یک مولکول DNA ساختاری است که روی یک کروموزوم یافت می شود. یک کروموزوم حاوی یک مولکول از این قبیل است که از دو رشته تشکیل شده است. تکثیر DNA انتقال اطلاعات پس از بازتولید خود نخ ها از یک مولکول به مولکول دیگر است. این در هر دو DNA و RNA ذاتی است. این مقاله روند تکثیر DNA را مورد بحث قرار می دهد.
اطلاعات عمومی و انواع سنتز DNA
مشخص است که رشته های موجود در مولکول پیچ خورده است. با این حال، هنگامی که فرآیند تکثیر DNA آغاز می شود، آنها از حالت اسپیرال خارج می شوند، سپس به طرفین حرکت می کنند و یک نسخه جدید روی هر کدام سنتز می شود. پس از اتمام، دو مولکول کاملاً یکسان ظاهر می شوند که هر کدام شامل یک نخ مادر و دختر است. این سنتز نیمه محافظه کار نامیده می شود. مولکول‌های DNA در حالی که در یک سانترومر باقی می‌مانند دور می‌شوند و در نهایت تنها زمانی که این سانترومر شروع به تقسیم می‌کند از هم جدا می‌شوند.
نوع دیگری از سنتز ترمیمی نامیده می شود. او بر خلاف قبلی،با هر مرحله سلولی مرتبط است، اما زمانی شروع می شود که آسیب DNA رخ می دهد. اگر آنها بیش از حد گسترده باشند، سلول در نهایت می میرد. با این حال، اگر آسیب موضعی باشد، می توان آن را تعمیر کرد. بسته به مشکل، یک یا دو رشته DNA در معرض بازیابی هستند. این سنتز بدون برنامه زمان زیادی طول نمی کشد و نیازی به هزینه های انرژی زیادی ندارد.
تکثیر به سه دوره تقسیم می شود:
- شروع؛
- طولانی;
- فسخ.
بیایید نگاهی دقیق تر به این توالی تکثیر DNA بیندازیم.
شروع
در DNA انسان چند ده میلیون جفت باز وجود دارد (در حیوانات فقط صد و نه جفت باز وجود دارد). تکثیر DNA در بسیاری از نقاط زنجیره به دلایل زیر شروع می شود. تقریباً در همان زمان، رونویسی در RNA رخ می دهد، اما در برخی مکان های جداگانه در طول سنتز DNA معلق می شود. بنابراین، قبل از چنین فرآیندی، مقدار کافی از یک ماده در سیتوپلاسم سلول جمع می شود تا بیان ژن حفظ شود و فعالیت حیاتی سلول مختل نشود. با توجه به این موضوع، فرآیند باید در سریع ترین زمان ممکن انجام شود. پخش در این مدت انجام می شود و رونویسی انجام نمی شود. مطالعات نشان داده است که تکثیر DNA به یکباره در چندین هزار نقطه رخ می دهد - مناطق کوچک با یک مشخصدنباله ای از نوکلئوتیدها آنها توسط پروتئین های آغازگر ویژه ای به هم می پیوندند که به نوبه خود توسط دیگر آنزیم های تکثیر DNA به یکدیگر متصل می شوند.
قطعه DNA که در آن سنتز اتفاق می افتد، replicon نامیده می شود. از نقطه شروع شروع می شود و زمانی که آنزیم تکثیر را کامل می کند به پایان می رسد. Replicon مستقل است و همچنین کل فرآیند را با پشتیبانی خود تامین می کند. می تواند در یک یا دو جهت مخالف جریان یابد. رویدادها هنگام ایجاد به ترتیب زیر رخ می دهند:
- چنگال تکرار؛
- پرایمر RNA.
چنگال تکرار
این بخش فرآیندی است که طی آن رشته های دئوکسی ریبونوکلئیک بر روی رشته های جدا شده DNA سنتز می شوند. چنگال ها به اصطلاح چشم reduplication را تشکیل می دهند. این فرآیند با یک سری اقدامات انجام می شود:
رهاسازی از اتصال به هیستون‌ها در نوکلئوزوم - آنزیم‌های تکثیر DNA مانند متیلاسیون، استیلاسیون و فسفوریلاسیون واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود پروتئین‌ها بار مثبت خود را از دست بدهند، که آزاد شدن آنها را تسهیل می‌کند؛
پرایمر RNA
سنتز انجام می شودآنزیمی به نام DNA پلیمراز. با این حال، او نمی تواند آن را به تنهایی شروع کند، بنابراین آنزیم های دیگر این کار را انجام می دهند - RNA پلیمرازها، که به آنها پرایمرهای RNA نیز می گویند. آنها به موازات رشته های دئوکسی ریبونوکلئیک مطابق با اصل مکمل سنتز می شوند. بنابراین، شروع با سنتز دو پرایمر RNA بر روی دو رشته DNA که در جهات مختلف شکسته و جدا شده اند، به پایان می رسد.
طولانی
این دوره با افزودن یک نوکلئوتید و انتهای 3' پرایمر RNA آغاز می شود که توسط DNA پلیمراز قبلا ذکر شده انجام می شود. به اولی، نوکلئوتید دوم، سوم و غیره را می چسباند. پایه های رشته جدید توسط پیوندهای هیدروژنی به زنجیره مادر متصل می شوند. اعتقاد بر این است که سنتز رشته در جهت 5'-3' پیش می رود. بنابراین به چنین نخی پیشرو یا پیشرو می گویند. آغازگرهای RNA دیگر روی آن تشکیل نمی شوند.
با این حال، در رشته مادری مخالف، نوکلئوتیدهای DNA همچنان به پرایمر RNA متصل می شوند و زنجیره دئوکسی ریبونوکلئیک در جهت مخالف چنگال تکراری سنتز می شود. در این صورت به آن تاخیر یا عقب افتادگی می گویند.
روی رشته عقب‌افتاده، سنتز به صورت تکه‌ای اتفاق می‌افتد، جایی که در انتهای یک بخش، سنتز با استفاده از همان آغازگر RNA در محل دیگری در نزدیکی آن آغاز می‌شود. بنابراین، دو قطعه روی رشته عقب مانده وجود دارد که توسط DNA و RNA به هم متصل می شوند. آنها قطعات اوکازاکی نامیده می شوند.
سپس همه چیز تکرار می شود.سپس چرخش دیگری از مارپیچ باز می شود، پیوندهای هیدروژنی شکسته می شوند، رشته ها به طرفین واگرا می شوند، رشته پیشرو طولانی می شود، قطعه بعدی آغازگر RNA روی پرایمر عقب مانده سنتز می شود، پس از آن قطعه اوکازاکی. پس از آن، در رشته عقب مانده، آغازگرهای RNA از بین می روند و قطعات DNA در یک ترکیب می شوند. بنابراین در این مدار به طور همزمان اتفاق می افتد:
- تشکیل پرایمرهای RNA جدید؛
- سنتز قطعات اوکازاکی؛
- تخریب آغازگرهای RNA؛
- اتحاد مجدد در یک زنجیره واحد.
فسخ
این فرآیند تا زمانی ادامه می یابد که دو چنگال همانندسازی به هم برسند، یا یکی از آنها به انتهای مولکول برسد. پس از برخورد چنگال ها، رشته های دختر DNA توسط یک آنزیم به هم متصل می شوند. در صورتی که چنگال به انتهای مولکول حرکت کند، تکثیر DNA با کمک آنزیم‌های خاص به پایان می‌رسد.
اصلاح
در این فرآیند، نقش مهمی به کنترل (یا اصلاح) تکرار داده می شود. هر چهار نوع نوکلئوتید به محل سنتز عرضه می شود و با جفت شدن آزمایشی، DNA پلیمراز موارد مورد نیاز را انتخاب می کند.
نوکلئوتید مورد نظر باید بتواند به اندازه همان نوکلئوتید روی رشته الگوی DNA، پیوند هیدروژنی ایجاد کند. علاوه بر این، باید فاصله ثابت مشخصی بین ستون فقرات قند فسفات وجود داشته باشد که مربوط به سه حلقه در دو پایه است. اگر نوکلئوتید این الزامات را برآورده نکند، اتصال رخ نخواهد داد.
کنترل قبل از گنجاندن آن در زنجیره و قبل از آن انجام می شود.گنجاندن نوکلئوتید بعدی پس از آن، یک پیوند در ستون فقرات قند فسفات تشکیل می شود.
تغییر جهش
مکانیسم تکثیر DNA، علیرغم درصد بالای دقت، همیشه دارای اختلالاتی در رشته ها است که عمدتاً به آن "جهش ژنی" می گویند. تقریباً هزار جفت پایه دارای یک خطا هستند که به آن تکرار مجدد متغیر می گویند.
به دلایل مختلفی اتفاق می افتد. به عنوان مثال، در غلظت زیاد یا خیلی کم نوکلئوتیدها، دآمیناسیون سیتوزین، وجود جهش زاها در ناحیه سنتز و غیره. در برخی موارد، خطاها را می توان با فرآیندهای جبرانی اصلاح کرد، در برخی دیگر، اصلاح غیرممکن می شود.
اگر آسیب به یک مکان غیرفعال برخورد کرده باشد، هنگام انجام فرآیند تکثیر DNA، خطا عواقب جدی در پی نخواهد داشت. توالی نوکلئوتیدی یک ژن خاص ممکن است با عدم تطابق ظاهر شود. سپس وضعیت فرق می کند و هم مرگ این سلول و هم مرگ کل ارگانیسم می تواند به یک نتیجه منفی تبدیل شود. همچنین باید در نظر گرفت که جهش‌های ژنی بر اساس تنوع جهشی است که باعث پلاستیکی‌تر شدن مخزن ژن می‌شود.
متیلاسیون
در زمان سنتز یا بلافاصله پس از آن، متیلاسیون زنجیره ای رخ می دهد. اعتقاد بر این است که در انسان، این فرآیند برای تشکیل کروموزوم ها و تنظیم رونویسی ژن ضروری است. در باکتری ها، این فرآیند برای محافظت از DNA در برابر قطع شدن توسط آنزیم ها عمل می کند.
