تخليق الحمض النووي

ال تخليق الحمض النووي يحدث كجزء من تكرار الحمض النووي. الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الجينية ويتحكم في جميع عمليات الحياة. في البشر ، كما هو الحال في جميع الكائنات الحية الأخرى ، يقع في نواة الخلية. الحمض النووي مزدوج الشريطة ، على غرار سلم الحبل الملتوي المسمى الحلزون. يتكون هذا الحلزون المزدوج من جزيئين DNA. يتكون كل من الخيطين الفرديين التكميليين من عمود فقري من جزيئات السكر (deoxyribose) ومخلفات الفوسفات ، والتي ترتبط بها القواعد النيتروجينية الأربعة Guanine و adenine و cytosine و thymine. يرتبط الخصلان ببعضهما البعض عبر روابط هيدروجينية بين القواعد المتعارضة ، والتي تسمى القواعد التكميلية. وفقًا لمبدأ الاقتران الأساسي التكميلي ، فإن الروابط بين الجوانين والسيتوزين من ناحية والأدينين والثيمين من ناحية أخرى ممكنة.

ما هو تخليق الحمض النووي؟

لكي يتكاثر الحمض النووي ، فإن عملية تخليق الحمض النووي ضرورية. يصف هيكل الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (يُشار إليه اختصارًا باسم DNA أو DNA). الإنزيم الرئيسي هنا هو بوليميراز الدنا. هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكن بها انقسام الخلية.

من أجل التكاثر ، يتم أولاً فك خيط الحمض النووي المزدوج الملتوي بواسطة الإنزيمات ، ما يسمى الهليكازات والإيزوميراز العلوي ، ويتم فصل الخيطين الفرديين عن بعضهما البعض. هذا التحضير للنسخ المتماثل الفعلي يسمى البدء. يتم الآن تصنيع قطعة من الحمض النووي الريبي ، والتي يحتاجها بوليميراز الحمض النووي كنقطة انطلاق لنشاطه الأنزيمي.

أثناء الاستطالة اللاحقة (تمديد الخيط) ، يمكن استخدام كل خصلة مفردة بواسطة بوليميراز الحمض النووي كقالب لتجميع الحمض النووي المقابل التكميلي. نظرًا لأن إحدى القواعد لا يمكن أن ترتبط إلا بقاعدة أخرى ، فمن الممكن إعادة بناء الخيط الآخر المرتبط باستخدام خيط واحد. هذا التخصيص للقواعد التكميلية هو مهمة DNA polymerase.

ثم يتم ربط العمود الفقري للسكر والفوسفات لشريط الحمض النووي الجديد بواسطة ligase. ينتج عن هذا خيطين مزدوجين جديدين من الحمض النووي ، يحتوي كل منهما على خيط من حلزون الحمض النووي القديم. لذلك يسمى الحلزون المزدوج الجديد بنصف المحافظ.

كلا خيوط اللولب المزدوج لهما قطبية تشير إلى اتجاه الجزيئات. اتجاه جزيئي DNA في الحلزون معاكس. نظرًا لأن بوليميراز الحمض النووي يعمل فقط في اتجاه واحد ، يمكن فقط بناء الخيط الموجود في الاتجاه المناسب بشكل مستمر. يتم تصنيع الخيط الآخر قطعة قطعة. يتم بعد ذلك ضم أقسام الحمض النووي الناتجة ، والمعروفة أيضًا باسم أجزاء Okazaki ، معًا بواسطة ligase.يُعرف إنهاء تخليق الحمض النووي بمساعدة عوامل مساعدة مختلفة باسم الإنهاء.

الوظيفة والمهمة

نظرًا لأن معظم الخلايا لها عمر محدود فقط ، يجب أن تتشكل خلايا جديدة باستمرار في الجسم من خلال انقسام الخلايا لتحل محل الخلايا التي تموت. على سبيل المثال ، يبلغ متوسط ​​عمر خلايا الدم الحمراء في جسم الإنسان 120 يومًا ، في حين أن بعض خلايا الأمعاء يجب استبدالها بخلايا جديدة بعد يوم أو يومين. وهذا يتطلب انقسام الخلايا الانقسامية ، حيث يتم تكوين خليتين ابنتيتين جديدتين متطابقتين من الخلية الأم. تحتاج كلتا الخليتين إلى المجموعة الكاملة من الجينات ، مما يعني أنه على عكس مكونات الخلية الأخرى ، لا يمكن ببساطة تقسيمها. حتى لا تُفقد أي معلومات وراثية أثناء الانقسام ، يجب مضاعفة الحمض النووي ("نسخه") قبل الانقسام.

تحدث الانقسامات الخلوية أيضًا أثناء نضوج الخلايا الجنسية للذكور والإناث (خلايا البويضة والحيوانات المنوية). في الانقسامات الانتصافية التي تحدث ، لا يتضاعف الحمض النووي لأن تقليل الحمض النووي بمقدار النصف مرغوب فيه. عندما تندمج خلايا البويضة والحيوانات المنوية ، يتم الوصول إلى العدد الكامل للكروموسومات ، حالة تغليف الحمض النووي ، مرة أخرى.

يعد الحمض النووي ضروريًا لعمل جسم الإنسان وجميع الكائنات الحية الأخرى لأنه أساس تخليق البروتينات. مزيج من ثلاث قواعد متتالية يرمز إلى حمض أميني واحد ، ولهذا السبب يشار إليه على أنه رمز ثلاثي. يتم "ترجمة" كل قاعدة ثلاثية إلى حمض أميني عبر الرنا المرسال (mRNA) ؛ ثم يتم ربط هذه الأحماض الأمينية بالبروتينات في بلازما الخلية. يختلف mRNA عن الحمض النووي في ذرة واحدة فقط في بقايا السكر في العمود الفقري وفي عدد قليل من القواعد. يعمل MRNA بشكل أساسي كحامل معلومات لنقل المعلومات المخزنة في DNA من نواة الخلية إلى بلازما الخلية.

الامراض والاعتلالات

لن يكون الكائن الحي غير القادر على تخليق الحمض النووي قابلاً للحياة ، لأن الخلايا الجديدة يجب أن تتشكل عن طريق الانقسام الخلوي أثناء التطور الجنيني. تحدث أخطاء في تركيب الحمض النووي ، أي القواعد الفردية المدمجة بشكل غير صحيح والتي لا تتبع مبدأ الاقتران الأساسي التكميلي ، كثيرًا نسبيًا. لهذا السبب ، تمتلك الخلايا البشرية أنظمة إصلاح. تعتمد على الإنزيمات التي تتحكم في الشريط المزدوج للحمض النووي وتصحح القواعد المدرجة بشكل غير صحيح باستخدام آليات مختلفة.

لهذا الغرض ، على سبيل المثال ، يمكن قطع المنطقة المحيطة بالقاعدة الخاطئة وإعادة بنائها وفقًا لمبدأ التوليف الموضح. ومع ذلك ، إذا كانت أنظمة إصلاح الحمض النووي للخلية معيبة أو محملة فوق طاقتها ، يمكن أن تتراكم حالات عدم التطابق القاعدية ، المسماة الطفرات. تزعزع هذه الطفرات استقرار الجينوم وبالتالي تزيد من احتمال حدوث أخطاء جديدة في مسار تخليق الحمض النووي. يمكن أن يؤدي تراكم مثل هذه الطفرات إلى الإصابة بالسرطان. تعطي الطفرة بعض الجينات تأثيرًا معززًا للسرطان (اكتساب الوظيفة) ، بينما تفقد الجينات الأخرى تأثيرها الوقائي (فقدان الوظيفة).

ومع ذلك ، في بعض الخلايا ، يكون من المرغوب فيه زيادة معدل الخطأ لجعلها أكثر قابلية للتكيف ، على سبيل المثال في خلايا معينة من جهاز المناعة البشري.