الأحماض النووية وتركيب البروتين - الجلسة الثانية

نحن نعلم بالفعل أنه خلال المرحلة S من دورة الخلية، تخضع الخلية لتكرار الحمض النووي. تحدث عملية تكرار الحمض النووي قبل انقسام النواة. ولكن ما هو تكرار الحمض النووي بالضبط؟. دعونا نفهم هذه العملية بالتفصيل. تكرار الحمض النووي هو العملية التي تقوم بها الخلية بمضاعفة الحمض النووي الخاص بها للتأكد من أن كل خلية ابنة تتلقى نسخة متطابقة من المادة الوراثية. تعتبر هذه العملية حيوية لانقسام الخلايا، ونموها، ونقل المعلومات الجينية من one إلى جيل.

يبدأ تكرار الحمض النووي في مواقع محددة في جزيء الحمض النووي تسمى أصول التكرار. عادةً ما تكون أصول التضاعف غنية بتسلسلات الحمض النووي المحددة. تعمل هذه المواقع كمواقع التعرف لبدء عملية التكرار. إن مكان انفصال خيوط الحمض النووي هو مكان التضاعف. ويؤدي هذا إلى تشكيل فقاعة التكرار.

بمجرد تنشيط أصل التضاعف، يبدأ جزيء الحمض النووي مزدوج السلسلة في التفكك. يؤدي فك الخيوط إلى إنشاء two منفصلتين. يؤدي هذا إلى إنشاء شوكة تكرار في كل نهاية من فقاعة التكرار. تعمل شوكات التضاعف هذه كمواقع حيث يحدث فيها التخليق الفعلي للحمض النووي.

تلعب العديد من الإنزيمات دورًا حاسمًا في تكرار الحمض النووي. أحد الإنزيمات الرئيسية هو الهيليكاز. يقوم الهيليكاز بفك اللولب المزدوج للحمض النووي عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين أزواج القواعد. يقوم هذا النشاط بإنشاء خيوط الحمض النووي المفتوحة اللازمة للتضاعف.

تعمل بوليميرازات الحمض النووي على تحفيز تخليق خيوط الحمض النووي الجديدة. ويضيف النيوكليوتيدات التكميلية إلى خيوط القالب الموجودة. يتحرك بوليميراز الحمض النووي على طول شريط القالب في اتجاه من ثلاثة إلى خمسة اتجاهات. يقوم بتركيب الخيوط التكميلية في اتجاه من خمسة إلى ثلاثة. ومع ذلك، لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي إلا إضافة نيوكليوتيدات إلى خيط موجود. يتطلب الأمر مادة أولية لبدء تخليق النيوكليوتيدات.

أثناء عملية مضاعفة الحمض النووي، يوجد إنزيم يسمى البريماز. ينتج البريميز قطعًا صغيرة من الحمض النووي الريبي تسمى البادئات. البادئات هي عبارة عن عناصر نائبة صغيرة مصنوعة من الحمض النووي الريبي. يمكن لبوليميراز الحمض النووي أن يمسك بالبادئات ويبدأ في صنع خيط الحمض النووي الجديد. البادئات تعادل سلسلة قالب الحمض النووي. إنها تساعد بوليميراز الحمض النووي على معرفة من أين يبدأ. بمجرد أن يبدأ بوليميراز الحمض النووي في بناء خيط الحمض النووي الجديد، فإنه يستبدل بادئات الحمض النووي الريبي بكتل بناء الحمض النووي. إنه مثل استبدال العناصر النائبة بقطع اللغز الصحيحة.

أثناء عملية مضاعفة الحمض النووي، يتم توجيه two القالب للحمض النووي في اتجاهين متعاكسين. ونتيجة لذلك، يقوم بوليميراز الحمض النووي بتخليق two جديدتين بطريقة مختلفة. يُطلق على الشريط الذي يتم تصنيعه بشكل مستمر في نفس اتجاه حركة شوكة التضاعف اسم الشريط الرائد. يتم تصنيع الشريط الرائد بشكل مستمر لأن بوليميراز الحمض النووي يمكنه إضافة نيوكليوتيدات بطريقة مستمرة مع فتح شوكة التضاعف. يتم تصنيع الخيوط المتأخرة بشكل متقطع في الاتجاه المعاكس.

يتم تصنيع الخيوط المتأخرة في أجزاء قصيرة تسمى أجزاء أوكازاكي. شظايا أوكازاكي هي شظايا قصيرة من الحمض النووي تم تصنيعها حديثًا. مع تقدم شوكة التضاعف، تقوم بوليميراز الحمض النووي بتخليق هذه الأجزاء بعيدًا عن شوكة التضاعف. يتراوح طول شظايا أوكازاكي عادة من بضع مئات إلى بضعة آلاف من النوكليوتيدات.

إن إنزيم ربط الحمض النووي مطلوب لربط أجزاء أوكازاكي معًا. يحفز رباط الحمض النووي تكوين الروابط بين أجزاء أوكازاكي المتجاورة. فهو يغلق الفجوات بينهما بشكل فعال ويخلق خصلة متأخرة متواصلة.

إن تدقيق الحمض النووي يشبه مدقق الإملاء المدمج في خلايانا. عندما تقوم خلايانا بنسخ الحمض النووي أثناء التضاعف، من الممكن أن تحدث أخطاء أو هفوات. ولكن الحمض النووي DNA يحتوي على إنزيم خاص يسمى بوليميراز الحمض النووي والذي يمكنه التحقق من هذه الأخطاء. تقوم بوليميراز الحمض النووي بقراءة شفرة الحمض النووي وإضافة نيوكليوتيدات لإنشاء خيط جديد من الحمض النووي. ولكن عندما يضيف هذه النيوكليوتيدات، فإنه يتحقق أيضًا من مدى تساويها مع شفرة الحمض النووي الأصلية. إذا وجد خطأ، فإنه يمكن إزالة النوكليوتيد الخاطئ واستبداله one الصحيح. يساعد هذا على ضمان أن خيط الحمض النووي الجديد هو نسخة دقيقة من الأصل.

يحتوي بوليميراز الحمض النووي على وظيفة تدقيق مدمجة تسمى نشاط ثلاثة إلى خمسة إكسونوكلياز. وهذا يعني أنه يمكنه إزالة النيوكليوتيدات المقترنة بشكل غير صحيح من خيط الحمض النووي الذي تم تصنيعه حديثًا. بمجرد إزالة القاعدة الخاطئة، يقوم بوليميراز الحمض النووي بعد ذلك بإدراج النوكليوتيد الصحيح ويستمر في تخليق الحمض النووي.

RNA هو جزيء له دور حاسم في الخلية. إنه يشبه الحمض النووي في بعض النواحي لكنه يختلف عنه في بنيته ووظائفه. على غرار الحمض النووي DNA، يتكون الحمض النووي الريبوزي RNA من نيوكليوتيدات. ومع ذلك، يتكون الحمض النووي الريبوزي من سلسلة واحدة. يحتوي الحمض النووي DNA على بنية حلزونية مزدوجة.

يوجد للـRNA أنواع مختلفة. كل نوع لديه دور محدد في الخلية. أحد الأنواع الأساسية للحمض النووي الريبوزي هو الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). يُطلق عليه اسم mRNA. يعمل كجزيء رسول. ينقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الآلية الخلوية المسؤولة عن تخليق البروتين. نحن نعلم أن الحمض النووي يعمل كمخزن للمعلومات الوراثية. يحتوي على رمز فريد يحدد تسلسل amino acids في البروتين. وتلعب Proteins، في المقابل، أدوارًا حاسمة في بنية الخلايا ووظيفتها وتنظيمها.

الشيفرة الوراثية هي مجموعة من القواعد التي تقوم بترجمة المعلومات المخزنة في الحمض النووي إلى proteins محددة. يتم تنفيذ الشيفرة الوراثية عن طريق mRNA. يتكون الشيفرة الوراثية من كودونات محددة. الكودونات هي تسلسلات محددة من ثلاثة نيوكليوتيدات. نحن نعلم بالفعل أن proteins تتكون من amino acids. الكودونات تشفر amino acids الفردية.

على سبيل المثال، codon AUGيعمل بمثابة كود البداية. يبدأ عملية تخليق البروتين. كما أنه يشفر حمض الميثيونين الأميني. كودون مثل UAA, UAG، و UGA، هي كودونات التوقف. إنها تشير إلى نهاية تخليق البروتين.