النسخ

كيف تُنسخ المعلومات الموجودة في جين الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) — وهي الخطوة الأولى في التعبير الجيني والنقطة التي يُمارس عندها قدر كبير من التنظيم.

Definition

النسخ هو التخليق الإنزيمي لجزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) باستخدام أحد شريطي الحمض النووي (DNA) كقالب، ويتم بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase)، وينتج عنه الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA)، والريبوسومي (ribosomal RNA)، والناقل (transfer RNA)، وغيرها من جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNAs) التي تتبع المعلومات المشفرة في الجين.

Scope

تغطي هذه المنطقة تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA) المعتمد على الحمض النووي (DNA) بدءًا من البدء وحتى الإنهاء، بما في ذلك بوليميرازات الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase)، والمحفز (promoter) والتعرف على العوامل التي تحدد مكان بدء النسخ، وخطوة الاستطالة، ونضج النسخ الأولية إلى جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNAs) وظيفية، والإشارات التي توقف التخليق. وهي تتعامل مع النسخ كآلية ونقطة تحكم؛ ويتم تغطية الترجمة اللاحقة والمنطق الأوسع للشبكات التنظيمية في مناطق مجاورة.

Sub-topics

• المحفزات وعوامل النسخ
• إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA Polymerase) وبدء النسخ
• معالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA) والتضفير
• إنهاء النسخ

Core questions

• كيف يجد بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) الجين ويبدأ التخليق في المكان الصحيح؟
• أي شريط يُستخدم كقالب وكيف يُبنى الحمض النووي الريبوزي (RNA)؟
• كيف تُعالج النسخة الأولية لتصبح حمضًا نوويًا ريبوزيًا (RNA) ناضجًا وظيفيًا؟
• كيف تعرف الخلية متى تتوقف عن النسخ؟

Key theories

العقيدة المركزية — من الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA)

تتدفق معلومات التسلسل من الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) عن طريق النسخ، مما يحدد الحمض النووي الريبوزي (RNA) كوسيط يحمل الرسالة الوراثية نحو تخليق البروتين، كما وُضحت في بيان كريك (Crick) للعقيدة المركزية.

التخليق الموجه بالقالب، أحادي الشريط

يقرأ بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) شريطًا واحدًا من الحمض النووي (DNA) ويصنع حمضًا نوويًا ريبوزيًا (RNA) مكملاً في الاتجاه 5'←3' بدون بادئ (primer)، ناسخًا وحدات محددة بدلاً من نسخ الكروموسوم بأكمله.

Mechanisms

يتم النسخ على ثلاث مراحل. في مرحلة البدء (initiation)، يرتبط إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase)، مسترشدًا بتسلسلات المحفز (promoter sequences) و (في حقيقيات النوى) عوامل النسخ العامة (general transcription factors)، ويذيب الحمض النووي (DNA) لتشكيل مركب مفتوح (open complex) ويبدأ تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA). في مرحلة الاستطالة (elongation)، يتحرك البوليميراز على طول القالب، ويطيل الحمض النووي الريبوزي (RNA) ويحافظ على فقاعة النسخ (transcription bubble). في مرحلة الإنهاء (termination)، تحرر إشارات محددة البوليميراز والنسخة المكتملة. في حقيقيات النوى، تخضع النسخة الأولية لمزيد من المعالجة — التغطية (capping)، والوصل (splicing)، وتذييل عديد الأدينين (polyadenylation) — لإنتاج الحمض النووي الريبوزي (RNA) الناضج.

Clinical relevance

نظرًا لأن النسخ هو نقطة التحكم الرئيسية في التعبير الجيني، فإن مكوناته ومنظماته هي أهداف دوائية واسعة الانتشار وتتعرض للخلل في العديد من الأمراض؛ ويُقدم هذا كأهمية بدلاً من كونه إرشادًا سريريًا.

History

أدى اكتشاف الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA) وبوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) في أوائل الستينيات إلى ترسيخ النسخ كخطوة مميزة؛ وقد حدد إعادة صياغة كريك (Crick) للعقيدة المركزية (central dogma) عام 1970 مكانه في تدفق المعلومات الوراثية، وقدم العمل الهيكلي اللاحق على بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) تفاصيل الآلية التي تُدرس الآن كمعيار.

Key figures

• Francis Crick
• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

ما الفرق بين النسخ والتضاعف؟

يُضاعف التضاعف الجينوم بأكمله إلى الحمض النووي (DNA) من أجل انقسام الخلية، بينما ينسخ النسخ الجينات الفردية إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) كخطوة أولى للتعبير عنها.

هل يُنسخ جزيء الحمض النووي (DNA) بأكمله دفعة واحدة؟

لا. يعمل النسخ على وحدات نسخ محددة، بدءًا من المحفزات (promoters) وانتهاءً بإشارات الإنهاء (termination signals)، لذلك تُنسخ مناطق مختارة فقط إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) في أي وقت.