نسخ الحمض النووي: عملية وآلية نسخ الحمض النووي

اقرأ هذه المقالة للتعرف على نسخ الحمض النووي: عملية وآلية نسخ الحمض النووي

وتسمى عملية نسخ المعلومات الجينية من العتاد أو حبلا قالب من الحمض النووي في الحمض النووي الريبي النسخ. ويقصد بها أخذ المعلومات المشفرة من الحمض النووي إلى الموقع حيث يلزم لتركيب البروتين. يتم استخدام مبادئ التكامل حتى في النسخ.

الاستثناء هو أن (i) يتم دمج Uracil بدلاً من adenine المقابل للقالب الثايمين ، (ii) فقط يتم نسخ قالب قالب الحمض النووي. لا يمكن نسخ كل من خيوط الدنا في النسخ لأنها ستنتج نوعين من البروتينات ، واحد مع التسلسل الصحيح من الأحماض الأمينية والأخرى مع تسلسل عكسي من الأحماض الأمينية.

علاوة على ذلك ، إذا تم إنتاج اثنين من الرنا المكملين في وقت واحد ، فسيكون لديهم ميل لتشكيل رنا مزدوج تقطعت بهم السبل مما يؤدي إلى عدم ترجمة المعلومات المشفرة إلى بروتينات. كل تمرين النسخ من شأنه أن يبدو غير مجدية.

وحدة النسخ:

يسمى جزء الحمض النووي الذي يشارك في النسخ وحدة النسخ (الشكل 6.16). له ثلاثة مكونات (i) محفز ، (ii) الجين الهيكلي و (iii) فاصل. بالإضافة إلى المروج ، تحتاج eukaryotes أيضًا إلى مُحسِّن. يقع المروج أعلى المنبع الهيكلي. ويطلق على هذا العقد اسم 5 (end (من خيط الترميز الذي هو 3 ′ نهاية حبلا القالب). منطقة المنهي موجودة في اتجاه الجينات الإنشائية عند الطرف 3 ((من خيط الترميز الذي هو في الواقع 5 ′ نهاية حبلا القالب). المروج له أجزاء مختلفة للارتباط بعوامل النسخ المختلفة.

في كثير من الحالات ، يحتوي المروج على منطقة غنية بـ AT تسمى TATA box. تحتوي المنطقة على أخدود يمكن لمكونات معينة من البروتين دمجه. وتسمى منطقة تحتوي على TATA أيضًا بـ Pribnow box بعد اسم مكتشفها.

الجين الهيكلي هو جزء من تلك السلسلة من الحمض النووي الذي لديه قطبية 3 '5 5 ((كما يمكن أن يحدث النسخ فقط في 5' → 3 ′ الاتجاه). يدعى هذا ال [دنا] يدعى قالب [سترند] أو حبلا رئيسيّة أو [أنتينس] ، أو (-) حبلا. يتم تهجير الخيط الآخر الذي له قطبية من 5 '→ 3 ′ أثناء النسخ. وتسمى هذه الضفيرة التي لا تشارك في النسخ أيضا حبلا أو ترميز أو حبلا زائد (+) لأن الشفرة الوراثية الموجودة في هذا الخيط تشبه الشفرة الوراثية (على أساس mRNA) فيما عدا أن اليوراسيل يستبدل بالثايين.

آلية النسخ:

في حقيقيات النواة ، يحدث النسخ خلال I-phase في خلايا متباينة ولكن أكثر في G1 ، ومراحل G2 من دورة الخلية داخل النواة. اعتمادا على الشرط ، يمكن للجين الهيكلي أن ينسخ واحد إلى العديد من جزيئات الرنا. تنتقل منتجات النسخ إلى السيتوبلازم للترجمة.

في prokaryotes ، النسخ يحدث في اتصال مع السيتوبلازم كما يكمن الحمض النووي في السيتوبلازم. يتطلب النسخ حمض بوليميراز رنا يعتمد على الحمض النووي. تحتوي الكائنات حقيقية النواة على ثلاثة polymerases RNA ، Pol I (Pol A) (لـ riboso- mal أو rRNAs ماعدا rRNA 5S) ، Pol II (لـ mRNA ، snRNS) و Pol III (لنقل الحمض الريبي النووي الريبي ، 5S rRNA ، وبعض الـ snRNAs). تتطلب polymerases RNA حقيقيات النوى أيضا عوامل النسخ للبدء.

وتشارك أجزاء مختلفة من الحمض النووي في النسخ من مختلف الأحماض الريبية. تحتوي بدائيات النواة على واحد فقط من بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA-polymerase) الذي يقوم بتوليف جميع أنواع الرنا. يحتوي RNA polymerase من Escherichia coli على خمسة سلاسل polypeptide β و β 'و α و α وعامل s (sigma). يبلغ وزن جزيء الهولوزيم 4،50،000. Sigma أو عامل يميز بداية إشارة أو منطقة المروج (TATA مربع) من الحمض النووي.

يسمى الجزء من إنزيم البوليمريز ناقص عامل الإنزيم الأساسي (الشكل 6.17). تكون α و α'-polypeptides واقية في حين أن β و β هي عوامل تحفيزية في طبيعتها.

مطلوب عامل إنهاء يسمى عامل Rho (p) لإنهاء النسخ. هناك عدد من العوامل الأخرى المطلوبة أيضًا - لفك الدنا المزدوج ، تثبيت حبلا الدنا المغشوش ، اقتران القاعدة ، الفصل ومعالجة الحمض النووي الريبي المنقوط.

1. تفعيل النوكليوتيدات ريبو:

الريبونوكليوتيدات تختلف عن ديوكسي ريبونوكليوتيد في وجود سكر الريبوز بدلا من سكر ديوكسيريبوز. يتم استبدال thymidine monophosphate بواسطة monidhosphate يوريدين. الأنواع الأربعة من ريبونوكليوتيدات هي أدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ، أحادي فوسفات الغوانوزين (GMP) ، monidhosphate يوريدين (UMP) وسيتودين أحادي الفوسفات (CMP). تحدث بحرية في النواة. قبل النسخ ، يتم تنشيط النيوكليوتيدات من خلال الفسفرة. مطلوب إنزيم الفوسفوريلاز على طول الطاقة. و ريبونوكليوتيدات المنشط أو الفوسفوري هي ثلاثي الفوسفات الأدينوزين (ATP) ، غوانوسين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، ثلاثي يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP) و triytine ثلاثي الفوسفات (CTP).

2. قالب الحمض النووي:

على إشارات محددة ، تصبح أجزاء الدنا المقابلة لواحد أو أكثر من الثرمونات غير مكبوحة ومستعدة للنسخ. يحتوي كل جزء نسخ الحمض النووي لهذه المنطقة المروج ، موقع البدء ، منطقة الترميز ومنطقة المنهي. يبدأ النسخ في موقع البدء وينتهي في منطقة الإنهاء. منطقة المروج لها موقع RNA polymerase والتعرف على موقع ربط RNA polymerase.

يحدث افتتاح السلسلة في المنطقة التي تشغلها النيوكليوتيدات TATAATG (صندوق TATA) في معظم الكائنات. إن الإنزيمات اللازمة لفصل السلسلة عبارة عن إنزيمات ، جياوسية و بروتينات ربط مفردة مجدولة. تحتوي منطقة Terminator إما على تتابع أساسي لـ poly A أو تسلسل تتابعي (تسلسل أساسي متطابق يعمل في اتجاهين متعاكسين في سلسلتي DNA).

إن بوليميراز الحمض النووي الريبي (شائع في الكائنات البدائية والنواة في أحافير النوى) يربط نفسه بالمنطقة المروّجة. يتم فك خيوط الحمض النووي بشكل تدريجي من موقع ملزمة البلمرة. يعمل أحد خيوط الدنا (3'— »5 ′) كقالب لنسخ الرنا. يطلق عليه سيد ، قالب أو حبلا مضاد. يحدث تشكيل النسخة في الاتجاه 5 '-> 3'.

3. قاعدة الاقتران:

تأتي تيبوسليوسيد ثلاثي الفوسفات الموجود في الوسط المحيط لتقع قبالة قواعد النيتروجين في قالب الحمض النووي (Antisense strand). هم يشكلون أزواج مكملة ، U مقابل A ، A المقابل T ، С المقابل G ، و G مقابل C. يتم إطلاق بيروفوسفات من كل triphosphate ريبونوكليوسيد لتشكيل ريبونوكليوتيد. يتم تحلل البيروفوسفات بمساعدة الإنزيم بيروفوسفاتيز. إنه يطلق الطاقة.

4. تشكيل سلسلة:

وبمساعدة من بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) ، فإن النوكليوتيدات المتتالية الموجودة فوق قالب الحمض النووي تنضم لتشكل سلسلة الحمض النووي الريبي RNA. في بدائيات النواة ، يعترف بوليميراز واحد منطقة المروج والبدء. في حقيقيات النوى ، هناك عوامل منفصلة للنسخ و بوليميريز RNA لتفعيل النسخ. عندما يبدأ تكوين السلسلة RNA ، يفصل عامل سيغما (أ) من بوليمر الحمض النووي الريبي النووي. يتحرك RNA polymerase (إنزيم أساسي) على طول قالب الحمض النووي مما يسبب استطالة سلسلة الحمض النووي الريبي بمعدل حوالي 30 نيوكليوتيد في الثانية. ويتوقف تخليق الحمض النووي الريبي (الرنا) حالما يصل البلمرة إلى منطقة المنهي. مطلوب عامل رو (ع) لهذا الغرض. منطقة المنهي لديها إشارة توقف. كما أنها تمتلك 4-8 أ- النيوكليوتيدات.

5. فصل الحمض النووي الريبي:

عامل الإنهاء أو rho له نشاط ATP-ase (Roberts، 1976). وهو يساعد في الافراج عن سلسلة كاملة من الحمض النووي الريبي. يسمى RNA الذي تم إطلاقه النسخة الأولية. يتم معالجتها لتشكيل RNAs الفنية. في العديد من بدائيات النواة ، يتم تجميع بعض الجينات الهيكلية للوظائف ذات الصلة مع بعضها البعض في الأوبونات. يتم نسخ operon كوحدة واحدة. هذه وحدة النسخ تنتج مرنا متعدد الإسترات. في حقيقيات النوى ، تسفر وحدة الانتساخ عن mRNA أحادي-سيتروني.

6. تشكيل دوبلكس. بعد إصدار النسخة الأولية ، فإن خيوط الحامض النووي DNA تنشئ روابط بين أزواج قاعدة مكملة. يتم تحريرها جاني ، unwindases وبروتينات SSB. وبالتالي ، يتم استئناف الشكل المزدوج للحمض النووي.

7. معالجة ما بعد النسخ:

النسخة الأولية غالبا ما تكون أكبر من RNAs الوظيفية. يسمى هذا النص الأساسي RNA النووي غير المتجانس أو hnRNA ، خاصة في حالة mRNA. مطلوب معالجة ما بعد النسخ لتحويل النص الأساسي لجميع أنواع الرنا إلى رنا وظيفية (الشكل 6.18). وهو من أربعة أنواع:

(1) الانقسام:

تشققات سلائف الحمض النووي الريبي أكبر لتشكيل RNAs أصغر. النسخة الأساسية من rRNA هي 45 S في eukaryotes. يشق لتشكيل ما يلي:

يتم تقسيم النص الأساسي أيضًا بـ rfoonuclease-P (إنزيم RNA). قد تشكل النسخة الأولية من 5-7 السلائف الحمض الريبي النووي النقال.

(ثانيا) الربط:

تمتلك سجلات الكائنات النقية الأحيائية أجزاء إضافية تسمى introns أو تسلسلات متداخلة أو تسلسلات غير مرمز. لا تظهر في RNA ناضجة أو المصنعة. تسمى تسلسلات الترميز الوظيفية exons. الربط هو إزالة introns والانصهار من exons لتشكيل RNAs وظيفية. يبدأ كل intron بـ dinucleotide GU وينتهي بـ dinucleotide AG (قاعدة GU-AG).

يتم التعرف عليها من خلال مكونات جهاز الربط من Sn-RNPs (وضوحا كما snurps) أو بروتينات نووية صغيرة النووية (viz- ، U2 ، U4 ، U5 ، U6). يتكون مجمع يسمى spliceosome بين 5 ′ end (GU) و 3 ′ end (AG) من intron. يتم الحصول على الطاقة من ATR يزيل intron. يتم إحضار exons المجاورة معًا. يتم إغلاق النهايات بواسطة ligase RNA (الشكل 6.18).

Introns ليست التنمية الأخيرة. ظهرت عندما كانت الآلات الوراثية التي تركز على الحمض النووي الريبي في مكانها الصحيح. لذلك ، فإن الجينات المقسمة والمنقسمة هي سمات قديمة للنظام الجيني. لا يزال الربط هو وظيفة التحفيز بوساطة الـ RNA. العديد من مثل هذه العمليات التي تعتمد على الحمض النووي الريبي تأتي إلى النور.

(3) الإضافات الطرفية (السد والتلطيخ):

يتم إضافة النوكليوتيدات الإضافية إلى نهايات الرنا لوظائف محددة ، على سبيل المثال ، جزء CCA في الحمض الريبي النووي النقال ، نوكليوتيدات الغطاء عند 5 ′ نهاية شرائح mRNA أو poly-A (200-300 من البقايا) عند 3 ′ نهاية mRNA. يتم تشكيل الغطاء عن طريق تعديل GTP إلى 7-ميثيل غوانوزين أو 7mG.

(4) تعديلات النيوكليوتيدات:

وهي الأكثر شيوعًا في الحمض الريبي النووي النقال ـ مثل الميثيلين (على سبيل المثال ، ميثيل السيتوزين ، الميثان غوانوزين) ، والإخلال (على سبيل المثال ، إينوزين من الأدينين) ، ديهيدروراسيل ، pseudouracil ، إلخ.

في بدائيات النواة ، لا يتطلب mRNA أي معالجة مفصلة لتصبح نشطة. علاوة على ذلك ، تحدث النسخ والترجمة في نفس المنطقة. ينتج عنه بداية الترجمة حتى قبل أن يتم تكوين الحمض النووي الريبي بشكل كامل.

أجريت أول عملية تخليق للجيش الملكي النيبالي في المختبر بواسطة Ochoa (1967).