دور الإنزيمات في نسخ الـDNA في اوليات و حقيقيات النواة

نسخ DNA في أوليات وحقيقيات النواة

يتطلب نسخDNA  تكامل نشاط عدد من الإنزيمات والبروتينات في الخلية. وتبدأ عملية النسخ بفك التفاف اللولب المزدوج حتي تتمكن انزيمات النسح من القيام بعملها. بعد فك التفاف اللولب المزدوج تتحرك (إنزيمات اللولب) على امتداده فينفصل شريطيه عن بعضهما البعض. وذلك عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد المتزاوجة فى كلا الشريطين. وبابتعاد الشريطان عن بعضهما تتمكن القواعد من تكوين روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات جديدة، تنشأ منها نسخة جديدة.

- نسخ DNA في أوليات النواة

يبدأ النسخ عندما تبلغ خلية البكتريا الحقيقة والعتائق (archaea) مرحلة معينة من النمو [مرحلة السكون (طور الثبات ) ]. في هذه المرحلة تستعد الخلية للانقسام. فتبدأ في عمل نسخة جديدة من جينومها. ثم تنشق إلى خليتين بنويتين. يحتوي سيتوبلازم أوليات النواة على جزيء ‏دائري مزدوج الشريط. من الحمض النووي. يحتوي هذا الجزيء على منسأ واحد للتناسخ. تكون شوكة التناسخ على هيئة حرف ‏Y‏، عندم يتم إزالة الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية. وحيث أن الحمض النووي لأوليات النواة يحتوي على منشأ واحد للتناسخ، لذا تنشأ شوكتين متماثلتين فقط خلال عملية الاستنساخ. وتعمل ‏شوكتا الاستنساخ في كلا الاتجاهين.‏

يعمل البروتين الذي يرتبط بكل شريط من شريطي الحمض النووي على على بقاء الشريطين متباعدين، مما يسمح بنسخ الشريطين.   ‏RNA primase‏ هو إنزيم ينتج 5-10 زوجًا من قواعد RNA‏ على امتداد الشريط المكمل لأحد شريطي الحامض النووي (القالب).

- نسخ DNA في حقيقيات النواة

تُعرف العملية التي ينسخ فيها الحمض النووي في حقيقيات النوى، والتي تجري قبل انقسام الخلية في الطور (S) باسم مرحلة تضاعف الحمض ‏النووي. على الرغم من أن العملية الأساسية لتناسخ الحمض النووي في حقيقيات النوى مماثلة ‏لعملية تناسخ الحمض النووي في يدائيات النواة، إلا أن هناك تغييرات ملحوظة بسبب حجم الحمض النووي ‏في حقيقية النواة و في بنيته. يتكون الحمض النووي في حقيقيات النواة من جزيئات من شريط مزدوج خطي وليس دائري. كمية الحمض النووي في حقيقيات النواة أكبر بحوالي خمسين مرة من ‏الحمض النووي في بدائيات النواة. علاوة على ذلك، فإن الحمض النووي في حقيقية النواة يحتوي على بروتينات نعرف بالهستونات وأخرى غير هستونية في داخل نواة الخلية. ونتيجة لذلك، يحدث نسخ الحمض النووي على ‏ثلاث مراحل: البدء، والاستطالة، والإنهاء.‏

دور الإنزيمات في نسخ شريطي DNA

في حالة الشريط ( ^-3 ß 5^--) من القالب الأصلي. تقوم انزيمات البلمرة بإضافة نيوكليوتيدات جديدة الواحدة بعد الأخرى من البداية (5^--)ß إلى النهاية (3^-) لشريط DNA الجديد. ويتم ذلك بعد أن تتزاوج القاعدة النيتروجينية في النيوكليوتيدة الجديدة مع القاعدة النيتروجينية الموجودة على شريط القالب (شكل 5). يجب أن يكون واضحا أن انزيم البلملرة لا يعمل إلا في الاتجاه ( -3 ß 5--).

في حالة الشريط ( -5 ß 3-)  الأصلي المعاكس. تقوم انزيمات البلمرة ببناء قطع صغيرة من شريط DNA الجديد فى اتجـــــــــاه (-5 ß 3-). ثم ترتبط هذه القطع مع بعضها بواسطة انزيم الربط. وذلك لأن إنزيم البلمرة كما ذكرنا سابقا لا يعمل فى اتجاه ( -5 ß 3-) .

الصورة المرفقة توضح تناسخ جزيءDNA  شبه المحافظ.

يعمل انزيم البلمرة فى اتجاه واحد فقط. وهو من الطرف (5^-) إلى الطرف (3^-) للشريط الجديد.. لذلك فهو يصلح لبناء الشريط المكمل للشريط القالب .(-5 ß 3-) ولا يصلح لبناء الشريط المكمل للشريط المعاكس (-5 ß 3-) (شكل 6).

أوجه التشابة بين نسخ الحمض النووي في حقيقيات النواة وأوليات النواة

يتم نسخ الحمض النووي في حقيقيات النواة وأوليات النواة قبل عملية الانقسام.‏

تجري عملية النسخ في الحمض النووي ثنائي الجديلة في حقيقيات النواة وأوليات النواة.‏

إنزيم الهيليكازهو الإنزيم المسؤول عن تفكيك كل من الحمض النووي في حقيقيات النواة ‏وأوليات النواة.‏

يعمل البروتين الذي يرتبط بكل جديلة من جديلتي الحمض النووي على بقاء الجديلنين متباعدتين، حتى تتم عملية النسخ.‏

نسخ الحمض النووي هو عملية متعددة الخطوات. تتم في كل من تتم في كل من أوليات النواة وحقيقة النواة بمساعدة إنزيم ‏ بوليميراز الحمض النووي.

أوجه الاختلاف بين نسخ الحمض النووي في أوليات وحقيقيات النواة

أوليات النواة	حقيقيات النواة
يجري نسخ الحمض النووي في الستوبلازم	يجري نسخ الحمض النووي في النواة
يوجد بجزي DNA منشأ  واحد للتناسخ	يوجد بجزي DNA أكثر من منشأ للتناسخ
يتكون منشأ التناسخ من 100 إلى 200 نيكليوتيد أو أكثر	يتكون منشأ التناسخ من خوالي 150 نيكليوتيد
تجري عملية النسخ في الاتجاهين، ويوجد شوكتي تناسخ فقط	يوجد العديد من فقعاة النسخ والعديد من شوكات التناسخ
يوجد نسيخة (replicon) واحدة فقط بكروموسوم بدائية النواة	يوجد حوالي 50000  نسيخة بكروموسوم حقيقية النواة
تجري هذه العملية بمساعدة Polymerase I and III	تجري هذه العملية بمساعدة DNA Polymerase و  DNA gyrase. ليس من المطلوب استخدامDNA gyrase
قطع  أوكازاكي  ضخمة وتتكون من  1000 إلى 2000 نيكليوتيد في الطول	قطع  أوكازاكي  دقيقة وتتكون من  100 إلى 200 نيكليوتيد في الطول
عملية سريعة  تضيف 200 نيكليوتيدة في الثانية	تستغرق وقتا من الزمن وتضيف حوالي 100 نيكليوتيد في الثانية
الـ DNA ثنائي الجديلة ودائري	الـ DNA ثنائي الجديلة وخطي

شكل DNA  في أوليات وحقيقة النواة في السيتوبلازم.

دور الإنزيمات في إصلاح عيوب DNA

- أسباب تلف المركبات البيولوجية ومنها DNA

كل المركبات البيولوجية التي توجد فى الخلية على شكل بوليمرات معرضة للتلف ومنها DNA.

البوليمرات: مركبات طويلة تتكون من وحدات بنائية متكررة مثل النشا والبروتين والأحماض النووية (DNA و RNA).

تفقد الخلية البشرية يومياً حوالي (5000) قاعدة بيورينية (أدينين و جوانين) من DNA الموجود بها. وتتلف المركبات البيولوجية ومنها DNA بسبب البيئة المائية داخل الخلية، والمركبات الكيميائية، والاشعاع، والحرارة. وهي تعمل على كسر الروابط التساهمية التي تربط السكريات الخماسية.

- تأثير تلف DNA على ما يحمل من المعلومات الوراثية

أي تلف في جزيءDNA ‎‏ يمكن أن ‏يحدث تغييراً في المعلومات ‏الوراثية الموجودة عليه. مما ينتج ‏عنه تغيرات خطيرة في بروتينات ‏الخلية.‏

لا يستمر من هذه التغيرات سوى ‏تغيران أو ثلاثة كل عام. وذلك لأن الغالبية ‏العظمى من هذه التغيرات تزال ‏بكفاءة عالية نتيجة نشاط مجموعة ‏من الإنزيمات (20 إنزيم). تعمل ‏على إصلاح عيوب ‏DNA ‎‏ وهي ‏‏(إنزيمات الربط).‏

- ميكانيكية إصلاح عيوب DNA

‏تقوم إنزيمات الربط بالتعرف على ‏المنطقة التالفة في ‏DNA.‎‏ ثم تقوم بإصلاحها. وذلك باستبدال ‏النيوكليوتيدة التالفة بنيوكليوتيدة ‏جديدة. تتزاوج النيوكليوتيدة ال‏جديدة مع تلك الموجودة ‏بالشريط المقابل للجزء التالف.‏ ‏وبذلك يظل تركيب DNA ‎‏ ثابت عند انتقاله ‏للأجيال التالية. ‏لذلك تلعب إنزيمات الربط دور هام في ‏إصلاح عيوب‏DNA ‎‏. وفى الثبات الوراثي ‏للكائنات الحية.

- الشروط اللازم توافرها لإصلاح عيوب DNA

وجود نسختين من المعلومات الوراثية. واحدة على كل من شريطي اللولب المزدوج. ووجود شريط من الشريطين دون تلف. كي تستطيع إنزيمات الربط استخدامه كقالب لإصلاح التلف الموجود على الشريط المقابل.

شاهدة شرح مرئي لإصلاح عيوب DNA في الفيديو المرفق.