سازوکار همانندسازی DNA

رقص مولکولی گام‌به‌گام که مارپیچ دوتایی را باز می‌کند و دو نسخه دقیق می‌سازد، از آغاز فعال‌سازی مبدأ تا اتصال آخرین قطعه اوکازاکی.

Definition

سازوکار همانندسازی DNA مجموعه هماهنگ مراحل آنزیمی است که طی آن یک سلول دو رشته یک دوپلکس DNA را در چنگال همانندسازی از هم جدا می‌کند و از هر یک به عنوان الگو برای سنتز یک رشته مکمل در جهت '3←'5 استفاده می‌کند و دو مولکول دختری نیمه‌حفاظت‌شده تولید می‌کند.

Scope

این موضوع چگونگی تشکیل چنگال همانندسازی و سنتز DNA در هر دو رشته الگو را شرح می‌دهد. این شامل شناسایی و ذوب مبدأ، سنتز آغازگر، محدودیت ضد موازی که سنتز پیوسته رشته پیشرو و سنتز ناپیوسته رشته پیرو را تحمیل می‌کند، اجزای رپلیزوم، و اتصال قطعات به رشته‌های دختری دست‌نخورده است. وفاداری و ترمیم تنها تا آنجا که ذاتی مرحله طویل‌سازی هستند، مورد بررسی قرار می‌گیرند.

Core questions

• چگونه همانندسازی در یک مبدأ خاص آغاز می‌شود و نه در هر نقطه از کروموزوم؟
• چرا یک رشته باید به طور پیوسته و دیگری در قطعات کوتاه ساخته شود؟
• کدام پروتئین‌ها رپلیزوم را تشکیل می‌دهند و هر یک چه نقشی دارند؟
• چگونه قطعات ناپیوسته رشته پیرو به یک رشته پیوسته متصل می‌شوند؟

Key theories

محدودیت الگوی ضد موازی

از آنجا که دو رشته در جهت‌های مخالف حرکت می‌کنند و پلیمرازها فقط در جهت '3←'5 گسترش می‌یابند، یک رشته (پیشرو) به طور پیوسته به سمت چنگال کپی می‌شود در حالی که رشته دیگر (پیرو) به صورت قطعات اوکازاکی گسسته و دور از چنگال کپی می‌شود.

پیشرفت چنگال نیمه‌حفاظت‌شده

هر رشته والد جدا شده، یک رشته جدید را الگو قرار می‌دهد، بنابراین چنگال دو دوپلکس تولید می‌کند که هر یک حاوی یک رشته قدیمی و یک رشته جدید است، همانطور که به طور تجربی توسط مزلسون و استال اثبات شد.

Mechanisms

یک پروتئین آغازگر به مبدأ متصل می‌شود و با یک هلیکاز، دوپلکس را ذوب می‌کند تا یک چنگال دوجهته تشکیل دهد. پروتئین‌های متصل‌شونده به تک‌رشته، رشته‌های در معرض دید را می‌پوشانند و پریماز آغازگرهای RNA کوتاه را سنتز می‌کند. DNA پلیمرازهای همانندسازی، که توسط گیره‌های لغزنده بارگذاری‌شده توسط بارگذار گیره به الگو متصل شده‌اند، آغازگرها را گسترش می‌دهند: رشته پیشرو به طور پیوسته ساخته می‌شود، و رشته پیرو به صورت قطعات اوکازاکی ساخته می‌شود که هر یک با یک آغازگر جدید شروع می‌شوند. سپس آغازگرها حذف می‌شوند، شکاف‌ها پر می‌شوند، و DNA لیگاز بریدگی‌های باقی‌مانده را مهر و موم می‌کند تا دو دوپلکس دختری پیوسته تولید شود.

Clinical relevance

از آنجا که ماشین همانندسازی در سلول‌های در حال تقسیم ضروری و به سرعت فعال است، چندین جزء آن اهداف تحقیقات ضد میکروبی و ضد سرطان هستند؛ خطاها در چنگال منبع جهش هستند. این یک زمینه آموزشی است، نه توصیه بالینی.

History

مدل نیمه‌حفاظت‌شده، که توسط ساختار مارپیچ دوتایی در سال 1953 پیشنهاد شد و توسط مزلسون و استال در سال 1958 تأیید شد، چارچوب را تعیین کرد؛ کشف قطعات کوتاه رشته پیرو توسط ریجی اوکازاکی و آنزیم‌شناسی کورنبرگ سپس ماهیت ناپیوسته و چند پروتئینی چنگال را که اکنون در کتاب‌های درسی توصیف می‌شود، آشکار کرد.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki
• Matthew Meselson
• Franklin Stahl

Seminal works

• meselson1958
• watson2013

Frequently asked questions

قطعات اوکازاکی چیستند؟

بخش‌های کوتاه DNA که به طور ناپیوسته روی رشته پیرو سنتز می‌شوند؛ آنها بعداً توسط DNA لیگاز به یک رشته پیوسته متصل می‌شوند.

چرا به آغازگر نیاز است؟

DNA پلیمرازها فقط می‌توانند یک انتهای '3 جفت‌شده با باز موجود را گسترش دهند، بنابراین یک آغازگر RNA کوتاه که توسط پریماز ساخته می‌شود، نقطه شروع سنتز را فراهم می‌کند.