الحمض النووي “DNA” هو المادة الوراثية التي تحدد كل خلية، وقبل أن تتكرر الخلية وتنقسم إلى خلايا ابنة جديدة إما عن طريق الانقسام أو الانقسام الاختزالي، يجب نسخ الجزيئات الحيوية والعضيات لتوزيعها على الخلايا، ويجب نسخ

الحمض النووي

الموجود داخل النواة لضمان حصول كل خلية جديدة على العدد الصحيح من الكروموسومات، وعملية نسخ الحمض النووي تسمى تكرار الحمض النووي، ويتبع النسخ المتماثل عدة خطوات تتضمن بروتينات متعددة تسمى إنزيمات النسخ المتماثل و RNA في الخلايا حقيقية النواة، مثل الخلايا الحيوانية والخلايا النباتية، ويحدث تكرار الحمض النووي في المرحلة S من الطور البيني أثناء دورة الخلية، وعملية تكاثر الحمض النووي أمر حيوي لنمو الخلايا، وإصلاح والتكاثر في

الكائنات الحية

.

هيكل الحمض النووي DNA

الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي النووي هو نوع من الجزيء يعرف باسم الحمض النووي، ويتكون من سكر ديوكسي ريبوز 5 فوسفات، وقاعدة نيتروجينية، والحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل يتكون من اثنين من سلاسل الحمض النووي الحلزوني التي ملتوية في شكل حلزوني مزدوج، وهذا التواء يسمح الحمض النووي لتكون أكثر إحكاما، ومن أجل احتواء داخل النواة يتم تعبئة الحمض النووي في هياكل ملفوفة بإحكام تسمى الكروماتين، ويتكثف الكروماتين على تكوين الصبغيات أثناء انقسام الخلايا، وقبل النسخ المتماثل للحمض النووي (DNA) ترخص الكروماتين مما يتيح لآلات النسخ المتماثل للخلايا الوصول إلى فروع الحمض النووي .

عملية تضاعف الـ DNA

الخطوة الأولى هي النسخ المتماثل تشكيل شوكة

قبل أن يتم نسخ الحمض النووي يجب “فك ضغط” الجزيء المزدوج الذي تقطعت به السبل في شقين مفردين، ويحتوي الحمض النووي على أربع قواعد تسمى الأدينين (A) ، والثيمين (T) ، والسيتوزين (C) ، و guanine (G) التي تشكل أزواج بين الشريطين، والأدينين أزواج فقط مع الثيمين والسيتوزين يرتبط فقط مع الجوانين، وللتخلص من الحمض النووي يجب كسر هذه التفاعلات بين الأزواج الأساسية، ويتم تنفيذ هذا بواسطة إنزيم يعرف باسم هيليكاز DNA، ويعرقل هليز الحمض النووي الارتباط الهيدروجيني بين أزواج القاعدة لفصل الخيوط في شكل Y ، ويعرف باسم شوكة النسخ المتماثل، وستكون هذه المنطقة هي القالب لبدء النسخ المتماثل .

الخطوة الثانية هي الربط التمهيدي

Primer Binding” هي أبسط لتكرارها، فبمجرد أن يتم فصل فروع الحمض النووي، ترتبط قطعة قصيرة من الحمض النووي الريبي تسمى التمهيدي بنهاية الشريط، ويربط التمهيدي دائما كنقطة بداية للنسخ المتماثل، ويتم إنشاء الاشعال بواسطة إنزيم

DNA

.

الخطو الثالثة هي الاستطالة

الإنزيمات المعروفة باسم” إنزيمات بلمرة” الحمض النووي هي المسؤولة عن إنشاء حبلا جديد من خلال عملية تسمى استطالة، وهناك خمسة أنواع مختلفة معروفة من بوليميرات الدنا في

البكتيريا

والخلايا البشرية في بكتيريا مثل E. coli ، ويعتبر بلمرة 3 هو إنزيم التكرار الرئيسي ، في حين أن بلمرة 1 و 2 و 4 هي المسؤولة عن التحقق من الأخطاء وإصلاحها، ويرتبط انزيم بلمرة الحمض النووي بالربط التمهيدي ويبدأ في إضافة أزواج قاعدية جديدة مكملة للحبلا أثناء النسخ المتماثل، وفي خلايا حقيقية النواة البوليميرات ألفا ودلتا، وإبسيلون هي

البوليميرات

الأولية التي تشارك في تكرار الحمض النووي، ونظرا لاستمرار عملية النسخ المتماثل في الاتجاه 5 إلى 3 على الشريط البادئ فإن الشريط المكون حديثا مستمر .

الخطوة الرابعة هي الإنهاء

بمجرد تشكيل كل من السلاسل المستمرة وغير المستمرة، فإن إنزيم يسمى نوكلياز يزيل جميع بادئات الحمض النووي الريبي من الخيوط الأصلية، ثم يتم استبدال هذه الاشعال مع القواعد المناسبة، وآخر نوكلياز “يثبت” الحمض النووي المشكل حديثا لفحص وإزالة واستبدال أي أخطاء، وإنزيم آخر يسمى ligase DNA يجمع شظايا Okazaki معا ليشكل حبلا موحدا واحدا، وتمثل نهايات الحمض النووي الخطي مشكلة حيث إن بوليميريز الحمض النووي لا يمكنه إلا إضافة النيوكليوتيدات في الاتجاه 5 ′ إلى 3 ′ .

وتتكون نهايات الخيوط الأصل من تسلسل الحمض النووي المتكرر يسمى التيلوميرات، وتعمل التيلوميرات كأغطية واقية في نهاية الكروموسومات لمنع الكروموسومات القريبة من

الانصهار

، ويحفز نوع خاص من إنزيم بوليميريز الحمض النووي يسمى التيلوميراز تخليق تسلسل التيلومير في نهايات الحمض النووي، وبمجرد الانتهاء من ذلك فإن اللفائف الأم وخيوط الدنا التكميلية الخاصة بها يتم لفها في شكل الحلزون المزدوج المألوف، وفى النهايه ينتج التكرار جزيئين من الحمض النووي ولكل منهما حبلا من الجزيء الأصلي وحبلا جديدا .

ملخص تضاعف الحمض النووي

تضاعف الحمض النووي هو إنتاج حلزونات الحمض النووي متطابقة من جزيء الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل، ويتكون كل جزيء من حبلا من الجزيء الأصلي وحبلا مكون حديثا، وقبل النسخ المتماثل ينفصل الحمض النووي وخيوطه، ويتم تشكيل شوكة النسخ المتماثل الذي يعمل كقالب للنسخ المتماثل، والاشعال المرتبطة بالحمض النووي وبوليمرات الحمض النووي تضيف تسلسلات جديدة من النيوكليوتيدات في اتجاه 5 ′ إلى 3 ′، وهذه الإضافة مستمرة في الشريط الرئيسي ومجزأة في الحبل المتأخر، وبمجرد اكتمال استطالة خيوط الحمض النووي يتم فحص الخيوط بحثا عن الأخطاء، ويتم إجراء الإصلاحات وتضاف سلاسل التيلومير إلى نهايات الحمض النووي .