تركيب DNA

• تضاعف الحمض النووي (DNA) هو عملية إنتاج جزيئين DNA متماثلين من جزيء DNA أصلي واحد.
• مصطلح رئيسي: تضاعف الحمض النووي (DNA)

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• عندما تتزاوج القواعد النيتروجينية على أحد الشريطين مع القواعد النيتروجينية على الشريط المقابل، فإنها تتبع أسسًا معينة لتزاوج القواعد. ففي جزيء الحمض النووي (DNA)، ترتبط قاعدة الأدينين مع قاعدة الثايمين على الشريط المقابل فقط، وترتبط قاعدة الجوانين مع قاعدة السيتوزين فقط. تُسمى هذه الأسس «تزاوج القواعد المتكاملة»، وتعد إحدى السمات المحددة للحمض النووي (DNA). وترتبط قاعدة الأدينين مع قاعدة الثايمين من خلال رابطتين هيدروجينيتين، في حين ترتبط قاعدة الجوانين مع قاعدة السيتوزين من خلال ثلاث روابط هيدروجينية كما هو موضح في الشكل 2.
• ترتبط السلسلتان عديدتا النيوكليوتيد معًا من خلال تزاوج القواعد النيتروجينية التي تواجه بعضها البعض داخل السلم. في الحمض النووي (DNA)، ثمة أربعة أنواع مختلفة من القواعد النيتروجينية: الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، والسيتوزين (C).

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• ترتبط ذرة الكربون 3 ′ من كل نيوكليوتيدة بمجموعة هيدروكسيل ( O H ). وعليه، ينتهي الطرف 3 ′ من شريط الحمض النووي (DNA) بمجموعة هيدروكسيل، كما يمكنك أن ترى في الشكل 3. وترتبط ذرة الكربون 5 ′ من كل نيوكليوتيدة بمجموعة فوسفات. وعليه، ينتهي الطرف 5 ′ من شريط الحمض النووي (DNA) بمجموعة فوسفات، وهي موضَّحة بدائرة صفراء اللون في الشكل 3.
• ثمة سمة أخرى مهمة من سمات الحمض النووي (DNA) وهي طبيعة التوازي المتعاكس له. لكل شريط من شريطي الحمض النووي (DNA) طرفان: يُسمى أحدهما الطرف 5 ′، ويُسمى الآخر الطرف 3 ′. أُطلق هذان الاسمان على هذين الطرفين تبعًا لذرات الكربون الأخيرة من النيوكليوتيدة عند كل طرف. فهذان الشريطان متعاكسا التوازي، أي متوازيان ولكل منهما اتجاه معاكس للآخر، حيث يتجه أحد الشريطين من 5 ′ إلى 3 ′، في حين يتجه الشريط الآخر من 3 ′ إلى 5 ′، كما هو موضح في الشكل 3.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• تتكون شوكة التضاعف من شريطي الحمض النووي (DNA) المنفصلين أو غير الملتفَّين استعدادًا لعملية تضاعف الحمض النووي (DNA).
• مصطلح رئيسي: شوكة التضاعف

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• يُكون إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) شريطًا جديدًا من الحمض النووي (DNA) على طول الشريط الأصلي من خلال إضافة نيوكليوتيدات إلى الشريط الجديد، والتأكيد على اتباع أسس تزاوج القواعد المتكاملة، والتي تعرفنا عليها سابقًا. من أجل بناء شريط DNA جديد، يستخدم إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) مجموعة من النيوكليوتيدات الحرة التي تظل موجودة في الخلية. يمثل الشكل 5 مخططًا بسيطًا لعمل إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA).
• إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) إنزيم يُضيف نيوكليوتيدات مكملة للشريط القالب لتخليق شريط جديد. ويؤدي هذا الإنزيم دورًا أساسيًّا في عملية تضاعف الحمض النووي (DNA).

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• يُعد إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) إنزيمًا ذا كفاءة عالية، حيث يُخلق الشريطين المتكاملين بسرعة كبيرة وبدقة عالية. ثمة خاصية أخرى مهمة لهذا الإنزيم، وهي أنه قادر على تخليق شريط جديد من الحمض النووي (DNA) في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′ فقط. تمثل هذه الخاصية مشكلة في الخلية التي تمر بمرحلة انقسام. ربما تتساءل عن كيفية حدوث ذلك! حسنًا، دعونا نلقي نظرة على شوكة التضاعف في شريط من الحمض النووي (DNA). كما نعلم بالفعل، شريطا الحمض النووي (DNA) متعاكسا التوازي. ومثلما يمكنك أن ترى في الشكل 6، في الشريط العلوي يكون الطرف 3 ′ مفتوحًا عند شوكة التضاعف، بينما في الشريط السفلي يكون الطرف 5 ′ مفتوحًا.
• يُكون إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) شريطًا جديدًا من الحمض النووي (DNA) على طول الشريط الأصلي من خلال إضافة نيوكليوتيدات إلى الشريط الجديد، والتأكيد على اتباع أسس تزاوج القواعد المتكاملة، والتي تعرفنا عليها سابقًا. من أجل بناء شريط DNA جديد، يستخدم إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) مجموعة من النيوكليوتيدات الحرة التي تظل موجودة في الخلية. يمثل الشكل 5 مخططًا بسيطًا لعمل إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA).

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• عند تخليق شرائط جديدة من الحمض النووي (DNA)، يجب أن تكون أيضًا موازية للشريط المكمل الأصلي ولها اتجاه معاكس له. على الرغم من أن الشريطين الجديدين يُخلقان في الوقت نفسه، دعونا نتناول أولًا تكوين الشريط الجديد في أعلى الشكل، مع الوضع في الاعتبار حقيقة أن إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) يمكنه أن يُخلق الشريط الجديد في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′ فقط. في هذه الحالة، يمكن أن يُخلق الشريط الجديد بدون أي انقطاعات أو فواصل.
• يُعد إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) إنزيمًا ذا كفاءة عالية، حيث يُخلق الشريطين المتكاملين بسرعة كبيرة وبدقة عالية. ثمة خاصية أخرى مهمة لهذا الإنزيم، وهي أنه قادر على تخليق شريط جديد من الحمض النووي (DNA) في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′ فقط. تمثل هذه الخاصية مشكلة في الخلية التي تمر بمرحلة انقسام. ربما تتساءل عن كيفية حدوث ذلك! حسنًا، دعونا نلقي نظرة على شوكة التضاعف في شريط من الحمض النووي (DNA). كما نعلم بالفعل، شريطا الحمض النووي (DNA) متعاكسا التوازي. ومثلما يمكنك أن ترى في الشكل 6، في الشريط العلوي يكون الطرف 3 ′ مفتوحًا عند شوكة التضاعف، بينما في الشريط السفلي يكون الطرف 5 ′ مفتوحًا.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• يتحايل إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) على هذه المشكلة عبر التحرك إلى مسافة أبعد على طول الشريط، كما هو موضح في الشكل، ويُخلِّق قطعة قصيرة من الحمض النووي (DNA) الجديد في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′، في اتجاه الطرف المفتوح من شوكة التضاعف. ثم يتحرك بعد ذلك لمسافة أبعد، من بعد هذه القطعة، ويكرر العملية، أي يُخلِّق قطعة قصيرة أخرى. ومع تقدم الإنزيم على طول الشريط، يبدأ ظهور شريط مكمل متقطع. في الشكل 8، يمكنك ملاحظة كيفية حدوث ذلك.
• دعونا نتناول الشريط السفلي في الصورة. بينما يُفك التفاف جزيء الحمض النووي (DNA)، يواجه إنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) الطرف 5 ′ لهذا الشريط. وهذا يتطلب تخليق شريط جديد مكمل في الاتجاه من 3 ′ إلى 5 ′، وهو ما لا يمكن لإنزيم بلمرة الحمض النووي (DNA) فعله!

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• إنزيم الربط إنزيم يمكنه التوصيل بين فجوات هيكل السكر والفوسفات للحمض النووي (DNA) من خلال تكوين رابطة فوسفاتية ثنائية الإستر.
• مصطلح رئيسي: إنزيم الربط

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• وبسبب خاصية إنزيم البلمرة هذه، يُضاعف شريطي الحمض النووي (DNA) في الجزيء بطريقتين مختلفتين. فعلى طول «الشريط القائد»، الذي يقع طرفه 3 ′ عند فتحة شوكة التضاعف، يمكن لإنزيم البلمرة أن يُخلق شريط مكمل وغير متقطع من الحمض النووي (DNA). وعلى طول «الشريط التابع»، الذي يقع طرفه 5 ′ عند فتحة شوكة التضاعف، لا بد وأن يُخلق إنزيم البلمرة قطعًا قصيرة من الحمض النووي (DNA) في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′، كما هو موضح في الشكل.
• نعلم أن كل شريط من شريطي الحمض النووي (DNA) له طرف 5 ′ وطرف 3 ′، وأن شريطي الحمض النووي (DNA) دائمًا ما يكونان متعاكسي التوازي، أي كل شريط منهما له اتجاه معاكس للآخر. وعند تخليق شريط جديد من الحمض النووي (DNA)، لا يمكن لإنزيم البلمرة إضافة نيوكليوتيدات جديدة إلا في الاتجاه من 5 ′ إلى 3 ′ فقط.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• لقد انتهينا من التعرف على أدوار الإنزيمات الثلاثة المهمة المشاركة في عملية تضاعف الحمض النووي (DNA) وفهمنا آلية هذه العملية. يقدم الشكل 10 نظرة عامة بسيطة على العملية بالكامل أثناء حدوثها وماذا ينتج عنها.
• والآن، دعونا نتناول الخيارات الواردة في السؤال. العبارة الأفضل التي تناسب المعطيات التي أصبحنا نعلمها الآن عن إنزيم الربط هي «يصل إنزيم الربط بين هياكل القطع المُكوَّنة على الشريط المكمِّل أثناء التضاعف». وعليه فهي الإجابة الصحيحة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

• ولمنع حدوث مثل هذه الأخطاء خلال عملية تضاعف الحمض النووي (DNA)، يُؤدي إنزيم البلمرة وظيفة أخرى مهمة. فأثناء إضافته للنيوكليوتيدات إلى الشريط الجديد المتكون، يُجري أيضًا عملية «تصحيح» أو فحص لعمله. وبهذه الطريقة، إذا ما أُضيفت نيوكليوتيدة خاطئة، سيتمكن إنزيم البلمرة من تحديد الخطأ ويستبدل النيوكليوتيدة الخاطئة بأخرى صحيحة. ويفعل إنزيم البلمرة ذلك من خلال نشاط إنزيم النيوكليز الخارجي؛ ما يعني أنه يزيل النيوكليوتيدات الخاطئة ويستبدل بها أخرى صحيحة. يمكنك أن ترى مثالًا على ذلك في الشكل 11.
• الطفرة خطأ أو تغير في تتابع النيوكليوتيدات.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.