معلومة

3.4: تكرار النواة والحمض النووي - علم الأحياء

3.4: تكرار النواة والحمض النووي - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نواة

النواة هي أكبر وأبرز عضيات الخلية (الشكل 3.19). تعتبر النواة بشكل عام مركز التحكم في الخلية لأنها تخزن جميع التعليمات الجينية لتصنيع البروتينات. ومن المثير للاهتمام أن بعض الخلايا في الجسم ، مثل خلايا العضلات ، تحتوي على أكثر من نواة واحدة (الشكل 3.20) ، والتي تُعرف باسم متعددة النوى. لا تحتوي الخلايا الأخرى ، مثل خلايا الدم الحمراء في الثدييات (RBCs) ، على نوى على الإطلاق. تقوم كرات الدم الحمراء بإخراج نواتها عندما تنضج ، مما يوفر مساحة للأعداد الكبيرة من جزيئات الهيموجلوبين التي تحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم (الشكل 3.21). بدون نوى ، يكون عمر كرات الدم الحمراء قصيرًا ، وبالتالي يجب على الجسم إنتاج نوى جديدة باستمرار.

الشكل 3.19. النواة
النواة هي مركز التحكم في الخلية. تحتوي نواة الخلايا الحية على المادة الوراثية التي تحدد البنية الكاملة ووظيفة تلك الخلية.

الشكل 3.20. خلية عضلية متعددة النوىF
على عكس خلايا عضلة القلب وخلايا العضلات الملساء ، التي تحتوي على نواة واحدة ، تحتوي الخلية العضلية الهيكلية على العديد من النوى ، ويشار إليها باسم "متعددة النوى". هذه الخلايا العضلية طويلة وليفية (يشار إليها غالبًا باسم ألياف العضلات). أثناء التطور ، تندمج العديد من الخلايا الأصغر لتشكيل ألياف عضلية ناضجة. يتم حفظ نوى الخلايا المندمجة في الخلية الناضجة ، وبالتالي نقل خاصية متعددة النوى لخلايا العضلات الناضجة. LM × 104.3. (صورة مجهرية مقدمة من Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

الشكل 3.21. خلايا الدم الحمراء بثق نواتها
خلايا الدم الحمراء الناضجة تفتقر إلى النواة. عندما تنضج ، تفرز كريات الدم الحمراء نواتها ، مما يفسح المجال لمزيد من الهيموغلوبين. يُظهر اللوحان هنا أرومة حمراء قبل وبعد إخراج نواتها ، على التوالي. (الائتمان: تعديل الصورة المجهرية المقدمة من Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

يوجد داخل النواة المخطط الذي يملي كل ما ستفعله الخلية وجميع المنتجات التي ستصنعها. يتم تخزين هذه المعلومات في الحمض النووي. ترسل النواة "أوامر" إلى الخلية عبر مراسلات جزيئية تترجم المعلومات من الحمض النووي. تحتوي كل خلية في جسمك (باستثناء الخلايا الجرثومية) على المجموعة الكاملة من الحمض النووي الخاص بك. عندما تنقسم الخلية ، يجب تكرار الحمض النووي بحيث تتلقى كل خلية جديدة مجموعة كاملة من الحمض النووي. سيستكشف القسم التالي بنية النواة ومحتوياتها ، بالإضافة إلى عملية تكرار الحمض النووي.

تنظيم النواة وحمضها النووي

مثل معظم العضيات الخلوية الأخرى ، فإن النواة محاطة بغشاء يسمى المغلف النووي. يتكون هذا الغطاء الغشائي من طبقتين متجاورتين من الدهون مع وجود فراغ سائل بينهما. تمتد هاتين الطبقتين من المسام النووية. أ المسام النووي هو ممر صغير لمرور البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والمواد المذابة بين النواة والسيتوبلازم. تنظم البروتينات التي تسمى مجمعات المسام التي تبطن المسام النووية مرور المواد داخل وخارج النواة. يوجد داخل الغلاف النووي نيوكليوبلازم شبيه بالهلام مع مواد مذابة تتضمن اللبنات الأساسية للأحماض النووية. يمكن أن يكون هناك أيضًا كتلة داكنة تظهر غالبًا تحت مجهر ضوئي بسيط يسمى أالنواة (جمع = نوى). النواة هي منطقة من النواة مسؤولة عن تصنيع الحمض النووي الريبي الضروري لبناء الريبوسومات. بمجرد توليفها ، تخرج الوحدات الفرعية الريبوسومية حديثة الصنع من نواة الخلية عبر المسام النووية. يتم ترتيب التعليمات الجينية التي تُستخدم لبناء كائن حي والحفاظ عليه بطريقة منظمة في خيوط من الحمض النووي. داخل النواة توجد خيوط الكروماتينية يتكون من الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به (الشكل 3.22). على طول خيوط الكروماتين ، يتم لف الحمض النووي حول مجموعة من هيستون البروتينات. أنووي هو مركب واحد وملفوف من حمض هيستون. تظهر النيوكليوسومات المتعددة على طول جزيء الحمض النووي بالكامل كعقد من الخرز ، حيث يكون الخيط هو الحمض النووي والخرز هي الهيستونات المرتبطة به. عندما تكون الخلية في طور الانقسام ، يتكثف الكروماتين إلى كروموسومات ، بحيث يمكن نقل الحمض النووي بأمان إلى "الخلايا الوليدة". ال كروموسوم يتكون من الحمض النووي والبروتينات ؛ إنه الشكل المكثف للكروماتين. تشير التقديرات إلى أن البشر لديهم ما يقرب من 22000 جين موزعة على 46 كروموسومًا.

الشكل 3.22. البنية الكلية للحمض النووي
يتم لف خيوط الحمض النووي حول الهيستونات الداعمة. يتم تجميع هذه البروتينات بشكل متزايد وتكثيفها في الكروماتين ، والتي يتم حشوها بإحكام في الكروموسومات عندما تكون الخلية جاهزة للانقسام.

التفاعلات الفيروسية والخلوية أثناء تكاثر الحمض النووي للفيروس الغدي

تمثل الفيروسات الغدية مسببات الأمراض البشرية في كل مكان وذات الأهمية السريرية ، وناقلات توصيل الجينات ، وعوامل الحالة للأورام. لطالما استخدمت دراسة الخلايا المصابة بالفيروس الغدي كنموذج ممتاز للتحقيق في الجوانب الأساسية لكل من عدوى فيروس الحمض النووي والبيولوجيا الخلوية. في حين تم توضيح العديد من التفاصيل الرئيسية التي تدعم نموذجًا راسخًا لتكرار الفيروس الغدي على مدار فترة امتدت لعدة عقود ، تشير النتائج الأكثر حداثة إلى أننا بدأنا فقط في تقدير التفاعل المعقد بين تكاثر الجينوم الفيروسي والعمليات الخلوية. هنا ، نقدم نظرة عامة موجزة عن تكرار الحمض النووي للفيروس الغدي ، بما في ذلك العملية الكيميائية الحيوية للنسخ المتماثل ، والتنظيم المكاني للنسخ المتماثل داخل نواة الخلية المضيفة ، وإلقاء نظرة ثاقبة على العدد الهائل من تفاعلات مضيف الفيروس التي تؤثر على تكاثر الجينوم الفيروسي. أخيرًا ، نحدد مجالات البحث الناشئة المتعلقة بتكرار جينومات الفيروس الغدي.

الكلمات الدالة: الفيروس الغدي DNA السائل السائل فصل الطور الفيروسي مقصورة النسخ المتماثل الفيروس.

© 2019 اتحاد الجمعيات الكيميائية الحيوية الأوروبية.

الأرقام

الشكل 1 .. نظرة عامة على دورة النسخ المتماثل HAdV.

الشكل 1 .. نظرة عامة على دورة النسخ المتماثل HAdV.

دخول الفيروس واستيراد الجينوم الفيروسي إلى ...

الشكل 2 .. تمثيل تخطيطي لـ Ad5 ...

الشكل 2 .. تمثيل تخطيطي لجينوم Ad5.

تنظيم الجينات داخل الوسط ...

الشكل 3 .. تكرار جينوم HAdV ...

الشكل 3 .. تكرار جينوم HAdV عن طريق إزاحة حبلا.

بعد بدء النسخ المتماثل ، الفيروس ...

الشكل 4 .. أعيد تنظيم حجرات النسخ المتماثل الفيروسي ...

الشكل 4 .. يتم إعادة تنظيم حجرات التكاثر الفيروسي خلال المرحلة المتأخرة من الإصابة.


تكرار الحمض النووي

لكي ينمو الكائن الحي ويطوره ويحافظ على صحته ، يجب أن تكرر الخلايا نفسها عن طريق الانقسام لإنتاج خليتين جديدتين ، كل منهما تحتوي على كامل الحمض النووي كما هو موجود في الخلية الأصلية. يتم إنتاج مليارات الخلايا الجديدة في الإنسان البالغ كل يوم. هناك أنواع قليلة من الخلايا في الجسم لا تنقسم ، بما في ذلك الخلايا العصبية وألياف العضلات والهيكل العظمي وخلايا عضلة القلب. يختلف وقت الانقسام لأنواع الخلايا المختلفة. على سبيل المثال ، تنقسم الخلايا الظهارية للجلد وبطانة الجهاز الهضمي بشكل متكرر لاستبدال تلك التي يتم فركها باستمرار عن السطح بسبب الاحتكاك.

يتكون جزيء الحمض النووي من خيطين "يكملان" بعضهما البعض: الجزيئات التي تتكون منها الخيوط تتلاءم معًا وترتبط ببعضها البعض ، مما يخلق جزيءًا مزدوج الشريطة يشبه إلى حد كبير سلمًا طويلًا ملتويًا. يتكون كل قضيب جانبي من سلم الحمض النووي من مجموعات متناوبة من السكر والفوسفات (الشكل 4).

الشكل 4. التركيب الجزيئي للحمض النووي. يتكون الحلزون المزدوج للحمض النووي من خيطين متكاملين. يتم ربط الخيوط معًا عبر أزواج قاعدتها النيتروجينية باستخدام روابط هيدروجينية.

وجهي السلم غير متطابقين ، لكنهما مكملان لبعضهما البعض. يرتبط هذان العمودان الفقريان ببعضهما البعض عبر أزواج من القواعد البارزة ، ويشكل كل زوج مرتبط "درجة" واحدة أو عضوًا متقاطعًا. قواعد الحمض النووي الأربعة هي الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، السيتوزين (C) ، والجوانين (G). نظرًا لشكلها وشحنها ، فإن القاعدتين اللتين يتكون منهما الزوج دائمًا ما تترابطان معًا. يرتبط الأدينين دائمًا بالثيمين ، ويرتبط السيتوزين دائمًا بالجوانين. يحدد التسلسل المعين للقواعد على طول جزيء الحمض النووي الكود الجيني. لذلك ، إذا تم تفكيك الخيطين التكميليين للحمض النووي ، يمكنك استنتاج ترتيب القواعد في أحد الخيطين من القواعد الموجودة في الخيط التكميلي الآخر. على سبيل المثال ، إذا كان أحد الخيطين يحتوي على منطقة ذات تسلسل AGTGCCT ، فإن تسلسل الخيط التكميلي سيكون TCACGGA.

تكرار الحمض النووي هو نسخ الحمض النووي الذي يحدث قبل أن يحدث الانقسام الخلوي. بعد قدر كبير من الجدل والتجريب ، تم استنتاج الطريقة العامة لتكرار الحمض النووي في عام 1958 من قبل اثنين من العلماء في كاليفورنيا ، ماثيو ميسلسون وفرانكلين ستال. هذه الطريقة موضحة في الشكل 5 والموضحة أدناه.

الشكل 5. تكرار الحمض النووي. تكرار الحمض النووي يكرر بأمانة جينوم الخلية بأكمله. أثناء تكرار الحمض النووي ، يعمل عدد من الإنزيمات المختلفة معًا لفصل الخيطين بحيث يمكن استخدام كل خيط كقالب لتجميع خيوط تكميلية جديدة. يحتوي كل من جزيئي DNA الابنتين الجديدتين على خيط واحد موجود مسبقًا وخيط واحد مركب حديثًا. وبالتالي ، يُقال إن تكرار الحمض النووي هو "شبه محافظ".

المرحلة 1: البدء

يتم فصل الخيوط التكميلية ، مثل فك السوستة. الإنزيمات الخاصة ومنها هيليكس، ويفكك ويفصل بين خيوط الحمض النووي.

المرحلة الثانية: الاستطالة

يتحول كل خيط إلى قالب يتم على أساسه بناء خصلة تكميلية جديدة. بوليميريز الحمض النووي يجلب القواعد الصحيحة لاستكمال حبلا القالب ، وتوليف خصلة جديدة قاعدة بقاعدة. بوليميراز الدنا هو إنزيم يضيف نيوكليوتيدات حرة إلى نهاية سلسلة من الحمض النووي ، مكونًا خيطًا مزدوجًا جديدًا. يستمر بناء هذا الخيط المتنامي حتى يكمل خصلة القالب بالكامل.

المرحلة 3: الإنهاء

بمجرد أن يرتبط الخيطان الأصليان بخيوطهما التكميلية والمكتملة ، يتم إيقاف تكرار الحمض النووي واكتمال جزيئي الحمض النووي المتطابقين. يحتوي كل جزيء DNA جديد على خيط واحد من الجزيء الأصلي وخيط واحد مركب حديثًا. مصطلح هذا النمط من النسخ هو "شبه محافظ" ، لأن نصف جزيء الحمض النووي الأصلي محفوظ في كل جزيء DNA جديد. تستمر هذه العملية حتى الخلية بأكملها الجينوم، المكمل الكامل للحمض النووي للكائن الحي. كما قد تتخيل ، من المهم جدًا أن يتم تكرار الحمض النووي بدقة بحيث تحتوي الخلايا الجديدة في الجسم على نفس المادة الجينية تمامًا مثل الخلايا الأم. الأخطاء التي تحدث أثناء تكرار الحمض النووي ، مثل الإضافة العرضية للنيوكليوتيدات غير المناسبة ، لديها القدرة على جعل الجين معطلاً أو عديم الفائدة. لحسن الحظ ، توجد آليات لتقليل مثل هذه الأخطاء. تستعين عملية تدقيق الحمض النووي بمساعدة الإنزيمات الخاصة التي تفحص الجزيء المركب حديثًا بحثًا عن الأخطاء وتصححها. بمجرد اكتمال عملية تكرار الحمض النووي ، تكون الخلية جاهزة للانقسام. سوف تستكشف عملية انقسام الخلايا لاحقًا في الفصل.

شاهد هذا الفيديو للتعرف على تكرار الحمض النووي. يستمر تكرار الحمض النووي في وقت واحد في عدة مواقع على نفس الجزيء. ما الذي يفصل بين زوج القاعدة في بداية تكرار الحمض النووي؟


3.4: تكرار النواة والحمض النووي - علم الأحياء

سؤال ممتاز. تنقسم الميتوكوندريا عن طريق الانشطار البسيط ، وتنقسم إلى قسمين تمامًا كما تفعل الخلايا البكتيرية ، وعلى الرغم من اختلاف استراتيجيات تكرار الحمض النووي قليلاً ، وتشكل هياكل الإزاحة أو الحلقة D ، فإنها تقسم الحمض النووي الدائري بنفس الطريقة التي تقوم بها البكتيريا. التكاثر الميتوكوندريا ليس مستقلاً (ذاتيًا) ، مثل التكاثر البكتيري. يتم ترميز معظم المكونات المطلوبة لتقسيم الميتوكوندريا كجينات داخل نواة حقيقية النواة (المضيف) ويتم ترجمتها إلى بروتينات بواسطة الريبوسومات السيتوبلازمية للخلية المضيفة. وبالتالي ، فإن تكاثر الميتوكوندريا مستحيل بدون المشاركة النووية ، ولا يمكن إنماء الميتوكوندريا في ثقافة خالية من الخلايا. يعد التحكم الصارم في انقسام الميتوكوندريا أمرًا ضروريًا لمنع التكاثر غير المنضبط للميتوكوندريا ، والذي يمكن أن يؤدي بسهولة إلى تدمير الخلية المضيفة. يقدم هذا توضيحًا أنيقًا للتطور المشترك بين الميتوكوندريا ومضيفيها في تطور حقيقيات النوى.

تنقسم الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء عن طريق الانشطار ، مثل البكتيريا. عندما تنقسم الخلية ، يتم توزيع الميتو والكلورو على الخلايا الوليدة.
يتم ترميز معظم البروتينات الموجودة في الميتو والكلورو بواسطة الجينوم النووي ويتم استيرادها. يتم ترجمتها على الريبوسومات في السيتوبلازم. يحتوي البروتين الذي تم تكوينه حديثًا على سلسلة من الأحماض الأمينية عند الطرف N والتي تعمل كإشارة استيراد - يتم التعرف عليها وربطها بآلية الاستيراد الموجودة على غشاء الميتو أو الكلورو ويتم سحب البروتين إلى الداخل.

واو ، يا له من سؤال جيد! لم أفكر مطلقًا في السؤال عن ذلك عندما أخذت دروس علم الأحياء في الكلية. بعد إجراء بعض الأبحاث ، وجدت أن هذا مجال لا يعرف العلماء الكثير عنه. لست على دراية بالموضوع على الإطلاق ، لذلك حصلت على صديق لي لمساعدتي (إد لوري ، طالب دراسات عليا في قسم البيئة والتطور والبيولوجيا البحرية في جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا). تذكر أن البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا تُعرف باسم العضيات (وهي كلمة أخرى للأجسام المرتبطة بالغشاء داخل الخلية) ، والعصارة الخلوية هي السائل داخل السيتوبلازم ، أو داخل الخلية. هذا ما قاله إد:

***
بعض النصوص القديمة الخاصة بي تبرز بعض الأجزاء المثيرة للاهتمام. 3 و 4 هي الأكثر صلة بالموضوع. جميع الاقتباسات مأخوذة من Ch. 7 من كتاب البيولوجيا الجزيئية للخلية ، بقلم ألبرتس ورفاقه:

1) الميتوكوندريا في الخلية ليست أفرادًا بشكل صارم. إنها "عضيات بلاستيكية بشكل ملحوظ ، تغير شكلها باستمرار ، بل تندمج مع بعضها البعض ثم تنفصل مرة أخرى."

2) تعتمد الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الغالب على البروتينات المصنعة من الحمض النووي النووي والمستوردة إلى العضية. يتم ترميز بعض البروتينات بواسطة الحمض النووي للعضية ويتم تصنيعها في العضية. ومن المثير للاهتمام أنه "لا يوجد بروتين معروف بأنه يتم تصديره من الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء إلى العصارة الخلوية".

3) فئة من طفرات الخميرة تسمى "الطفرات السيتوبلازمية الصغيرة" تفتقر تمامًا إلى الحمض النووي في الميتوكوندريا الخاصة بهم. "على الرغم من أن المسوخات الصغيرة لا يمكنها تصنيع البروتينات في الميتوكوندريا الخاصة بها ، وبالتالي لا يمكنها صنع الميتوكوندريا التي تنتج ATP ، إلا أنها تحتوي مع ذلك على ميتوكوندريا لها غشاء خارجي وداخلي طبيعي مع كرستيات ضعيفة التطور [الطيات الموجودة في الغشاء]. تُظهر هذه الطفرات بشكل كبير الأهمية الساحقة للنواة في عملية التكوُّن الحيوي. وتُظهر أيضًا أن العضية التي تنقسم [هنا الجزء المهم!] عن طريق الانشطار يمكن أن تتكاثر إلى أجل غير مسمى في سيتوبلازم تكاثر الخلايا حقيقية النواة حتى في حالة الغياب التام لجينومها. "

4) "التحكم الشامل [لتكاثر العضية] يكمن بوضوح في النواة. يجب أن تنظم النواة عدد الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الخلية وفقًا للحاجة. على الرغم من أن هذه الجوانب التنظيمية ضرورية لفهمنا للخلايا حقيقية النواة ، إلا أننا نعرف القليل نسبيًا عنهم." حسنًا ، أطلق النار.

بالنسبة لمعظم أنواع الخلايا ، يوجد ما يسمى "نقطة تقييد" في دورة الخلية. قبل هذه النقطة ، قد تحافظ الخلايا على نوع من الوضع الراهن إذا كانت البيئة ، على سبيل المثال ، غير مواتية للنمو. بعد هذه النقطة ، يحدث تغيير داخلي يلزم الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها والانقسام.

هناك إشارة تسمى "منشط الطور S" (أعتقد أن الأشخاص الذين لديهم الكثير من الخيال يصبحون كتاب سيناريو أو مصممي ملابس) يظهر في السيتوبلازم قبل تكرار الحمض النووي. (يقول الكتاب أنه قد يكون مجموعة من الجزيئات وليس مجموعة واحدة ، لكنه لا يحدد هوياتها). ترتبط جزيئات التحكم الرئيسية بفئة من الجينات تسمى جينات "cdc" ، من أجل "دورة انقسام الخلايا" ، والتي يوجد منها أكثر من عشرين.


بنية الحمض النووي: نمذجة Gumdrop

في هذا المختبر المكون من 3 أجزاء ، سيحصل الطلاب على نظرة شخصية عن قرب على الحمض النووي ، بما في ذلك هيكله ، ومدى أهمية هذا الهيكل لتكراره ، وكيف يتم تعبئته وتنظيمه.

تنزيل المعامل!
نسخة الطالب
نسخة الطالب المتقدم
نسخة المعلم
المتطلبات الأساسية الموصى بها:
  • يستخدم كلا الإصدارين من المختبر مسطرة لإجراء قياسات أساسية ، والتي يجب أن تكون مفهومة لأي عمر تقريبًا.
  • يحتوي المختبر المتقدم على بعض الأسئلة الفكرية / المفاهيمية التي من المحتمل أن تكون صعبة لمن هم دون مستويات العلوم في المدرسة الثانوية.
المفاهيم الرئيسية:
  • يتكون الحمض النووي من سلاسل من النيوكليوتيدات. النوكليوتيدات عبارة عن جزيء كيميائي يتكون من مجموعة فوسفات واحدة وحلقة سكر وقاعدة تحتوي على نيتروجين.
  • يحتوي الحمض النووي على 4 أنواع من القواعد: الأدينين ، الثايمين ، السيتوزين ، الجوانين (A ، T ، C ، G). تحتوي هذه القواعد على قواعد ملزمة صارمة ، حيث أن الروابط A فقط مع T (والعكس صحيح) ، و C ترتبط فقط بـ G.
  • يتم تغليف الحمض النووي بعناية في النواة لضغطها وحمايتها والتحكم في أجزاء الحمض النووي التي يتم تشغيلها وإيقافها في الخلايا المختلفة.
المواد:
الجزء 1 و 2 (لكل مجموعة من 2-4 طلاب) - نماذج الحمض النووي
  • 1 صندوق حلوى DOTS gumdrop (5 ألوان لكل صندوق) لكل 3 مجموعات
  • علبة واحدة من حلوى عرق السوس للغربان لكل 3-4 مجموعات
  • 1 صندوق تويزلر بايتس (أو ما شابه ذلك *) لكل 3-4 مجموعات
  • 35 عود أسنان (مسطح ، غير دائري ، إن أمكن)
  • مقص
الجزء 3 - استخراج الحمض النووي للفراولة (يتم أيضًا في مجموعات)
  • كوب القياس
  • ملاعق قياس
  • مسح بالكحول
  • الفراولة (3 لكل مجموعة)
  • ملح
  • منظف ​​الاطباق
  • قمع
  • القماش القطني أو مرشح القهوة
  • كوب طويل / زجاج
  • أكياس شطيرة قابلة للإغلاق
  • أنابيب الاختبار (اختياري)
  • عود اسنان
الجزء 4 - ضغط الحمض النووي (لكل مجموعة)
  • مسطرة
  • آلة حاسبة
  • 2 متر من خيوط الخياطة
  • قطعتان من الخيط أو الخيوط البيضاء ، بهما بقع ملونة (الموقع مهم (أحدهما قرب النهاية والآخر في المنتصف تقريبًا) ، لكنك لست بحاجة إلى تصنيفهما)
  • شريحتان من شريط سكوتش ، ملفوفان في دائرة (الجانب اللاصق للخارج)

* يمكن الاستعاضة عن الحلويات الأخرى المرنة ولكن الثابتة ، مثل "الفول السوداني السيرك" أو الكراميل الصغير


مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: DNA Polymerase I

بمجرد أن يزاوج DNA Polymerase III غالبية النوكليوتيدات D التكميلية على الخيط المتطور والمتأخر ، لا تزال بادئات RNA موجودة. إنزيم بوليميريز DNA آخر ، بوليميريز الحمض النووي أنا يقرأ كل من السلاسل الرائدة والمتأخرة من 5 "إلى 3" من السلاسل الأبوية لتحل محل النيوكليوتيدات R مع نيوكليوتيدات D. بينما يتم تصنيع الخيط الرئيسي بشكل مستمر ، لا يزال هناك RNA تمهيدي في أصل فقاعة النسخ. يتم استبداله أيضًا بـ DNA Polymerase I.

مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: Ligase

بعد استبدال DNA Polymerase I ببادئات RNA ، لا يوجد ارتباط فسفوديستر بين شظايا Okazaki. إنزيم آخر يجاز، ينتقل عبر الخيط المتأخر مكونًا رابط الفوسفوديستر الذي يربط شظايا أوكازاكي.

يربط Ligase شظايا Okazaki معًا.

مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: تيلوميراز

في بدائيات النوى ، بمجرد الانتهاء من توصيل الليغاز بشظايا أوكازاكي ، يتم تكرار الحمض النووي بنجاح. هذا يرجع إلى الشكل الدائري للحمض النووي الخاص بهم. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي حقيقي النواة خطي. وهذا يمثل مشكلة في الخيط المتأخر. في نهاية الكروموسومات ، والمعروفة باسم التيلوميرات، لا يوجد مكان للاتصال DNA Polymerase III بسبب عدم وجود RNA التمهيدي. إذا تركت هذه النيوكليوتيدات D الموجودة في التيلوميرات غير مركبة ، فإن خيوط الحمض النووي ستصبح في النهاية أقصر مع كل تكرار. يُعتقد أن الشيخوخة هي نتاج خلل في الإنزيم تيلوميراز.

يمتد التيلوميراز نهايات (التيلوميرات) من الخيط المتأخر.

التيلوميراز هو إنزيم يرتبط بالطرف غير المركب من الخيط المتأخر ويحفز تخليق الحمض النووي من قالب الحمض النووي الريبي الخاص به ، على غرار الهندسة العكسية. في أحد طرفي الإنزيم تيلوميراز ، تتحد بضع نيوكليوتيدات R مع نهاية الخيط غير المتماثل. ثم يضيف التيلوميراز D-nucleotides إلى نهاية الخيط المتأخر.

الأطراف المقابلة للإنزيم تيلوميراز متطابقة. ينتهي الجانب المقابل من الإنزيم تيلوميراز (إذا قرأت من اليسار إلى اليمين) بنفس نوكليوتيدات R (AUU). يستخدم التيلوميراز هذه الظاهرة للفصل بمجرد تمديد الخيط المتأخر ثم إعادة ربطه مرة أخرى بنهاية الشريط المتأخر الممتد. يقوم الإنزيم تيلوميراز المعاد توصيله بتكرار نسخة مطابقة أخرى إلى الشريط المتأخر. تحدث هذه العملية عدة مرات ويتم إزالة الإنزيم تيلوميراز في النهاية.

بمجرد أن يطيل الإنزيم تيلوميراز الخيط الأبوي المتأخر ، يربط بريماز توليف تمهيدي RNA ، والذي يسمح لـ DNA Polymerase III بتكرار النيوكليوتيدات D المتبقية على الشريط غير المكرر. يدمج Ligase الجزء الأخير المتبقي من خلال إنشاء رابط الفوسفوديستر النهائي. ينتج عن هذا نسختان دقيقتان من الحمض النووي الأصلي مع تيلوميرات أطول قليلاً.

اصلاح الاخطاء

إن DNA Polymerase III دقيق للغاية. يعمل بوليميراز DNA آخر كقارئ إثبات ، بوليميريز DNA II. بمجرد اكتمال النسخ المتماثل ، ينتقل DNA Polymerase II عبر الرابط الكامل لخيوط DNA الأبوية بحثًا عن أزواج قاعدة غير متطابقة. بمجرد اكتشاف عدم التطابق ، يقوم DNA Polymerase II بإزالة D-nucleotide من خيط DNA الجديد واستبداله بـ D-nucleotide المكمل للشريط الأبوي.

ومع ذلك ، حتى خطوة التدقيق اللغوي هذه ليست دقيقة تمامًا ، فقد يحدث فقدان زوج أساسي غير متطابق تقريبًا مرة واحدة كل مليار مرة. تؤدي هذه الأخطاء إلى حدوث طفرات على مستوى النوكليوتيدات. هذه الطفرات هي الطريقة الوحيدة التي يتم من خلالها تكوين الأليلات الجديدة ، وعادة ما تكون محايدة أو ضارة بالنسبة إلى اللياقة. في بعض الأحيان ، ستخلق هذه الطفرات أنماطًا ظاهرية مفيدة تسمح لهذه الكائنات الحية باحتمال أكبر للبقاء والتكاثر. تميل هذه الطفرات إلى التضخيم في الأجيال القادمة بسبب الانتقاء الطبيعي.


النواة والحمض النووي

قد يكون فهم علم الوراثة والحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) أمرًا صعبًا للغاية ، لذا إليك بعض الملاحظات حول الأسس الأساسية لعلم الوراثة & # 8211 سننظر في النواة ووظائفها.

النواة

تعد النواة عمومًا أكبر عضية في الخلية الحيوانية وتحتوي على غالبية المادة الوراثية في تلك الخلية. يتم فصله عن الخلية المحيطة من خلال وجود مظروف.

يحتوي هذا الغلاف أيضًا على مسام ، مما يسمح بالتحكم في الحركة (باستخدام ATP) للمواد داخل وخارج النواة. داخل النواة ، توجد أيضًا النواة ، وهي موقع تجميع الرنا الريباسي.

للنواة 3 وظائف رئيسية:

ما هو الحمض النووي وكيف يتم تخزينه؟

يحتوي الحمض النووي على المعلومات الجينية للخلية. إنه حلزون مزدوج الشريطة مستقر للغاية. يتكون من نيوكليوتيدات ، منها 4: الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين. تتكون هذه النيوكليوتيدات من مجموعة فوسفات وسكر ديوكسيريبوز وقاعدة نيتروجينية. القواعد لها أزواج قاعدة مكملة ومحددة & # 8211 أدينين أو أزواج مع الثايمين والجوانين فقط أزواج مع السيتوزين.

تتزاوج القواعد مع روابط phosphodiester وهذا يؤدي إلى تكوين العمود الفقري للسكر والفوسفات على السطح الخارجي للحمض النووي & # 8211 مما يزيد من ثباته.

من الواضح أن الحمض النووي طويل جدًا ولذا يجب أن تكون هناك طريقة فعالة لتخزينه داخل النواة. هكذا يتم فعل هذا:

  • يتم أولاً لف الحمض النووي حول بروتينات هيستون لتشكيل جسيم نووي
  • ثم تشكل النيوكليوسومات ملفات تسمى الملفات اللولبية
  • تتجمع هذه الملفات اللولبية لتكوين الكروماتين
  • ثم يتم تنظيم الكروماتين بشكل أكبر لتشكيل الكروموسومات (الهياكل الرئيسية التي تحمل الحمض النووي) & # 8211 الكروموسومات مرئية فقط لفترة قصيرة خلال الطور الطوري في دورة الخلية.

يوجد بشكل عام 22 زوجًا من الكروموسومات بالإضافة إلى زوج من الكروموسومات الجنسية (أي 23 زوجًا في المجموع ، أو 46 كروموسومًا).

ما هي الجينات؟

الجينات هي الوحدة & # 8216 & # 8217 الحاسمة للمعلومات الجينية. الجين هو في الأساس جزء من الحمض النووي يرمز لبروتين معين. نظرًا لأن الفرد لديه نسختان من كل كروموسوم ، فإن لديهم أيضًا نسختين من الجين (قد تكون هذه هي نفسها أو مختلفة). يشار إلى هذه الإصدارات باسم الأليلات.

لذلك ، إذا كانت هذه الأليلات هي نفسها ، فيشار إليها على أنها متماثلة اللواقح وإلا إذا كانت مختلفة ، فيشار إليها على أنها متغايرة الزيجوت.

تحتوي الجينات على إكسونات ، معبرة عن متواليات ، وإنترونات ، متواليات مقاطعة. عندما تتم معالجة الجين ، تتم إزالة الإنترونات من خلال التضفير لأنها غير ذات فائدة.

بالفعل ، من هذا ، يمكننا أن نفهم كيف يمكن للتغييرات في الجينات أن يكون لها عواقب وخيمة. قد تؤدي طفرة واحدة لقاعدة في الجين إلى منتج بروتيني مختلف ، وبالتالي قد يؤدي إلى عملية مرضية.

تكرار الحمض النووي

يحدث هذا أثناء المرحلة S من دورة الخلية (العملية التي تمر بها الخلية ، بما في ذلك النسخ المتماثل والنمو). يحدث النسخ المتماثل في عدة نقاط ويتضمن بوليميرات الحمض النووي (التي ستحاول تصحيح أي أخطاء محتملة).


هناك ثلاث خطوات رئيسية لتكرار الحمض النووي: المبادرة, استطالة، و نهاية. من أجل احتواء نواة الخلية ، يتم تعبئة الحمض النووي في هياكل ملفوفة بإحكام تسمى الكروماتين ، والتي تتحلل قبل النسخ المتماثل ، مما يسمح لآلية تكرار الخلية بالوصول إلى خيوط الحمض النووي.

من أجل فهم أفضل ، قمنا بتقسيم هذه الخطوات الثلاث الرئيسية إلى ست خطوات أخرى:

  • 1) البدء: خطوة تحضيرية
    • الخطوة 1: تشكيل شوكة النسخ المتماثل.
    • الخطوة 2: تجليد التمهيدي
    • الخطوة 3: تجميع الخيوط الرائدة والمتأخرة
    • الخطوة 4: إزالة البرايمر وجاب فيل
    • الخطوة 5: التدقيق اللغوي
    • الخطوة 6: نهاية النسخ المتماثل

    Bell، S.P & amp Stillman، B. التعرف المعتمد على النيوكليوتيدات للأصول الصبغية لتكرار الحمض النووي بواسطة مركب متعدد البروتينات. طبيعة سجية 357, 128–134 ( 1992).

    Diffley ، J.FX. & amp Cocker ، J.H.Sotein-DNA التفاعلات في أصل تكرار الخميرة. طبيعة سجية 357, 169–172 (1992).

    Diffley، J.FX.، Cocker، J.H، Dowell، S.J & amp Rowley، A. خطوتان في تجميع المجمعات في أصول تكرار الخميرة في الجسم الحي. زنزانة 78, 303– 316 (1994).

    Santocanale و C. & amp Diffley و J.F X. المجمعات المعتمدة على ORC و Cdc6 في أصول النسخ المتماثل للكروموسومات النشطة وغير النشطة في خميرة الخميرة. EMBO J. 15, 6671–6679 (1996).

    Aparicio ، O. M. ، Weinstein ، D.M & amp Bell ، S. P. مكونات وديناميات مجمعات تكرار الحمض النووي في S. cerevisiae: إعادة توزيع مجمعات MCM و Cdc45p أثناء مرحلة S. زنزانة 91, 59–69 (1997).

    Tanaka، T.، Knapp، D. & amp Nasmyth، K. يتم تنظيم تحميل بروتين Mcm على أصول تكرار الحمض النووي بواسطة Cdc6p و CDKs. زنزانة 90, 649–660 (1997).

    Cocker، J.H، Piatti، S.، Santocanale، C.، Nasmyth، K. & amp Diffley، J.FX. دور أساسي لبروتين Cdc6 في تكوين المجمعات السابقة للتكاثر من الخميرة الناشئة. طبيعة سجية 379, 180–182 ( 1996).

    Piatti، S.، Lengauer، C. & amp Nasmyth، K. Cdc6 هو بروتين غير مستقر من جديد التوليف في G1 مهم لبداية المرحلة S ولمنع الطور "الاختزالي" في الخميرة الناشئة خميرة الخميرة. EMBO J. 14, 3788–3799 ( 1995).

    Drury، L. S.، Perkins، G. & amp Diffley، J.FX. يستهدف مسار Cdc4 / 34/53 Cdc6p لتحلل البروتين في الخميرة الناشئة. EMBO J. 16, 5966– 5976 (1997).

    بروتينات Kearsey، S. E. & amp Labib، K. MCM: التطور والخصائص والدور في تكرار الحمض النووي. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 1398, 113–136 ( 1998).

    تاي ، بروتينات B.K.Mcm في تكاثر الحمض النووي. Annu. القس Biochem. 68, 649–686 (1999).

    يان ، إتش ، ميرشانت ، إيه إم وأمب تاي ، B.-K. التوطين النووي المنظم لدورة الخلية لـ MCM2 و MCM3 ، وهما مطلوبان لبدء تخليق الحمض النووي في أصول النسخ المتماثل الكروموسومي في الخميرة. تطوير الجينات. 7, 2149–2160 (1993).

    Donovan، S.، Harwood، J.، Drury، L. S. & amp Diffley، J.FX. Cdc6- التحميل المعتمد على بروتينات Mcm على كروماتين ما قبل النسخ المتماثل في الخميرة الناشئة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 94, 5611 –5616 (1997).

    Liang، C. & amp Stillman، B. البدء المستمر لتكرار الحمض النووي وبروتينات MCM المرتبطة بالكروماتين أثناء دورة الخلية في cdc6 المسوخ. تطوير الجينات. 11, 3375–3386 (1997).

    Young و M. R. & amp Tye و B. K. Mcm2 و Mcm3 هي بروتينات نووية تكوينية تظهر أشكالًا إسوية مميزة وتربط الكروماتين أثناء مراحل دورة الخلية المحددة من خميرة الخميرة. مول. بيول. زنزانة 8, 1587–1601 ( 1997).

    Weinreich، M.، Liang، C. & amp Stillman، B. مطلوب نموذج ربط النوكليوتيدات Cdc6p لتحميل بروتينات Mcm على الكروماتين. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 441–446 (1999).

    دونالدسون ، أ. وآخرون. التنشيط المعتمد على CLB5 لأصول النسخ المتماثل المتأخر في S. cerevisiae. مول. زنزانة 2, 173– 183 (1998).

    Dahmann، C.، Diffley، J.FX. & amp Nasmyth، K.A-phase- المعززة للكينازات المعتمدة على السيكلين تمنع إعادة التكرار عن طريق تثبيط انتقال الأصول إلى حالة ما قبل التكرار. بالعملة. بيول. 5, 1257– 1269 (1995).

    Detweiler ، C. S. & amp Li ، J. J. الحث خارج الرحم لـ Clb2 في مرحلة G1 المبكرة كافٍ لمنع تكوين المعقد السابق للتكرار في خميرة الخميرة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 2384–2389 (1998).

    Broek ، D. ، Bartlett ، R. ، Crawford ، K. & amp Nurse ، P. مشاركة p34 cdc2 في إنشاء تبعية المرحلة S على الانقسام. طبيعة سجية 349, 388– 393 (1991).

    Hayles ، J. ، Fisher ، D. ، Woollard ، A. & amp Nurse ، P. يتم تحديد الترتيب الزمني لمرحلة S والانقسام في الخميرة الانشطارية من خلال حالة مجمع p34 cdc2-fitotic B cyclin. زنزانة 78, 813–822 (1994).

    Moreno، S. & amp Nurse، P. تنظيم التقدم خلال المرحلة G1 من دورة الخلية بواسطة الروم 1 + الجين. طبيعة سجية 367, 236–242 ( 1994).

    Labib، K.، Moreno، S. & amp Nurse، P. التفاعل بين cdc2 و rum1 ينظم البداية ومرحلة S في الخميرة الانشطارية. J. خلية علوم. 108, 3285 –3294 (1995).

    Itzhaki ، J. E. ، Gilbert ، C. S. & amp Porter ، A. C. البناء عن طريق استهداف الجينات في الخلايا البشرية لمتحول CDC2 "الشرطي" الذي يعيد تكرار الحمض النووي الخاص به. طبيعة الجينات. 15, 258– 265 (1997).

    Nishitani، H. & amp Nurse، P. p65 cdc18 يلعب دورًا رئيسيًا في التحكم في بدء تكرار الحمض النووي في الخميرة الانشطارية. زنزانة 83, 397–405 ( 1995).

    Jallepalli ، P. V. ، Brown ، G. W. ، Muzi-Falconi ، M. ، Tien ، D. & amp Kelly ، T. J. تنظيم بروتين بادئ النسخ المتماثل p65 cdc18 عن طريق فسفرة CDK. تطوير الجينات. 11, 2767–2779 ( 1997).

    Lopez-Girona، A.، Mondesert، O.، Leatherwood، J. & amp Russell، P. التنظيم السلبي لبروتين تكرار الحمض النووي cdc18 بواسطة cdc2. مول. بيول. زنزانة 9, 63–73 (1998).

    سانشيز ، إم إم ، كالزادا ، جيه إيه وأمب بوينو ، أ. جينات تكرار الحمض النووي المتماثلة وظيفيًا في الانشطار والخميرة الناشئة. J. خلية علوم. 112, 2381 –2390 (1999).

    Hennessy ، K. M. ، Clark ، C. D. & amp Botstein ، D. يختلف التوطين الخلوي للخميرة CDC46 باختلاف دورة الخلية. تطوير الجينات. 4, 2252– 2263 (1990).

    Dalton، S. & amp Whitbread، L. استيراد وتصدير نووي منظم لدورة الخلية لـ Cdc47 ، وهو بروتين أساسي لبدء تكرار الحمض النووي في الخميرة الناشئة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 92, 2514–2518 (1995).

    Amon ، A. ، Irniger ، S. & amp Nasmyth ، K. إغلاق دائرة دورة الخلية في الخميرة: التحلل البروتيني G2 cyclin الذي بدأ عند الانقسام يستمر حتى تنشيط الأعاصير G1 في الدورة التالية. زنزانة 77, 1037–1050 (1994).

    Tyers، M. يفرض مثبط الكيناز المعتمد على السيكلين p40 SIC1 متطلبات وظيفة Cln G1 cyclin عند البداية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 93, 7772–7776 ( 1996).

    Verma ، R. ، Feldman ، R.M & amp Deshaies ، R. J. SIC1 منتشر في كل مكان في المختبر من خلال مسار يتطلب أنشطة CDC4 و CDC34 و cyclin / CDK. مول. بيول. زنزانة 8, 1427–1437 ( 1997).

    Desdouets ، سي. وآخرون. دليل على حدث إعادة ضبط انقسام مستقل عن Cdc6p يتضمن بوليميريز DNA α. EMBO J. 17, 4139 –4146 (1998).

    سورانا ، يو. وآخرون. تدمير كيناز الانقسام CDC28 / CLB ليس مطلوبًا من الطور الطوري إلى الانتقال الطوري في الخميرة الناشئة. EMBO J. 12, 1969–1978 ( 1993).

    Piatti، S.، Bohm، T.، Cocker، JH، Diffley، JFX & amp Nasmyth، K. يحدد تنشيط المرحلة S التي تعزز CDKs في أواخر G1 `` نقطة اللاعودة '' وبعدها لا يمكن لتخليق Cdc6 تعزيز تكرار الحمض النووي في الخميرة. تطوير الجينات. 10, 1516–1531 (1996).

    Amon، A.، Tyers، M.، Futcher، B. & amp Nasmyth، K. الآليات التي تساعد علامة ساعة دورة خلية الخميرة: تعمل الأعاصير G2 بشكل نسخي على تنشيط الأعاصير G2 وقمع الأعاصير G1. زنزانة 74, 993–1007 (1993).

    Dohmen ، R. J. ، Wu ، P. & amp Varshavsky ، A. درجة حرارة محفزة للحرارة: طريقة لبناء المسوخات الحساسة للحرارة. علم 263, 1273– 1276 (1994).

    زويرشكي ، دبليو ، روتجاكوب ، إتش-دبليو. & amp Küntzel ، H. The خميرة الخميرة CDC6 يتم نسخ الجين في الانقسام المتأخر ويرمز إلى بدء مرحلة S تتحكم في ATP / GTPase. J. بيول. تشيم. 269, 23351– 23356 (1994).

    McInerny و C. J. و Partridge و J.F و Mikesell و G. E. و Creemer و D.P & amp Breeden و L.L عنصر جديد يعتمد على Mcm1 في مروجي SWI4 و CLN3 و CDC6 و CDC47 ينشط النسخ الخاص بـ M / G1. تطوير الجينات. 11, 1277–1288 (1999).

    Blow ، J.J & amp Laskey ، R. A. دور للمغلف النووي في التحكم في تكرار الحمض النووي داخل دورة الخلية. طبيعة سجية 332, 546–548 (1988).

    Thommes، P.، Kubota، Y.، Takisawa، H. & amp Blow، J. J. يشكل مكون RLF-M لنظام ترخيص النسخ معقدات تحتوي على جميع البولي ببتيدات الستة MCM / P1. EMBO J. 16, 3312– 3319 (1997).

    Hua، X.H، Yan، H. & amp Newport، J. دور لـ Cdk2 kinase في التنظيم السلبي لتكرار الحمض النووي أثناء المرحلة S من دورة الخلية. J. الخلية. بيول. 137 , 183–192 (1997).

    Sanders Williams، R.، Shohet، R. V. & amp Stillman، B. بروتين بشري مرتبط بخميرة Cdc6p. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 94, 142– 147 (1997).

    ساها ، ب وآخرون. يرتبط CDC6 / Cdc18 البشري بـ Orc1 و cyclin-cdk ويتم إزالته بشكل انتقائي من النواة في بداية المرحلة S. مول. خلية بيول. 18, 2758–2767 ( 1998).

    جيانغ ، دبليو ، ويلز ، إن. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 6193–6198 (1999).

    Peterson ، B. O. ، Lukas ، J. ، Sorenson ، C. S. ، Bartek ، J. & amp Helin ، K. Phosphorylation of mammalian CDC6 by Cyclin A / CDK2 ينظم توطينه دون الخلوي. EMBO J. 18, 396–410 ( 1999).

    Sikorski، R. S. & amp Hieter، P. نظام من النواقل المكوكية وسلالات مضيف الخميرة المصممة للمعالجة الفعالة للحمض النووي في خميرة الخميرة. علم الوراثة 122, 19–27 (1989).


    شاهد الفيديو: نسخ الحمض النووي RNA في اوليات النواه. منطقة promotor. الجزء الثاني (أغسطس 2022).