنزيم توبويزوميرازيكسر أحد الخيوط ، ويمر الثاني عبر الفجوة ويخيط الأول مرة أخرى. هذا يزيل سوبر كويلز الناشئة.

تحاول خيوط الحمض النووي للمصفوفة التي تشتت نتيجة عمل الهليكس إعادة الاتصال بروابطها الهيدروجينية. لمنع حدوث ذلك ، بروتينات ربط الحمض النووي. إنها ليست إنزيمات بمعنى أنها لا تحفز التفاعلات. ترتبط هذه البروتينات بشريط الحمض النووي طوال طولها ولا تسمح للخيوط التكميلية للحمض النووي النموذجي بالانغلاق.

يتم تصنيع الاشعال بريماز الحمض النووي الريبي. ويتم إزالتها نوكلياز خارجي. بعد إزالة البرايمر ، يقوم نوع آخر من البوليميراز ببناء "الفتحة". ومع ذلك ، في هذه الحالة ، لا يتم خياطة الأجزاء الفردية من الحمض النووي معًا.

يتم تشابك أجزاء منفصلة من السلسلة المركبة بواسطة إنزيم النسخ المتماثل مثل ligase DNA.

1. متى يتم النسخ؟- في المرحلة التركيبية من الطور البيني ، قبل فترة طويلة من انقسام الخلية. تسمى الفترة بين النسخ المتماثل ومرحلة الانقسام الفتيلي بمرحلة ما بعد التصنيع من الطور البيني ، حيث تستمر الخلية في النمو وتتحقق مما إذا كانت المضاعفة قد حدثت بشكل صحيح.

2. إذا كان هناك 46 كروموسومًا قبل المضاعفة ، فكم سيكون هناك بعد المضاعفة؟- لا يتغير عدد الكروموسومات عند تكرار الحمض النووي. قبل المضاعفة ، يمتلك الشخص 46 كروموسومًا منفردًا (تتكون من خيط مزدوج واحد من الحمض النووي) ، وبعد المضاعفة ، يوجد 46 كروموسومًا مزدوجًا (يتكون من شريطين مزدوجين متطابقين من الحمض النووي مترابطين في الوسط).

3. لماذا نحتاج إلى التكرار؟- بحيث يمكن لكل خلية ابنة أثناء الانقسام الفتيلي أن تتلقى نسختها الخاصة من الحمض النووي. أثناء الانقسام الفتيلي ، ينقسم كل من الكروموسومات المزدوجة البالغ عددها 46 إلى جزئين منفصلين ؛ يتم الحصول على مجموعتين من 46 كروموسوم واحد ؛ هاتان المجموعتان تتباعدان إلى خليتين ابنتيتين.

ثلاثة مبادئ لبنية الحمض النووي

شبه محافظ- يحتوي كل DNA على خيط واحد من الحمض النووي الأصل وواحد تم تصنيعه حديثًا.

التكامل- AT / CH. على عكس الأدينين في أحد خيوط الحمض النووي ، يكون الثايمين دائمًا في خيط آخر من الحمض النووي ، على عكس السيتوزين دائمًا ما يكون الجوانين.

معاداة التوازيخيوط الحمض النووي متقابلة. لم تدرس هذه الغايات في المدرسة ، لذا أكثر قليلاً (وأكثر - في البراري).

مونومر الحمض النووي هو النيوكليوتيدات ، والجزء المركزي من النيوكليوتيد هو ديوكسيريبوز. يحتوي على 5 ذرات كربون (في الشكل الأقرب ، يتم ترقيم ذرات الديوكسيريبوز اليسرى السفلية). ننظر: قاعدة نيتروجينية متصلة بذرة كربون أولى ، وحمض الفوسفوريك لنيوكليوتيد معين متصل بالذرة الخامسة ، والذرة الثالثة جاهزة لربط حمض الفوسفوريك بالنيوكليوتيدات التالية. وبالتالي ، فإن أي خيط DNA له طرفان:

• 5 "نهاية ، يقع حمض الفوسفوريك عليه ؛
• يحتوي الطرف 3 بوصات على ريبوز.

قاعدة عدم التوازي هي أنه في أحد طرفي خيط الحمض النووي المزدوج (على سبيل المثال ، عند الطرف العلوي من أقرب شكل) ، يكون لأحدهما نهاية بطول 5 بوصات والآخر بطول 3 بوصات. من المهم لعملية النسخ أن يمد بوليميراز الدنا فقط الطرف 3. يمكن لسلسلة الدنا أن تنمو فقط عند نهايتها الثلاثة.

في هذا الشكل ، تستمر عملية تكرار الحمض النووي من الأسفل إلى الأعلى. يمكن ملاحظة أن السلسلة اليسرى تنمو في نفس الاتجاه ، بينما تنمو السلسلة اليمنى في الاتجاه المعاكس.

الشكل التالي أعلى سلسلة جديدة("حبلا رئيسيا") يطول في نفس اتجاه حدوث المضاعفة. سلسلة جديدة من أسفل("الخيط المتأخر") لا يمكن أن يطول في نفس الاتجاه ، لأن له نهاية هناك 5 بوصات ، والتي ، كما نتذكر ، لا تنمو. لذلك ، ينمو الشريط السفلي مع شظايا أوكازاكي القصيرة (100-200 نيوكليوتيد) ، كل منها الذي ينمو في اتجاه 3 بوصات. ينمو كل جزء من أجزاء Okazaki من نهاية 3'من التمهيدي ("بادئات RNA" في الشكل ، والبادئات حمراء).

إنزيمات النسخ المتماثل

الاتجاه العام للنسخ المتماثلالاتجاه الذي يتم فيه تكرار الحمض النووي.
الحمض النووي للوالدين- الحمض النووي القديم (الأم).
سحابة خضراء بجوار "الحمض النووي للوالدين"- إنزيم الهليكاز ، الذي يكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية لشريط الحمض النووي القديم (الأم).
أشكال بيضاوية رمادية على خيوط الحمض النووي التي تمزقت للتو- بروتينات مزعزعة للاستقرار تمنع اتصال خيوط الحمض النووي.
DNA pol III- بوليميراز الحمض النووي ، الذي يضيف نيوكليوتيدات جديدة إلى الطرف 3 بوصات من خيط DNA العلوي (الرائد ، المركب باستمرار) (الساحل الرئيسي).
بريماز- إنزيم بريماز الذي يصنع التمهيدي (القطعة الحمراء من الليغو). الآن عد البرايمر من اليسار إلى اليمين:

• لا يزال التمهيدي الأول غير مكتمل ، ويتم تصنيعه الآن بواسطة primase ؛
• من التمهيدي الثاني ، يبني DNA polymerase DNA - في الاتجاه المعاكس لاتجاه مضاعفة الحمض النووي ، ولكن في اتجاه النهاية 3 ؛
• من التمهيدي الثالث ، تم بالفعل بناء سلسلة الحمض النووي (حبلا متخلفة)اقتربت من الكتاب التمهيدي الرابع.
• التمهيدي الرابع هو الأقصر لأن بوليميراز الحمض النووي (DNA pol I)يزيله (ويعرف أيضًا باسم RNA ، ليس له علاقة بالحمض النووي ، فنحن نحتاج فقط إلى النهاية الصحيحة منه) واستبداله بالحمض النووي ؛
• لم يعد التمهيدي الخامس موجودًا في الشكل ، فقد تم قطعه تمامًا ، تاركًا فجوة في مكانه. ligase DNA (DNA ligase)يخيط هذه الفجوة بحيث يكون الشريط السفلي (المتأخر) من الحمض النووي سليمًا.

لم يتم الإشارة إلى إنزيم توبويزوميراز في الصورة الفائقة ، ولكنه سيظهر لاحقًا في الاختبارات ، لذلك دعنا نقول بضع كلمات عنه. هنا حبل يتكون من ثلاثة خيوط كبيرة. إذا استحوذ ثلاثة رفاق على هذه الخيوط الثلاثة وبدأوا في سحبها في ثلاثة اتجاهات مختلفة ، فحينئذٍ سيتوقف الحبل عن الفك والتفاف في حلقات ضيقة. مع الحمض النووي ، وهو حبل ذو شريطين ، يمكن أن يحدث الشيء نفسه إذا لم يكن من أجل توبويزوميراز.

تقطع التوبويزوميرزيس أحد خيوط الحمض النووي ، وبعد ذلك (الشكل الثاني ، السهم الأحمر) يلتف الحمض النووي حول أحد خيوطه بحيث لا تتشكل حلقات ضيقة (يتم تقليل الإجهاد الطوبولوجي).

المحطة الطرفية تحت النسخ المتماثل

من الصورة الفائقة مع إنزيمات النسخ ، يتضح أنه في المكان المتبقي بعد إزالة التمهيدي ، يكمل DNA polymerase بناء جزء Okazaki التالي. (هل هو واضح حقًا؟ إذا كان هناك أي شيء ، فإن أجزاء Okazaki في الصورة الفائقة يشار إليها بأرقام في دوائر.) عندما يصل النسخ المتماثل في الصورة الفائقة إلى نهايته المنطقية (على اليسار) ، فلن يكون لجزء Okazaki الأخير (في أقصى اليسار) "التالي" "، لذلك لن يكون هناك من يكمل الحمض النووي على بقعة فارغة ناتجة عن إزالة البرايمر.

هذا رسم آخر لك. سلسلة الحمض النووي السوداء قديمة ، أمومية. يحدث مضاعفة الحمض النووي ، على عكس الصورة الفائقة ، من اليسار إلى اليمين. نظرًا لأن الحمض النووي الجديد (الأخضر) له نهاية 5 بوصات على اليمين ، فهو يتأخر ويستطيل في أجزاء منفصلة (أوكازاكي). ينمو كل جزء من أجزاء أوكازاكي من الطرف 3 بوصات (المستطيل الأزرق). تتم إزالة المواد الأولية ، كما نتذكر ، بواسطة بوليميراز الحمض النووي ، والذي يكمل الجزء التالي من Okazaki في هذا المكان (يشار إلى هذه العملية بنقطة حمراء). في نهاية الكروموسوم ، لا يوجد أحد يغلق هذا القسم ، نظرًا لعدم وجود جزء من Okazaki تالٍ ، فهناك بالفعل مساحة فارغة (فجوة). وهكذا ، بعد كل تكرار ، يتم تقصير طرفي الكروموسومات الابنة مقاس 5 بوصات. (محطة تحت النسخ المتماثل).

يجب أن تنقسم الخلايا الجذعية (في الجلد ونخاع العظم الأحمر والخصيتين) أكثر من 60 مرة. لذلك ، يعمل إنزيم التيلوميراز فيها ، مما يطيل التيلوميرات بعد كل تكرار. يعمل التيلوميراز على إطالة الطرف 3 البارز من الحمض النووي بحيث ينمو إلى حجم جزء Okazaki. بعد ذلك ، يقوم Primase بتركيب مادة أولية عليه ، ويطيل DNA polymerase الطرف 5 المنقوص من الحمض النووي.

testiki

1. النسخ المتماثل هو عملية يتم فيها:
أ) يتم تصنيعه نقل الحمض النووي الريبي ؛
ب) يحدث تخليق (نسخ) للحمض النووي ؛
ج) تتعرف الريبوسومات على مضادات الكودونات ؛
د) تتشكل روابط الببتيد.

2. طابق وظائف الإنزيمات المشاركة في تكاثر بدائيات النواة مع أسمائها.

3. أثناء النسخ المتماثل في الخلايا حقيقية النواة ، يتم حذف البادئات
أ) يتم تنفيذه بواسطة إنزيم له نشاط DNase فقط
ب) تشكل شظايا أوكازاكي
ب) يحدث فقط في السلاسل المتأخرة
د) يحدث فقط في النواة

4. إذا قمت باستخراج DNA العاثية fX174 ، فستجد أنه 25٪ A و 33٪ T و 24٪ G و 18٪ C. كيف تفسر هذه النتائج؟
أ) نتائج التجربة خاطئة. في مكان ما كان هناك خطأ.
ب) يمكن افتراض أن النسبة المئوية لـ A تساوي تقريبًا تلك الخاصة بـ T ، وهو ما ينطبق أيضًا على C و G. لذلك ، لا يتم انتهاك قاعدة Chargaff ، والحمض النووي مزدوج الشريطة ويتكاثر بشكل شبه متحفظ.
ج) نظرًا لأن نسبتي A و T ، وبالتالي ، C و G مختلفة ، فإن الحمض النووي هو خيط واحد ؛ يتكاثر مع إنزيم خاص يتبع آلية نسخ خاصة مع حبلا واحد كقالب.
د) بما أنه لا A يساوي T ولا G يساوي C ، يجب أن يكون الحمض النووي أحادي الجديلة ، فإنه يتكاثر عن طريق توليف الخيط التكميلي واستخدام هذا النموذج مزدوج الشريطة كقالب.

5. يشير الرسم البياني إلى تكرار الحمض النووي مزدوج الشريطة. لكل من المربعات I ، II ، III ، حدد إنزيمًا واحدًا يعمل في هذه المنطقة.

أ) تيلوميراز
ب) DNA topoisomerase
ب) بوليميريز الحمض النووي
د) هيليكاز الحمض النووي
د) DNA ligase

6. تم نقل المزرعة البكتيرية من وسط نظير النيتروجين الخفيف (N-14) إلى الوسط المحتوي على نظير النيتروجين الثقيل (N-15) لفترة تقابل قسم واحد ، ثم تمت إعادتها إلى وسط نظير النيتروجين الخفيف. أظهر تحليل تركيبة الحمض النووي البكتيري بعد فترة تقابل مكررين:

خيارات إجابة	الحمض النووي
	ضوء	متوسط	ثقيل
أ	3/4	1/4	-
ب	1/4	3/4	-
في	-	1/2	1/2
جي	1/2	1/2	-

7. يتميز أحد الاضطرابات الوراثية النادرة بنقص المناعة والتخلف العقلي والجسدي وصغر الرأس. افترض أنه في مستخلص الحمض النووي من مريض مصاب بهذه المتلازمة ، تجد كميات متساوية تقريبًا من مقاطع الحمض النووي الطويلة والقصيرة جدًا. ما هو الإنزيم المفقود / المعيب على الأرجح لدى هذا المريض؟
أ) DNA ligase
ب) توبويزوميراز
ب) بوليميريز الحمض النووي
د) هيليكاز

8. جزيء DNA عبارة عن حلزون مزدوج يحتوي على أربعة أنواع مختلفة من القواعد النيتروجينية. أي العبارات التالية صحيحة فيما يتعلق بكل من النسخ المتماثل وكيمياء الحمض النووي؟
أ) التسلسلات الأساسية للخيطين هي نفسها.
ب) في الشريط المزدوج للحمض النووي ، يكون محتوى البيورينات مساويًا لمحتوى بيريميدين.
ج) يتم تصنيع كلا الخيوط في اتجاه 5 '→ 3' بشكل مستمر.
د) يتم تحفيز إضافة القاعدة الأولى للحمض النووي المركب حديثًا بواسطة بوليميراز الحمض النووي.
ه) نشاط تصحيح الخطأ لبوليميراز الحمض النووي يقع في اتجاه 5 '→ 3'.

9. معظم بوليميرات الدنا لها نشاط:
أ) يجاز.
ب) نوكلياز داخلية.
ج) 5 "نوكلياز ؛
د) 3 "نوكلياز.

10. إن الهليكاز DNA هو إنزيم رئيسي لاستنساخ الحمض النووي يقوم بحل الحمض النووي المزدوج الشريطة ليصبح أحادي الجديلة. تم وصف تجربة لتوضيح خصائص هذا الإنزيم أدناه.

أي العبارات التالية حول هذه التجربة صحيحة؟
أ) الشريط الذي يظهر في الجزء العلوي من الجل هو فقط ssDNA ، بحجم 6.3 كيلو بايت.
ب) الشريط الذي يظهر في الجزء السفلي من الجل هو 300 زوج قاعدي DNA المسمى.
ج) إذا تم معالجة الحمض النووي المهجن باستخدام هليكاز الحمض النووي فقط وتم الانتهاء من التفاعل ، فإن ترتيب العصابات يبدو كما هو موضح في المسار 3 في الشكل ب.
د) إذا تم معالجة الحمض النووي المهجن بالغليان فقط بدون معالجة الهيليكس ، فإن ترتيب العصابات يظهر كما هو موضح في المسار 2 في الشكل ب.
هـ) إذا عولج الحمض النووي المهجن باستخدام الهليكاز المغلي فقط ، فسيظهر ترتيب النطاقات كما هو موضح في الممر 1 في الشكل ب.

أولمبياد المنطقة 2001
- أولمبياد عموم روسيا 2001
- الأولمبياد الدولى 2001
- الأولمبياد الدولى 1991
- الأولمبياد الدولي 2008
- أولمبياد المنطقة 2008
- الأولمبياد الدولي 2010
يمكن العثور على النصوص الكاملة لهذه الألعاب الأولمبية هنا.

هيكل ووظائف الأحماض النووية ATP

ل احماض نوويةتشتمل على مركبات عالية البوليمر التي تتحلل أثناء التحلل المائي إلى قواعد البيورين والبيريميدين والبنتوز وحمض الفوسفوريك. تحتوي الأحماض النووية على الكربون والهيدروجين والفوسفور والأكسجين والنيتروجين. هناك فئتان من الأحماض النووية: الأحماض النووية الريبية (RNA)و أحماض ديوكسي ريبونوكلييك (دنا).

هيكل ووظائف الحمض النووي

الحمض النووي- بوليمر تكون مونومراته ديوكسي ريبونوكليوتيدات. تم اقتراح نموذج التركيب المكاني لجزيء الحمض النووي في شكل حلزون مزدوج في عام 1953 من قبل J. Watson و F. Crick (لبناء هذا النموذج ، استخدموا عمل M. Wilkins ، R. Franklin ، E. Chargaff).

جزيء الحمض النوويتتكون من سلسلتين عديد النوكليوتيدات ، ملتوية حلزونيا حول بعضها البعض ومعا حول محور وهمي ، أي هو حلزون مزدوج (استثناء - تحتوي بعض الفيروسات المحتوية على الحمض النووي على حمض نووي واحد تقطعت به السبل). يبلغ قطر الحلزون المزدوج للحمض النووي 2 نانومتر ، والمسافة بين النيوكليوتيدات المجاورة 0.34 نانومتر ، وهناك 10 أزواج من النيوكليوتيدات في كل دورة من اللولب. يمكن أن يصل طول الجزيء إلى عدة سنتيمترات. الوزن الجزيئي - عشرات ومئات الملايين. يبلغ الطول الإجمالي للحمض النووي في نواة الخلية البشرية حوالي 2 متر.في الخلايا حقيقية النواة ، يشكل الحمض النووي معقدات مع البروتينات وله شكل مكاني محدد.

مونومر DNA - نوكليوتيد (deoxyribonucleotide)- يتكون من بقايا ثلاث مواد: 1) قاعدة نيتروجينية ، 2) خماسي سكاريد أحادي الكربون (بنتوز) و 3) حمض فوسفوريك. تنتمي القواعد النيتروجينية للأحماض النووية إلى فئات البيريميدين والبورينات. قواعد بيريميدين للحمض النووي(لها حلقة واحدة في جزيءها) - الثايمين ، السيتوزين. قواعد البيورين(لها حلقتان) - الأدينين والجوانين.

يتم تمثيل السكريات الأحادية للنيوكليوتيدات DNA بواسطة deoxyribose.

يشتق اسم النيوكليوتيدات من اسم القاعدة المقابلة. يشار إلى النيوكليوتيدات والقواعد النيتروجينية بأحرف كبيرة.

تتشكل سلسلة عديد النوكليوتيدات نتيجة تفاعلات تكثيف النيوكليوتيدات. في هذه الحالة ، بين 3 "كربون من بقايا ديوكسيريبوز لنيوكليوتيد واحد وبقايا حمض الفوسفوريك للآخر ، السندات الفوسفورية(ينتمي إلى فئة الروابط التساهمية القوية). ينتهي أحد طرفي سلسلة عديد النوكليوتيد بكربون 5 بوصات (يُطلق عليه الطرف 5 بوصات) ، وينتهي الطرف الآخر بنهاية 3 بوصات كربون (3 بوصات).

مقابل سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات توجد سلسلة ثانية. ترتيب النيوكليوتيدات في هاتين السلسلتين ليس عشوائيًا ، ولكنه محدد بدقة: يقع الثايمين دائمًا مقابل الأدينين لسلسلة واحدة في السلسلة الأخرى ، ويوجد السيتوزين دائمًا مقابل الجوانين ، وتنشأ روابط هيدروجينية بين الأدينين والثايمين ، وثلاثة هيدروجين الروابط بين الجوانين والسيتوزين. يُطلق على النمط الذي يتم بموجبه ترتيب النيوكليوتيدات في خيوط الحمض النووي المختلفة بدقة (الأدينين - الثايمين ، والجوانين - السيتوزين) والاتصال الانتقائي ببعضها البعض مبدأ التكامل. وتجدر الإشارة إلى أن J. Watson و F. Crick جاءا لفهم مبدأ التكامل بعد قراءة أعمال E. Chargaff. بعد أن درس E. Chargaff عددًا كبيرًا من عينات الأنسجة والأعضاء لكائنات مختلفة ، وجد أن محتوى بقايا الجوانين في أي جزء من الحمض النووي يتوافق دائمًا تمامًا مع محتوى السيتوزين ، والأدينين مع الثايمين ( "حكم Chargaff") ، لكنه لم يستطع تفسير هذه الحقيقة.

من مبدأ التكامل ، يترتب على ذلك أن تسلسل النوكليوتيدات لسلسلة ما يحدد تسلسل النوكليوتيدات لسلسلة أخرى.

خيوط الحمض النووي عكسية (معاكسة) ، أي توجد نيوكليوتيدات السلاسل المختلفة في اتجاهات متعاكسة ، وبالتالي ، مقابل الطرف 3 بوصات من إحدى السلاسل هو الطرف 5 بوصات من السلسلة الأخرى. يُقارن جزيء الحمض النووي أحيانًا بدرج حلزوني. إن "درابزين" هذا السلم هو العمود الفقري للسكر والفوسفات (بقايا متبادلة من ديوكسيريبوز وحمض الفوسفوريك) ؛ "الخطوات" هي قواعد نيتروجينية مكملة.

وظيفة الحمض النووي- تخزين ونقل المعلومات الوراثية.

تكرار (تكرار) الحمض النووي

تكرار الحمض النووي- عملية المضاعفة الذاتية ، الخاصية الرئيسية لجزيء الدنا. ينتمي النسخ المتماثل إلى فئة تفاعلات تخليق المصفوفة ويتضمن الإنزيمات. تحت تأثير الإنزيمات ، يتحلل جزيء الحمض النووي ، وحول كل خيط يعمل كقالب ، يتم الانتهاء من خيط جديد وفقًا لمبادئ التكامل وعدم التوازي. وهكذا ، في كل ابنة ، يكون أحد الخيطين أموميًا ، والثاني يتم تصنيعه حديثًا. هذا النوع من التوليف يسمى شبه محافظ.

"مواد البناء" ومصدر الطاقة للتكرار ثلاثي فوسفات deoxyribonucleoside(ATP، TTP، GTP، CTP) تحتوي على ثلاث بقايا لحمض الفوسفوريك. عندما يتم تضمين ثلاثي فوسفات deoxyribonucleoside في سلسلة polynucleotide ، يتم قطع اثنين من البقايا الطرفية لحمض الفوسفوريك ، ويتم استخدام الطاقة المنبعثة لتكوين رابطة phosphodiester بين النيوكليوتيدات.

تشارك الإنزيمات التالية في النسخ المتماثل:

1. هليكازات ("فك" الحمض النووي) ؛
2. بروتينات مزعزعة للاستقرار
3. إيزوميراز الحمض النووي (قطع الحمض النووي) ؛
4. بوليميرات الحمض النووي (حدد ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوزيد وربطها بشكل مكمل بسلسلة قالب الحمض النووي) ؛
5. بريماتز RNA (شكل اشعال RNA ، بادئات) ؛
6. ligases DNA (خياطة أجزاء الحمض النووي معًا).

بمساعدة الهليازات ، يتم تفكيك الحمض النووي في مناطق معينة ، وترتبط مناطق الحمض النووي أحادية الجديلة ببروتينات مزعزعة للاستقرار ، و شوكة النسخ المتماثل. مع وجود تناقض مكون من 10 أزواج من النيوكليوتيدات (دورة واحدة من اللولب) ، يجب أن يكمل جزيء الحمض النووي ثورة كاملة حول محوره. لمنع هذا الدوران ، يقوم DNA topoisomerase بقطع خيط DNA واحد ، مما يسمح له بالدوران حول الشريط الثاني.

يمكن لبوليميراز الحمض النووي أن يعلق فقط نوكليوتيد بـ 3 "كربون من الديوكسيريبوز للنيوكليوتيد السابق ، لذلك هذا الإنزيم قادر على التحرك على طول قالب DNA في اتجاه واحد فقط: من 3" نهاية إلى 5 "نهاية قالب DNA هذا بما أن السلاسل في الحمض النووي للأم غير متوازية ، فإن تجميع سلاسل البولينيوكليوتيد الابنة على السلاسل المختلفة يحدث بطرق مختلفة وفي اتجاهات متعاكسة. سيتم استدعاء سلسلة الابنة هذه قيادة. على السلسلة 5 "–3" - بشكل متقطع ، في شظايا ( شظايا أوكازاكي) ، والتي ، بعد اكتمال النسخ المتماثل بواسطة ligases DNA ، يتم دمجها في حبلا واحد ؛ سيتم استدعاء هذه السلسلة الفرعية متخلفة (متخلفة).

ميزة بوليميراز الحمض النووي هي أنه لا يمكن أن يبدأ عمله إلا باستخدام "بذور" (التمهيدي). يتم تنفيذ دور "البذور" بواسطة تسلسلات قصيرة من الحمض النووي الريبي تتشكل بمشاركة إنزيم بريماز RNA وتقترن مع قالب DNA. تتم إزالة الاشعال RNA بعد الانتهاء من تجميع سلاسل polynucleotide.

يستمر النسخ المتماثل بالمثل في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. معدل تخليق الحمض النووي في بدائيات النوى هو ترتيب من حيث الحجم أعلى (1000 نيوكليوتيد في الثانية) منه في حقيقيات النوى (100 نيوكليوتيد في الثانية). يبدأ النسخ المتماثل في وقت واحد في عدة مناطق من جزيء الحمض النووي. تشكل قطعة من الحمض النووي من أصل واحد من النسخ المتماثل إلى آخر وحدة نسخ - نسخ.

يحدث النسخ المتماثل قبل انقسام الخلية. بفضل قدرة الحمض النووي هذه ، يتم نقل المعلومات الوراثية من الخلية الأم إلى الخلايا الوليدة.

جبر الضرر ("الإصلاح")

تعويضاتهي عملية إصلاح الأضرار التي لحقت بتسلسل النوكليوتيدات للحمض النووي. يتم تنفيذه بواسطة أنظمة إنزيمية خاصة للخلية ( إصلاح الإنزيمات). يمكن تمييز المراحل التالية في عملية إصلاح بنية الحمض النووي: 1) تتعرف نوكليازات إصلاح الحمض النووي على المنطقة التالفة وإزالتها ، مما يؤدي إلى حدوث فجوة في سلسلة الحمض النووي ؛ 2) بوليميراز الدنا يملأ هذه الفجوة بنسخ المعلومات من الخيط الثاني ("الجيد") ؛ 3) يقوم DNA ligase "بربط" النيوكليوتيدات ، واستكمال الإصلاح.

تمت دراسة ثلاث آليات إصلاح أكثرها: 1) الفصل الضوئي ، 2) المكوس أو الإصلاح قبل النسخ المتماثل ، 3) الإصلاح بعد التكرار.

تحدث التغييرات في بنية الحمض النووي باستمرار في الخلية تحت تأثير المستقلبات التفاعلية ، والأشعة فوق البنفسجية ، والمعادن الثقيلة وأملاحها ، وما إلى ذلك ، وبالتالي ، فإن العيوب في أنظمة الإصلاح تزيد من معدل عمليات الطفرات وهي سبب الأمراض الوراثية (جفاف الجلد الصباغة ، الشيخوخة المبكرة ، وما إلى ذلك).

هيكل ووظائف الحمض النووي الريبي

RNA- بوليمر تكون مونومراته ريبونوكليوتيدات. على عكس الحمض النووي ، لا يتكون الحمض النووي الريبي من سلسلتين ، ولكن من خلال سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات (استثناء - بعض الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي تحتوي على الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة). نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي قادرة على تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض. سلاسل الحمض النووي الريبي أقصر بكثير من سلاسل الحمض النووي.

مونومر الحمض النووي الريبي - نيوكليوتيدات (ريبونوكليوتيد)- يتكون من بقايا ثلاث مواد: 1) قاعدة نيتروجينية ، 2) خماسي سكاريد أحادي الكربون (بنتوز) و 3) حمض فوسفوريك. تنتمي القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي أيضًا إلى فئتي بيريميدينات وبيورينات.

قواعد بيريميدين من الحمض النووي الريبي - قواعد اليوراسيل والسيتوزين والبيورين - الأدينين والجوانين. يتم تمثيل السكاريد أحادي النوكليوتيدات RNA بواسطة الريبوز.

تخصيص ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي: 1) معلوماتية(مصفوفة) RNA - مرنا (مرنا) ، 2) ينقلالحمض النووي الريبي - الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) ، 3) الريبوسوم RNA - الرنا الريباسي.

جميع أنواع الحمض النووي الريبي عبارة عن عديد نيوكليوتيدات غير متفرعة ، ولها شكل مكاني محدد وتشارك في عمليات تخليق البروتين. يتم تخزين المعلومات حول بنية جميع أنواع الحمض النووي الريبي في الحمض النووي. تسمى عملية تخليق الحمض النووي الريبي على قالب الحمض النووي النسخ.

نقل الحمض النووي الريبيتحتوي عادة على 76 (من 75 إلى 95) نيوكليوتيدات ؛ الوزن الجزيئي - 25000-30.000. يمثل الحمض الريبي النووي النقال حوالي 10٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية. وظائف tRNA: 1) نقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين ، إلى الريبوسومات ، 2) وسيط متعدية. تم العثور على حوالي 40 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال في الخلية ، كل منها له خاصية تسلسل النوكليوتيدات المميزة له فقط. ومع ذلك ، فإن جميع الحمض النووي الريبي (tRNAs) لها العديد من المناطق التكميلية داخل الجزيئية ، والتي بسببها تكتسب الحمض الريبي النووي النقال شكلاً يشبه ورقة البرسيم في الشكل. يحتوي أي الحمض الريبي النووي النقال على حلقة للتلامس مع الريبوسوم (1) ، وحلقة مضادة للشيخوخة (2) ، وحلقة للتلامس مع الإنزيم (3) ، وجذع متقبل (4) ، ومضاد كودون (5). يتم إرفاق الحمض الأميني بالطرف 3 'من جذع المستقبل. أنتيكودون- ثلاثة نيوكليوتيدات "تتعرف" على كودون الرنا المرسال. يجب التأكيد على أن الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) معين يمكنه نقل حمض أميني محدد بدقة يتوافق مع مضاد الكودون الخاص به. يتم تحقيق خصوصية اتصال الأحماض الأمينية و tRNA بسبب خصائص إنزيم aminoacyl-tRNA synthetase.

RNA الريبوسومتحتوي على 3000-5000 نيوكليوتيد ؛ الوزن الجزيئي - 1000000-1500000. يمثل الرنا الريباسي 80-85٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية. في مركب مع بروتينات الريبوسوم ، يشكل الرنا الريباسي ريبوسومات - عضيات تقوم بتخليق البروتين. في الخلايا حقيقية النواة ، يحدث تخليق الرنا الريباسي في النواة. وظائف الرنا الريباسي: 1) مكون هيكلي ضروري للريبوسومات ، وبالتالي ضمان عمل الريبوسومات ؛ 2) ضمان تفاعل الريبوسوم و tRNA ؛ 3) الارتباط الأولي للريبوسوم وكودون بادئ الرنا المرسال وتحديد إطار القراءة ، 4) تشكيل المركز النشط للريبوسوم.

معلومات RNAمتنوعة في محتوى النوكليوتيدات والوزن الجزيئي (من 50،000 إلى 4،000،000). تمثل حصة mRNA ما يصل إلى 5٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية. وظائف مرنا: 1) نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، 2) مصفوفة لتخليق جزيء البروتين ، 3) تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للبنية الأولية لجزيء البروتين.

هيكل ووظائف ATP

حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (ATP)- المصدر العالمي والمجمع الرئيسي للطاقة في الخلايا الحية. تم العثور على ATP في جميع الخلايا النباتية والحيوانية. يبلغ متوسط ​​كمية ATP 0.04٪ (من الكتلة الخام للخلية) ، وتوجد أكبر كمية من ATP (0.2-0.5٪) في عضلات الهيكل العظمي.

يتكون ATP من بقايا: 1) قاعدة نيتروجينية (أدينين) ، 2) أحادي السكاريد (ريبوز) ، 3) ثلاثة أحماض فوسفورية. نظرًا لأن ATP لا يحتوي على واحد ، بل ثلاثة بقايا لحمض الفوسفوريك ، فهو ينتمي إلى ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد.

بالنسبة لمعظم أنواع العمل التي تحدث في الخلايا ، يتم استخدام طاقة التحلل المائي ATP. في الوقت نفسه ، عندما يتم قطع البقايا النهائية لحمض الفوسفوريك ، ينتقل ATP إلى ADP (حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك) ، عندما يتم قطع بقايا حمض الفوسفوريك الثاني ، إلى AMP (حمض الأدينوزين أحادي الفوسفوريك). يبلغ مردود الطاقة الحرة أثناء التخلص من كل من الطرف والمخلفات الثانية لحمض الفوسفوريك 30.6 كيلو جول لكل منهما. يصاحب انقسام مجموعة الفوسفات الثالثة إطلاق 13.8 كيلو جول فقط. تسمى الروابط بين الطرف والمخلفات الثانية والثانية والأولى لحمض الفوسفوريك (طاقة عالية).

يتم تجديد احتياطيات ATP باستمرار. في خلايا جميع الكائنات الحية ، يحدث تخليق ATP في عملية الفسفرة ، أي إضافة حمض الفوسفوريك إلى ADP. تحدث الفسفرة بكثافة مختلفة أثناء التنفس (الميتوكوندريا) ، تحلل السكر (السيتوبلازم) ، التمثيل الضوئي (البلاستيدات الخضراء).

ATP هو الرابط الرئيسي بين العمليات المصحوبة بإطلاق وتراكم الطاقة ، والعمليات التي تتطلب طاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ATP ، إلى جانب ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد (GTP ، CTP ، UTP) ، هو ركيزة لتخليق الحمض النووي الريبي.

النسخ المتماثل هو آلية نسخ ذاتي وخاصية رئيسية للمادة الوراثية ، وهي جزيئات الحمض النووي.

من سمات الحمض النووي أن جزيئاته تتكون عادة من سلسلتين مكملتين تشكلان حلزونًا مزدوجًا. في عملية التكرار ، تتباعد سلاسل جزيء الحمض النووي الأصل ، ويتم بناء سلسلة تكميلية جديدة على كل منها. نتيجة لذلك ، يتكون حلزون مزدوجان من حلزون مزدوج واحد ، مطابق للأصل. أي أن جزيئين DNA يتكونان من جزيء DNA واحد ، متطابق مع المصفوفة ومع بعضهما البعض.

وهكذا ، يحدث تكرار الحمض النووي بطريقة شبه محافظةعندما يحتوي كل جزيء ابنة على سلسلة أصل واحدة وواحد تم تصنيعه حديثًا.

في حقيقيات النوى ، يحدث النسخ المتماثل في المرحلة S من الطور البيني لدورة الخلية.

الآلية الموضحة أدناه والإنزيمات الرئيسية هي خصائص الغالبية العظمى من الكائنات الحية. ومع ذلك ، هناك استثناءات ، خاصة بين البكتيريا والفيروسات.

يوفر تباعد سلاسل جزيء الحمض النووي الأصلي إنزيمًا هيليكس، أو هيليكس، والتي في أماكن معينة على الكروموسومات تكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية للحمض النووي. تنتقل الهليكات عبر الحمض النووي باستخدام طاقة ATP.

لمنع السلاسل من الاتصال مرة أخرى ، يتم الاحتفاظ بها على مسافة من بعضها البعض. البروتينات المزعزعة للاستقرار. تصطف البروتينات على جانب العمود الفقري لفوسفات البنتوز في السلسلة. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل مناطق النسخ المتماثل ، والتي تسمى شوك النسخ المتماثل.

لا تتشكل شوكات النسخ المتماثل في أي مكان في الحمض النووي ، ولكن فقط في نقاط بدء النسخ المتماثلتتكون من سلسلة محددة من النيوكليوتيدات (حوالي 300 قطعة). يتم التعرف على هذه الأماكن بواسطة بروتينات خاصة ، وبعد ذلك يسمى العين النسخ المتماثلحيث يتباعد شريانان من الحمض النووي.

من نقطة الأصل ، يمكن أن يستمر النسخ المتماثل في اتجاه واحد واتجاهين على طول الكروموسوم. في الحالة الأخيرة ، تتباعد خيوط الحمض النووي ذهابًا وإيابًا ، ويتم تكوين شوكتي نسخ من عين تكرار واحدة.

ريبليكون- وحدة تكاثر الحمض النووي من نقطة بدايتها حتى نهايتها.

نظرًا لأن الخيوط الموجودة في الحمض النووي ملتوية حلزونيًا بالنسبة لبعضها البعض ، فإن فصلها بواسطة هليكاز يتسبب في ظهور منعطفات إضافية أمام شوكة النسخ. لتخفيف التوتر ، يجب أن يدور جزيء الحمض النووي حول محوره مرة واحدة لكل 10 أزواج من النيوكليوديدات التي انفصلت ، وهذا هو عدد الأزواج التي تشكل دورة واحدة من اللولب. في هذه الحالة ، سوف يدور الحمض النووي بسرعة مع إنفاق الطاقة. لكن هذا لا يحدث ، لأن الطبيعة وجدت طريقة أكثر فاعلية للتعامل مع توتر اللولب الذي يحدث أثناء التكاثر.

إنزيم توبويزوميرازيكسر أحد خيوط الحمض النووي. يدور القسم غير المتصل بزاوية 360 درجة حول السلسلة الكاملة الثانية ويعيد الاتصال بسلسلتها. هذا يخفف من التوتر ، أي يتم التخلص من supercoils.

يتم استخدام كل خيط DNA فردي للجزيء القديم كقالب لتركيب خيط تكميلي جديد. توفر إضافة النيوكليوتيدات إلى حبلا الابنة النامية الإنزيم بوليميريز الحمض النووي. هناك عدة أنواع من البوليميراز.

في شوكة النسخ المتماثل ، ترتبط النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في النيوكليوبلازم بالروابط الهيدروجينية المحررة للسلاسل وفقًا لمبدأ التكامل. النيوكليوتيدات المرفقة هي ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوزيد (dNTPs) ، على وجه التحديد dATP ، dGTP ، dCTP ، dTTP.

بعد تكوين الروابط الهيدروجينية ، يقوم إنزيم بوليميريز الحمض النووي بربط النوكليوتيد برابطة الفوسفويستر بآخر نيوكليوتيد من السلسلة الوليدة المُصنَّعة. هذا يفصل البيروفوسفات ، والذي يتضمن بقايا حمض الفوسفوريك ، والتي يتم تقسيمها بعد ذلك إلى فوسفات فردي. تفاعل التخلص من بيروفوسفات كنتيجة للتحلل المائي موات بقوة ، لأن الرابطة بين الأولى ، التي تدخل في السلسلة ، ومخلفات الفوسفات الثانية غنية بالطاقة. يتم استخدام هذه الطاقة بواسطة البوليميراز.

لا يطيل البوليميراز سلسلة النمو فحسب ، بل إنه قادر أيضًا على فصل النيوكليوتيدات الخاطئة ، أي لديه قدرة تصحيحية. إذا كان آخر نيوكليوتيد يتم إرفاقه بالحبل الجديد غير مكمل للقالب ، فإن البوليميراز سيزيله.

يمكن أن يضيف بوليميريز الحمض النووي فقط نوكليوتيد إلى مجموعة -OH الموجودة في ذرة الكربون الثالثة من ديوكسيريبوز. وبالتالي ، يتم تصنيع السلسلة فقط من نهايتها 3. أي أن تركيب خيط DNA جديد يسير في الاتجاه من 5 'إلى 3'. نظرًا لأن السلاسل الموجودة في جزيء DNA مزدوج الشريطة متناقضة ، فإن عملية التوليف على طول الأصل ، أو القالب ، تستمر السلسلة في الاتجاه المعاكس - من 3 'إلى 5' النهاية.

نظرًا لأن خيوط الحمض النووي غير متوازية ، ولا يمكن تخليق خيط جديد إلا في اتجاه 5´ → 3´ ، سيتم تصنيع خيوط الابنة في شوكة النسخ المتماثل في اتجاهات مختلفة.

في قالب 3´ → 5´ ، يحدث تجميع تسلسل متعدد النوكليوتيد الجديد في الغالب بشكل مستمر ، حيث يتم تصنيع هذه السلسلة في اتجاه 5´ → 3´. تتميز المصفوفة المضادة بالتوازي باتجاه 5´ → 3´ ، لذا فإن تركيب الخيط الصغير على طول حركة الشوكة غير ممكن هنا. سيكون هنا 3´ → 5´ ، لكن بوليمر الحمض النووي لا يمكن أن يعلق على الطرف 5´.

لذلك ، يتم إجراء التوليف على المصفوفة 5´ → 3´ في أقسام صغيرة - شظايا أوكازاكي (سميت على اسم العالم الذي اكتشفها). يتم تصنيع كل جزء في اتجاه تكوين الشوكة العكسي ، مما يضمن ملاحظة قاعدة التجميع من نهاية 5 إلى 3.

"عيب" آخر للبوليميراز هو أنه لا يمكن أن يبدأ بنفسه تخليق جزء من السلسلة الوليدة. والسبب في ذلك هو أنه يحتاج إلى الطرف -OH للنيوكليوتيد المتصل بالفعل بالسلسلة. لذلك ، من الضروري بذرة، أو التمهيدي. إنه جزيء قصير من الحمض النووي الريبي يتم تصنيعه بواسطة الإنزيم بريماز الحمض النووي الريبيوإقرانها مع حبلا قالب الحمض النووي. يبدأ تركيب كل موقع من مواقع Okazaki باستخدام مادة RNA الأولية الخاصة به. عادة ما تحتوي السلسلة التي يتم تصنيعها بشكل مستمر على أساس واحد.

بعد إزالة المواد الأولية وملء الفجوات ببوليميراز الحمض النووي ، يتم خياطة الأجزاء الفردية من حبلا DNA الابنة معًا بواسطة الإنزيم ligase DNA.

تكون عمليات الإنشاء المستمرة أسرع من عمليات الإنشاء المقطوعة. لذلك ، يتم استدعاء أحد خيوط الحمض النووي قيادة، أو الرائدة ، الثانية - متخلفة ، أو متخلفة.

في بدائيات النوى ، يستمر النسخ المتماثل بشكل أسرع: حوالي 1000 نيوكليوتيد في الثانية. بينما تحتوي حقيقيات النوى على حوالي 100 نيوكليوتيد فقط. يصل عدد النيوكليوتيدات في كل جزء من أجزاء أوكازاكي في حقيقيات النوى إلى حوالي 200 ، في بدائيات النوى - حتى 2000.

في بدائيات النوى ، تكون جزيئات الحمض النووي الدائرية عبارة عن نسخة واحدة. في حقيقيات النوى ، يمكن أن يحتوي كل كروموسوم على العديد من النسخ المتماثلة. لذلك ، يبدأ التوليف في عدة نقاط ، في وقت واحد أم لا.

تعمل الإنزيمات وبروتينات النسخ الأخرى معًا لتشكيل معقد وتتحرك على طول الحمض النووي. في المجموع ، يشارك حوالي 20 بروتينًا مختلفًا في هذه العملية ، وقد تم إدراج البروتينات الرئيسية فقط هنا.

اقرأ أيضا: الأدوات الكهروميكانيكية التناظرية لقياس التيار والجهد. آليات قياس الكهرباء الساكنة الترياق: التعريف. الآليات الرئيسية لعمل الترياق ب 63. تشخيص آليات إفلاس الاستقرار المالي للمشروع. أهم مبادئ الفصل بين وظائف إدارة البنية التحتية والموارد في المناطق ، وآليات عملها بشكل فعال. تفاعل الحكومات المحلية مع المؤسسات من مختلف أشكال الملكية: الأهداف والآليات. التنظيم الإرادي ومعاييره ووظائفه وآلياته النفسية. السؤال 4. الآليات المساعدة لفصل الجسيمات عن التدفق.

تكرار الحمض النووي- هذه هي عملية تخليق جزيء ابنة حمض ديوكسي ريبونوكلييك ، والذي يحدث في عملية انقسام الخلية على مصفوفة جزيء الحمض النووي الأصل.

في الوقت نفسه ، فإن المادة الجينية المشفرة في الحمض النووي ، زوجيوينقسم بين الخلايا الوليدة.

يتم إجراء تكرار الحمض النووي بواسطة إنزيم بوليميريز الحمض النووي.

تعتمد آلية النسخ على التوليف الأنزيميحمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA)

تحدد الخصوصية الصارمة لاقتران القواعد النيتروجينية في جزيء الحمض النووي التكاملتسلسل أساسي في خيطين ويوفر دقة عالية

وفقًا لـ Watson and Crick ، ​​يتضمن تكرار الحمض النووي:

1) فجوةروابط الهيدروجين و خيوط غير منسوجةالحلزون المزدوج؛

2) توليفعلى خيوط مفردة من السلاسل التكميلية.

نتيجة لذلك ، ينشأ جزيئين متشابهين من DNA مزدوج الشريطة ، وفي كل جزيء من الجزيئات البنت ، تكون سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات أبوية ، والآخر تم تصنيعه حديثًا ( آلية النسخ شبه المحافظة).

عملية المضاعفة:

فك حلزون الجزيء - فصل خصلة من أخرى إلى أجزاء من جزيء الحمض النووي

تأثير إنزيم بوليميراز DNA على الجزيء

الارتباط بكل خيط DNA من النيوكليوتيدات التكميلية

تكوين جزيئين DNA من واحد.

الوحدة الوظيفية للنسخ المتماثل هي نسخ (البداية - البدء ، النهاية - الانتهاء). بمجرد البدء ، يستمر النسخ المتماثل حتى الكل نسخلن تتكرر (مضاعفة).

يحدث نمو سلسلة عديد النوكليوتيدات فقط من نهايتها 3 "، أي في الاتجاه 5": 3 ". الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو DNA - بوليميراز.

شوكة النسخ المتماثل غير متماثل. من بين خيطي الحمض النووي المُصنَّعين ، أحدهما يُبنى باستمرار ، والآخر متقطع. الأول يسمى القائد ، أو قيادة، سلسلة ، والثاني - متخلفة.

تعمل شرائح الحمض النووي الريبي القصيرة المكملة لقالب الحمض النووي كبذور لتركيب أجزاء من الشريط المتأخر. هذه البادئات RNA (البادئات)، التي تتكون من حوالي 10 نيوكليوتيدات ، يتم تصنيعها على فترات زمنية معينة على قالب الخيط المتأخر من ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد في الاتجاه 5 ": 3" باستخدام الإنزيم بريماتس الحمض النووي الريبي.

الاشعال RNAثم يتم تمديدها مع deoxynucleotides من الطرف 3 بواسطة DNA polymerase ، والذي يستمر في النمو حتى تصل السلسلة التي يتم بناؤها إلى RNA التمهيدي المرتبط بنهاية 5 'من الجزء السابق. وهكذا تشكلت الشظايا (ما يسمى ب. شظايا أوكازاكي) تحتوي السلسلة المتأخرة على 1000-2000 من مخلفات ديوكسي ريبونوكليوتيد في البكتيريا ؛ في الخلايا الحيوانية ، لا يتجاوز طولها 200 نيوكليوتيد.

لضمان تكوين سلسلة مستمرة من الحمض النووي من العديد من هذه الأجزاء ، يتم تشغيل نظام إصلاح خاص للحمض النووي ، وإزالة المادة الأولية من الحمض النووي الريبي واستبدالها بالحمض النووي. الإنزيم يكمل العملية برمتها ligase DNA، مما يحفز تكوين رابطة فوسفوديستر بين مجموعة 3 "-OH لجزء جديد من الحمض النووي ومجموعة 5" فوسفات من الجزء السابق.

فك اللولب المزدوج والمسافات. يتم فصل السلسلة باستخدام عدة بروتينات خاصة. هليكازات فك امتدادات قصيرة من الحمض النووي قبل شوكة النسخ المتماثل مباشرة.

ترتبط عدة جزيئات بكل سلسلة من السلاسل المنفصلة. بروتينات ربط الحمض النوويالتي تمنع تشكيل أزواج مكملة وعكس عودة السلاسل.

متى حلقة طبق الاصل(على سبيل المثال ، في البلازميد) تسمى العملية الموصوفة. ف النسخ المتماثل. تلتف جزيئات الحمض النووي الدائرية على نفسها (ملفوفة للغاية) ، عند فك اللولب المزدوج في عملية التكرار ، يجب أن تدور باستمرار حول محورها. في هذه الحالة ، ينشأ إجهاد الالتواء ، والذي يتم التخلص منه عن طريق كسر إحدى السلاسل. ثم يتم إعادة توصيل كلا الطرفين على الفور ببعضهما البعض. يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة الإنزيم توبويزوميراز الحمض النووي .

DNA - بوليميراز

بوليميراز الدنا هو إنزيم يشارك في تكرار الحمض النووي. تحفز إنزيمات هذه الفئة بلمرة ديوكسي ريبونوكليوتيدات على طول سلسلة نيوكليوتيدات الحمض النووي ، والتي "يقرأها" الإنزيم ويستخدمها كقالب. يتم تحديد نوع النيوكليوتيدات الجديدة من خلال مبدأ التكامل مع القالب الذي تتم القراءة منه. يُعد الجزيء المُجمع مكملاً للقالب أحادي الملف ومماثل للمكون الثاني من الحلزون المزدوج.

يتم عزل بوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي ، باستخدام أحد خيوط الحمض النووي كقالب ، وبوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي ، وهو قادر أيضًا على قراءة المعلومات من RNA (النسخ العكسي).

يبدأ بوليميراز الحمض النووي في تكرار الحمض النووي عن طريق الارتباط بجزء من سلسلة من النيوكليوتيدات. يُطلق على متوسط ​​عدد النيوكليوتيدات المرتبطة بإنزيمات بوليميريز الحمض النووي في فعل واحد من الارتباط / التفكك مع القالب العملية.

الحمض النووي - الهليكازات

هليكازات الحمض النووي - الإنزيمات التي تزيل حلزون الحمض النووي المزدوج الشريطة مع إنفاق الطاقة من التحلل المائي لـ NTP ثلاثي الفوسفات. يشارك الحمض النووي أحادي السلسلة الناتج في عمليات مختلفة مثل التكرار وإعادة التركيب والإصلاح. تعتبر هليكازات الحمض النووي ضرورية للتكرار والإصلاح وإعادة التركيب والنسخ. الهليكات موجودة في جميع الكائنات الحية.