نحوه تکثیر DNA

نحوه تکثیر DNA

ما در مورد DNA بسیار صحبت کرده ایم، در واقع هدایت کننده نهایی برای سلول ها می باشد که صفات را کد می کند. برای مولکولی با این عملکرد، مسلما وقتی سلول دیگری را تولید می کنید مانند عمل همانندسازی، بایستی DNA بین سلول های دختری هم تقسیم شود و این موضوع، مبحث همانندسازی DNA را معرفی می کند که به معنی تولید DNA بیشتر می باشد. در ابتدا بیایید در مورد اینکه همانندسازی کجا و چه موقع رخ میدهد، صحبت کنیم. در ابتدا در مورد مکان همانندسازی صحبت می کنیم. اگر همانندسازی در سلول های یوکاریوتی رخ دهد، درون هسته رخ میدهد. با این حال، همه ی سلول ها دارای هسته نیستند. برای مثال سلول های پروکاریوتی دارای هسته نمی باشند. با این حال هم سلول های پروکاریوتی و هم سلول های یوکاریوتی عمل همانندسازی را انجام میدهند. اما یکسری تفاوت هایی بین آن ها وجود دارد که در این کلیپ به این تفاوت ها اشاره نمی کنیم. سوال بعدی در مورد زمان عمل همانند سازی می باشد که چه موقع همانندسازی رخ میدهد؟ سلول قبل از اینکه تقسیم شود، نیازمند همانندسازی و تقسیم مواد ژنتیکی بین سلول های دختری می باشد که در این فرآیند سلول های دختری هم یک نسخه از DNA را دریافت می کنند. در مورد سلول های یوکاریوتی، همانندسازی قبل از تقسیم میتوز یا میوز در مرحله ی اینترفاز رخ میدهد. در واقع به نظر من همانندسازی مثل یک بازی ویدئویی جالب می باشد که هنوز منتظر اختراع آن می باشم.

من بازیکنان کلیدی همانندسازی DNA را معرفی می کنم تا شما یک پیش زمینه ای داشته باشید. فقط به یاد داشته باشید که این ها فقط برخی بازیکن های کلیدی می باشند. پروسه طولانی تر است.

بسیاری از بازیکن های کلیدی، آنزیم ها می باشند. در بیولوژی، هر وقت واژه ای به  “آز” ختم شود، بایستی متوجه شوید که آن آنزیم است. آنزیم ها قادر به تسریع واکنش ها و ترکیب و یا تجزیه ی مواد می باشند. خب اینجا به بازیکن های کلیدی اشاره می کنیم.

هلیکاز که آنزیم unzipping می باشد. اگر DNA را دو رشته ای در نظر بگیریم، آنزیم هلیکاز دو رشته ی DNA را از همدیگر باز می کند که پروسه ی سختی برای آنزیم هلیکاز نمی باشد.

در حین unzipping، پیوندهای هیدروژنی که دو رشته ی DNA را کنار همدیگر نگه داشته اند، تجزیه می شوند.

آنزیم DNA پلی مراز سازنده

این آنزیم، مولکول DNA را همانندسازی می کند تا یک رشته ی جدید از DNA ساخته شود.

پریماز-آغازگرها

با اینکه آنزیم DNA پلی مراز بزرگ می باشد، اما بدون وجود پرایمر قادر به شناسایی نقطه ی آغاز نمی باشد.

آنزیم پریماز، پرایمرها را می سازد تا آنزیم DNAپلی مراز قادر به شناسایی نقطه ی آغاز باشد. می دانید چه چیزی در مورد پرایمرها جالب توجه می باشد؟ پرایمرها در واقع از RNA ساخته شده اند.

آنزیم لیگاز- The gluer

آنزیم لیگاز به چسبیدن قطعات DNA به همدیگر کمک می کند. بعدا اشاره می کنیم که چرا به آن نیاز داریم. دستپاچه نشوید، به ترتیب به این مورد اشاره می کنیم. به یاد داشته باشید، مثل همه ی ویدئوها، ما سعی داریم تصویر کلی بدهیم. اما به یاد داشته باشید، که مانند همه ی ویدئوهای قبلی، ما یک تصویر کلی از مطلب ارائه می دهیم. همیشه جزئیات و استثناهایی در هر فرآیند بیولوژیکی وجود دارد که همه ی آن ها را در یک ویدئوی کوتاه نمی توانیم بیان کنیم.

همانندسازی DNA در یک محل مشخص به نام منشاء همانندسازی شروع میشود. معمولا منشاء همانندسازی توسط توالی های خاص DNA شناسایی می شوند. در ابتدا، آنزیم هلیکاز(آنزیم جداکننده) وارد عمل شده و دو رشته ی DNA را از همدیگر باز می کند. شما تمایل ندارید این دو رشته ی DNA باز به همدیگر بچسبند، بنابراین پروتئین های SSB که مخفف پروتئین های اتصالی تک رشته ای می باشند به رشته های DNA متصل می شوند تا دو رشته دوباره به هم متصل نشوند. توپوایزومراز ها (همیشه مجبورم اسم این آنزیم را آهسته تلفظ کنم ) مانع ایجاد سوپرکویل DNA میشود. شاید واژه ی سوپر کویل، بزرگ باشد و زمانی لحاظ می شود که بخواهید DNA را فشرده کنید. اما این پدیده ایست که بایستی در طول همانندسازی DNA کنترل شود. سوپر کویل امکان دارد منجر به فشرده شدن بیش از اندازه ی DNA شود در حالی که شما نیاز به باز شدن دو رشته از همدیگر در مراحل بعدی هستید.

آنزیم پریماز وارد عمل شده و پرایمرهای از جنس RNA را در هر دو رشته می سازد. این عمل بسیار حائز اهمیت می باشد چرا که بدون پرایمر، آنزیم DNA پلی مراز نمی داند از کجا کار خود را شروع کند. در این مرحله آنزیم DNA پلی مراز وارد عمل می شود. خب، قبل از اینکه ادامه دهیم، به یاد بیاورید که چگونه DNA دو رشته ای بود. این دو رشته یکسان نبود، بلکه مکمل یکدیگر بودند.

در ویدئویی که ساختار DNA را پوشش میدهد، در مورد چگونگی جفت شدن بازهای آلی با پیوند هیدروژنی صحبت می کنیم. باز آدنین با باز تیمین و باز گوانین با باز سیتوزین پیوند برقرار می کنند. این دو رشته همچنین، آنتی پارالل هستند بنابراین هر دو در یک جهت نمی باشند. منظور از جهت چیست؟ DNA دارای جهت شمال به جنوب نمی باشد. مقصود ما از جهت 5 به 3 و یا 3 به 5 می باشد. منظور ما از این جهت ها چیست؟ خب، قند DNA یکی از اجزای بدنه ی DNA می باشد و دارای اتم کربن می باشد. اتم های کربن قند، درست بعد از اتم اکسیژن و در جهت ساعت گرد شماره گذاری می شوند. 1،2،3،4،5. اتم کربن شماره ی 5 در واقع خارج از ساختار حلقه قرار گرفته است. خب همین کار را در مورد دیگر رشته ی DNA هم انجام می دهیم اما به یاد داشته باشید که رشته های DNA آنتی پارآلل هستند. خب بیایید برای این رشته هم بعد از اتم اکسیژن و در جهت ساعت گرد، شماره گذاری کنیم. 1،2،3،4،5. باز هم اتم کربن شماره ی 5 خارج از حلقه قرار دارد. رشته ی سمت چپ، در جهت 5 به 3 می باشد و رشته ی سمت راست در جهت 3 به 5 می باشد. ما همگی این موارد را بعدا توضیح میدهیم. پس فعلا تا اینجای مطالب را دشته باشید تا وارد مبحث همانندسازی DNA شویم.

در این تصویر، من رشته ی بالایی را درجهت 3 به 5 لیبل کرده ام و رشته ی پایینی را در جهت 5 به 3 لیبل نموده ام. این DNA ای است که قرار است همانندسازی شود. به لطف آنزیم هلیکاز، DNA از هم باز شده است. در این مثال در جهت نشان داده شده در حال باز شدن از هم می باشند. آنزیم پرایماز، پرایمرها را قرار میدهد و آنزیم DNA پلی مراز رشته های جدید را می سازد. الان، موردی که در مورد آنزیم DNA پلی مراز وجود دارد این است که هنگامی که رشته ی جدید را می سازد، تنها قادر به ساختن رشته ی جدید در جهت 5 به 3 می باشد. به این معنی که بازها آلی جدید را به انتهای 3 رشته ی جدید اضافه می کند. ببینیم چگونه در جهت 5 به 3 رشته ساخته می شود؟ این رشته، رشته leading یا رهبر نامیده می شود. اما به این پایین نگاه کنید آنزیم DNA پلی مراز یکبار دیگر رشته ی جدید را در جهت 5 به 3 می سازد. اما یکسری مشکلات اینجا وجود دارد همین که دو رشته ی DNA از هم باز می شوند چونکه آنزیم DNA پلی مراز تنها قادر به ساختن رشته ی جدید در جهت 5 به 3 می باشد و بایستی تا اینجا که unwinding انجام می شود، به کار خود ادامه دهد.

به همین خاطر است که این رشته ی جدید به عنوان رشته ی پس رو یا lagging شناخته می شود. در رشته ی lagging، پرایمرها بایستی به نحوی قرار بگیرند که آنزیم DNA پلی مراز قادر به ساختن رشته ی جدید باشد. قطعات حاصل به عنوان قطعات اوکازاکی نامیده می شوند. پرایمرها بایستی توسط بازهای DNAجایگزین شوند چرا که پرایمرها از جنس RNA هستند.

آنزیم لیگاز، که من به عنوان آنزیم چسبنده می نامم بایستی شکاف های بین قطعات اوکازاکی را بهم متصل کند. در انتهای همانندسازی، دو مولکول DNA دو رشته ای یکسان از یک مولکول DNA دو رشته ای اصلی خواهیم داشت. ما این DNA جدید را نیمه حفاظتی می نامیم چرا که از دو رشته ی DNA جدید یک رشته متعلق به DNA قدیمی یا قبلی می باشد و یک رشته جدید ساخته شده است. مورد آخر این که، شما بایستی کار خود را ویرایش یا proofread نمایید.

در این پروسه، شما نمی خواهید آنزیم DNA پلی مراز دچار اشتباه شود. اگر به باز DNA اشتباهی متصل شود، شما یک ژن کد شده ی اشتباهی خواهید داشت که در نهایت منجر به عدم تولید پروتئین و یا تولید پروتئین اشتباهی می شود. آنزیم DNA پلی مراز فوق العاده می باشد و قادر به ویرایش DNA می باشد. به این معنی که این آنزیم به ندرت دچار خطا می شود که یک ویژگی خوب  به حساب می آید. اگر به یاد داشته باشید، گفتیم که جزئیات بسیاری برای این پروسه وجود دارد که نیازمند مکاشفه می باشد.

درک جزئیات فرآیند همانندسازی DNA، منجر به برخی درمان های پزشکی نجات بخش می شود که باعث توقف همانندسازی DNA در سلول های مضر مانند باکتری های پاتوژن یا سلول های سرطانی انسانی می شود.

ما شما را تشویق می کنیم که بیش از مطالب پایه ای فرا بگیرید. پیشنهاداتی که در ویدئو شد را با جزئیات بیشتر دنبال نمایید. خب این هم از کلیپ خواهران amoeba، توصیه می کنیم همیشه کنجکاو باشید.