تكون شوكة التضاعف
تبدأ التحضيرات للتخليق بإزالة التوتر في جزيء DNA الملتف. لتحقيق ذلك، يقوم إنزيم DNA توبويزوميراز (بصفته نوكلياز قابلاً للعكس) بشق الرابطة 3',5'-فوسفوديستر لأحد الشريطين ويرتبط مؤقتاً بالنهاية 5'. هذا يزيل الالتفاف الفائق للكروماتين.
بعد ذلك، تدخل جزيئا DNA هيليكاز في العمل. باستهلاك طاقة ATP، يقومان بفك لولب المزدوج محلياً. لكي لا تلتصق شرائط القالب المفكوكة ببعضها مرة أخرى (إعادة الارتباط) ولا تكوّن «دبابيس شعر»، ترتبط بها بروتينات SSB. فهي تحافظ على فصل الشريطين دون تغطية القواعد النيتروجينية نفسها، لكي تتمكن البوليمرازات من «قراءتها».
تخليق الشريط الرائد والشريط المتأخر
تُبنى شرائط DNA الابنة بشكل مضاد للتوازي مع شرائط القالب (تتم قراءة القوالب من 3' إلى 5'). ونتيجة لذلك، تختلف عملية التخليق على الشريطين بشكل جذري.
- السلسلة الرائدة: يتم بناءها باستمرار خلف شوكة التضاعف المتحركة. يقود الاصطناع هنا البوليميراز DNA $\delta$.
- الشريط المتأخر: يُضطر للتخليق في اتجاه معارض لحركة الشوكة. يتم التخليق بشكل متقطع على هيئة أجزاء — قطع أوكازاكي. يتكون كل جزء من هذه الأجزاء من بادئ RNA قصير (حوالي 10 نيوكليوتيدات) ومنطقة DNA (حوالي 150 نيوكليوتيداً).
لبدء التخليق، تحتاج البوليمرازات إلى نقطة انطلاق. يلعب هذا الدور البادئ RNA، الذي يصنعه البريماز (الوحدة الفرعية لـ DNA بوليمراز $\alpha$). بعد ذلك، ينتقل الإنزييم إلى استطالة الشريط، ثم يسلم الراية إلى بوليمراز $\delta$ أو $\epsilon$.
ربط القطع وتصحيح الأخطاء
من الضروري على الشريط المتأخر إزالة بادئات RNA وربط القطع المتفرقة في خيط واحد. تُزال البادئات بواسطة نوكليازات داخلية أو إنزيمات RNAase، بينما تملأ الفراغات الناشئة بواسطة DNA بوليمراز $\beta$. في النهاية، يقوم DNA ليغاز، باستخدام ATP، بربط القطع مستعيداً الهيكل العظمي للفوسفوديستر.
تُعد مراقبة الجودة مرحلة مهمة. يمتلك DNA بوليمراز $\delta$ و $\epsilon$ نشاط exonuclease. إذا لاحظا نيوكليوتيداً مركباً بشكل خاطئ، فإنهما يقومان بإزالته، مما يضمن دقة عالية لمضاعفة المادة الوراثية.
التحكم والخصائص في حقيقيات النوى
تكون جزيئات DNA في حقيقيات النوى هائلة، لذا لا تبدأ العملية في نقطة واحدة بل في نقاط متعددة — تُعرف بـ الأوريجينات (نقاط البدء). تسمى المنطقة الواقعة بين أوريجين متجاورين بـ الريبلون. تتشكل في كل أوريجين شوكتان تبتعدان في اتجاهين متعاكسين حتى تصطدما بشوكات الريبلون المجاور.
يتم التحكم الصارم في بدء النسخ المتماثل بواسطة بروتينات السيكلينات. على سبيل المثال، سيكلين D مسؤول عن انتقال الخلية إلى المرحلة S، بينما تطلق سيكلات E و A تخليق DNA نفسه. وهي تنشيط الكينازات المرتبطة بالسيكلين والتي تفسفر البروتينات اللازمة للتقدم خلال دورة الخلية.
باختصار: إجابات عن أسئلة حول الموضوع
ما هي الإنزيمات المحددة التي تزيل بادئات RNA من على الشريط المتأخر؟
تتم إزالة بادئات RNA من الشريط المتأخر، وفقاً للمصادر، بواسطة:
- DNA بوليمراز I — يزيل بادئات RNA بفضل نشاط exonuclease ويملأ الفجوات بالديوكسي ريبونوكليوتيدات.
- RNAase — يستأصل بادئات RNA.
- النوكلياز الداخلي، بما في ذلك النوكلياز الداخلي 5'-3'؛ كما أُشير إلى إزالة البادئات بفضل نشاط النوكلياز الداخلي 5',3' لـ DNA بوليمراز.
ما هي الإنزيمات المشاركة في الحفاظ على التيلوميرات في نهايات الصبغيات أثناء النسخ المتماثل؟
في الحفاظ على التيلوميرات في نهايات الصبغيات أثناء التضاعف، تشير المصادر إلى:
- التيلوميراز — يحل مشكلة نقص تضاعف النهايات 3' للكروموسومات الخطية.
- TERT (telomerase reverse transcriptase) — ترانسكريبتيز عكسي تيلوميرازي، وهو إنزيم يطيل التيلوميرات.
من السهل تذكر الاتجاه: البوليمرازات كالعمال، يعملون بامتياز، لذا يبنون من النهاية 5' إلى 3'.
أسئلة من المحاضرات والامتحانات
ما هو الفرق بين الشريط الرائد والشريط المتأخر؟
يُسْتَكْمَل تخليق الشريط الرائد باستمرار وفق اتجاه حركة شوكة التضاعف. أما الشريط المتأخر فيتكون بشكل متقطع على هيئة قطع أوكازاكي قصيرة، بعكس اتجاه الحركة للشوكة.
ما هي الوظيفة التي تؤديها بروتينات SSB؟
ترتبط بمناطق DNA أحادية الشريط المفكوكة، مما يمنعها من إعادة الاتصال (إعادة الارتباط) أو تكوين دبابيس شعر قبل بدء التخليق.
ما الحاجة إلى البريماز؟
لا تستطيع بوليمرازات DNA بدء التخليق من الصفر. يصنع البريماز بادئ RNA قصيراً ترتبط به بعد ذلك الديوكسي ريبونوكليوتيدات.
مواضيع أخرى للمراجعة في نفس السياق
- الآلية التفصيلية لعمل DNA توبويزوميراز
- نوعية السيكلات في المراحل المختلفة لدورة الخلية
- آليات تصحيح الأخطاء (proofreading) بواسطة البوليمرازات
- دور أيونات المغنيسيوم في المركز النشط للبوليمرازات
- بنية الريبلون وتفاعل البروتينات في المعقد
مواضيع أخرى من قسم «التخليق الحيوي للقوالب»
دروس فيديو مجانية: الكيمياء الحيويةدروس قصيرة مع ملخصات — بدون تسجيل.
تم إعداد المادة بواسطة أعضاء هيئة التدريس في WhiteCoat Pro وفقاً للمنهج الدراسي لكليات الطب. وهي ذات طابع تعليمي.