تضاعف الحمض النووي وإصلاحه
قبل أن تنقسم الخلية، تقوم بنسخ جينومها بالكامل بدقة ملحوظة، وتعمل شبكة من أنظمة الإصلاح باستمرار على تصحيح التلف والأخطاء التي قد تفسد التسلسل الموروث بخلاف ذلك.
Definition
تضاعف الحمض النووي هو النسخ شبه المحافظ للجينوم حيث يعمل كل شريط أبوي كقالب لشريط تكميلي جديد، وإصلاح الحمض النووي هو مجموعة المسارات الإنزيمية التي تكتشف وتصحح التلف وأخطاء التضاعف.
Scope
يغطي هذا الموضوع التضاعف شبه المحافظ وتجربة ميسلسون وستال، وشوكة التضاعف مع شريطيها الرائد والمتأخر وشظايا أوكازاكي، وأدوار بوليميراز الحمض النووي، والهيليكاز، والبرايميز، والليجيز، والتدقيق اللغوي ودقة التخليق، ومسارات الإصلاح الرئيسية بما في ذلك إصلاح عدم التطابق، وإصلاح استئصال القاعدة والنيوكليوتيد، وإصلاح كسر الشريط المزدوج. ويتناول كيفية نسخ التسلسل والحفاظ عليه؛ أما كيفية تغير التسلسل على الرغم من هذه الأنظمة فيتم تناولها تحت عنوان الطفرة.
Core questions
- كيف أثبتت تجربة ميسلسون وستال أن التضاعف شبه محافظ؟
- لماذا يجب تخليق الشريطين عند شوكة التضاعف بشكل مختلف؟
- كيف يحقق التدقيق اللغوي وإصلاح عدم التطابق معدل الخطأ المنخفض جدًا للجينوم؟
- ما هي مسارات الإصلاح التي تتعامل مع أي أنواع من تلف الحمض النووي؟
Key concepts
- التضاعف شبه المحافظ وتجربة ميسلسون وستال
- شوكة التضاعف، الشريط الرائد والمتأخر، شظايا أوكازاكي
- بوليميراز الحمض النووي، هيليكاز، برايميز، وليجيز
- التدقيق اللغوي ودقة التضاعف
- إصلاح عدم التطابق، الاستئصال، وكسر الشريط المزدوج
Mechanisms
يقوم الهيليكاز بفك الشريط المزدوج، ويضع البرايميز بادئات الحمض النووي الريبوزي، ويقوم بوليميراز الحمض النووي بتمديد الأشرطة الجديدة من الاتجاه 5' إلى 3'، بشكل مستمر على الشريط الرائد وكشظايا أوكازاكي التي يربطها الليجيز لاحقًا على الشريط المتأخر؛ ويحافظ التدقيق اللغوي للبوليميراز وإصلاح عدم التطابق بعد التضاعف، جنبًا إلى جنب مع مسارات الاستئصال للتلف الكيميائي والأشعة فوق البنفسجية، على معدلات طفرات منخفضة للغاية.
Clinical relevance
تسبب العيوب في إصلاح الحمض النووي اضطرابات وراثية واستعدادًا للسرطان، مثل جفاف الجلد المصطبغ (xeroderma pigmentosum) الناتج عن خلل في إصلاح استئصال النيوكليوتيد ومتلازمة لينش (Lynch syndrome) الناتجة عن نقص إصلاح عدم التطابق، بينما تشكل إنزيمات التضاعف أساس تضخيم الحمض النووي في المختبر.
History
أكد ميسلسون وستال التضاعف شبه المحافظ في عام 1958 باستخدام الحمض النووي الموسوم بالكثافة، وعزل كورنبرغ أول بوليميراز للحمض النووي، وحلت شظايا أوكازاكي المكتشفة في أواخر الستينيات كيفية تكوين الشريط المتأخر؛ وتم رسم خرائط مسارات الإصلاح تدريجيًا من خلال علم الوراثة البكتيري والبشري على مدى العقود التالية.
Key figures
- Matthew Meselson
- Franklin Stahl
- Arthur Kornberg
- Reiji Okazaki
Related topics
Seminal works
- meselsonStahl1958
Frequently asked questions
- ما هي شظايا أوكازاكي؟
- هي أجزاء قصيرة من الحمض النووي يتم تخليقها بشكل متقطع على الشريط المتأخر لأن هذا الشريط لا يمكن تصنيعه إلا في الاتجاه المعاكس لحركة الشوكة؛ يقوم إنزيم يسمى ليجيز الحمض النووي بربطها لاحقًا في شريط مستمر.
- كيف تحافظ الخلية على دقة التضاعف إلى هذا الحد؟
- تقوم بوليميرازات الحمض النووي بالتدقيق اللغوي أثناء التخليق، مزيلة النيوكليوتيدات غير المتطابقة، ويقوم نظام منفصل لإصلاح عدم التطابق بمسح الحمض النووي المصنع حديثًا بعد ذلك، مما يقلل معًا معدل الخطأ إلى حوالي خطأ واحد لكل مليار قاعدة.