تضاعف DNA . الإنزيمات وتضاعف DNA , إصلاح عيوب DNA

تضاعف DNA

ويقصد به أن جزئ DNA ينقسم إلى جزيئين كل
منهما يشابه الآخر فى نفس الوقت ويشابه جزئ DNA الأصلى .
* هدفه : قبل أن تبدأ الخلية فى الانقسام تتضاعف كمية DNA
بها حتى تستقبل كل خلية جديدة نسخة طبق الأصل من المعلومات
الوراثية الخاصة بالخلية الأم .
الفكرة الأساسية فى التضاعف : أشار كل من واطسن وكريك
إلى أن تركيب الشريط المزدوج ذى القواعد المتزاوجة لجزئ DNA
يحتوى على وسيلة يمكن بها مضاعفة المعلومات الوراثية بدقة فحيث إن
الشريطين يحتويان على قواعد متكاملة فأن تتابع النيوكليوتيدات فى كل
شريط يوفر المعلومات اللازمة إنتاج الشريط المقابل .
فمثلا إذا كان تتابع القواعد النيتروجينية فى جزئ من الشريط (5 A-A-T-C-C 3)فإن قطعة الشريط التى تتكامل معها يكون ترتيب قواعدها النيتروجينية (3 T-T-A-G-G 5) فإذا ما تم فصل شريطى DNA عن بعضهما البعض فإن أيا منهما يمكن أن يعمل كقالب لإنتاج شريط يتكامل معه .
الانزيمات وتضاعف DNA
يتطلب نسخ DNA تكامل نشاط عدد من الأنزيمات والبروتينات فى الخلية . ولكى يتم النسخ يتعين حدوث ما يلى :
1- ينفك التفاف اللولب المزدوج .
2- تتحرك أنزيمات اللولب DNA- helicases
على امتداد اللولب المزدوج فاصلة الشريطان
عن بعضهما البعض وذلك بكسر الروابط
الهيدروجينية الموجودة بين القواعد المتزاوجة
فى الشريطين وتتحرك انزيمات اللولب فى
اتجاه النهاية 3َ لأحد الشريطين والنهاية 5َ
للشريط الأخر وذلك لأن شريطى لولب DNA المزدوج متوازيان عكسيا أى أن أحدهما يكون
فى اتجاه 5َ إلى 3َ، بينما الشريط المتزاوج معه يتوجه فى الاتجاه المعاكس أى فى اتحاه 3َ إلى 5َ.
3- يبتعد الشريطان بعضهما عن بعض لتعريض القواعد لتتمكن من تكوين روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات جديدة .
4- بالنسبة للشريط القالب 3َ - 5َ ليست هناك مشكلة حيث أن أنزيم البلمرة يتبع أنزيم اللولب مباشرة مضفيا نيوكليوتيدات جديدة إلى النهاية 3َ . إلا أن ذلك لا يحدث بالنسبة للشريط الآخر المعاكس وذلك لأن انزيم البلمرة لا يعمل فى اتجاه 3َ - 5َ ولذا فأن هذا الشريط يتم بناؤه على شكل قطع صغيرة فى اتجاه 5َ - 3َ بواسطة إنزيم البلمرة ثم ترتبط هذه القطع الصغيرة مع بعضها بواسطة أنزيم الربط – Ligase DNA.

إنزيمات البلمرة DNA Polymerase إنزيمات الربط Ligase DNA
1- يكون الشريط الجديد بإضافة نيوكليوتيدات واحدة بعد الأخرى من 5َ إلى 3َ للشريط الجديد .
2- يعمل فى نفس اتجاه إنزيمات اللولب .
3- يتبع أنزيم اللولب مباشرة. 1- يكون الشريط الجديد بربط قطع صغيرة من النيوكليوتيدات من 5َ إلى 3َ للشريط الجديد .
2- يعمل عكس اتجاه إنزيمات اللولب.
3- لا يتبع إنزيم اللولب .

ملحوظة : عند إضافة النيوكليوتيدة إلى الشريط الجديد لابد وأن تتزاوج أولا القاعدة النيتروجينية للنيوكليوتيدة الجديدة مع القاعدة النيتروجينية المتكامل معها على الشريط القالب .
إصلاح عيوب DNA
كل المركبات البيولوجية التى توجد على شكل بوليمرات ( مركبات طويلة تتكون من وحدات بنائية متكررة كالنشا والبروتين ، والأحماض النووية )معرضة للتلف .
* عوامل حدوث تلف جزئ DNA :
1- البيئة المائية فى داخل الخلية .
2- المركبات الكيميائية .
3- الإشعاع
4- حرارة الجسم حيث يقدر أن حوالى 5000 قاعدة بيورينية ( أدينين وجوانين ) تفقد كل يوم من DNA الموجود فى الخلية البشرية . وذلك لأن الحرارة تعمل على كسر الروابط التساهمية التى تربط السكريات الخماسية .
ملحوظة :
أى تلف فى جزئ DNA يمكن أن يحدث تغييراً فى المعلومات الموجودة به ، مما قد ينتج عنه تغيرات خطيرة فى بروتينات الخلية ( طفرات) ومع أن هناك آلاف التغيرات التى تحدث لجزئ DNA كل يوم إلا أنه لا يستمر فى DNA الخلية من هذه التغيرات كل عام إلا تغيران أو ثلاثة تكون لها صفة الدوام أما الغالبية العظمى من التغيرات فتزال بكفاءة عالية نتيجة لنشاط مجموعة من 20 إنزيما تعمل على إصلاح عيوب DNA يطلق عليها إنزيمات الربط Ligase DNA
* كيفية عمل انزيمات للربط :
1- تعمل فى تناغم للتعرف على المنطقة التالفة من جزئ DNA .
2- تستبدل النيوكليوتيدات التالفة بنيوكليوتيدات جديدة تتزاوج مع تلك الموجودة على الشريط المقابل فى الجزء التالف .

ملحوظة :
1- يعتبر اللولب المزدوج حيوياً للثبات الوراثى للكائنات الحية التى يوجد بها وذلك لأن جزئ DNA يحتوى على نسختين من المعلومات الوراثية واحدة على كل من شريطى اللولب المزدوج وطالما ظل أحد هذين الشريطين دون تلف تستطيع تلك الأنزيمات أن تستخدمة كقالب لإصلاح التلف الموجود على الشريط المقابل .
2- كل تلف يمكن إصلاحه إلا إذا حدث فى الشريطين فى نفس الموقع فى نفس الوقت حيث تنشأ الطفره .
3- المادة الوراثية لبعض الفيروسات توجد على صورة شريط مفرد من RNA وبالتالى لا تستطيع إنزيمات البلمرة إصلاحه ولذلك يظهر بها معدل مرتفع من التغير الوراثى ( الطفرات ) الذى ينشأ عن تلف فى شريط RNA .