ربط خيطين من الحمض النووي هو عملية تكوين روابط سلاسل الحمض النووي أثناء دورتها. عندما يتم إغلاق زوج أو أكثر من سلاسل البوليمر، فإنها يمكن أن تشكل أنواعًا مختلفة من الترابط. على وجه الخصوص، يتم تشكيل التشابك من خلال خيوط الحلزون المزدوج في الشكل الدائري المغلق للحمض النووي (هنا سيتم اعتبار الحلزون المزدوج للحمض النووي بشكل أساسي كسلسلة بوليمر واحدة). جزيئات الحمض النووي المرتبطة شائعة جدًا في الطبيعة ويمكن إنتاجها في المختبر. تحتوي روابط السلسلتين، بشكل عام، على عدد لا نهائي من الأنواع غير المتكافئة طوبولوجيًا. إن مفهوم ترتيب الارتباط يميز بشكل لا لبس فيه فقط الروابط من فئة معينة المتكونة في الحمض النووي الدائري المغلق. تبدو الصورة العامة أكثر تعقيدًا.

عندما تخضع سلسلة البوليمر لدورة عشوائية في المحلول، يمكن أن ينتهي بها الأمر في حالات طوبولوجية مختلفة. في حالة الدوائر المعزولة، أي. وبدون الأخذ بعين الاعتبار الروابط الناتجة، فإن السؤال حول احتمالية هذه الحالات الطوبولوجية يعود إلى احتمالية تكوين عقد مختلفة أثناء الإغلاق العشوائي. إذا أخذنا في الاعتبار احتمال التشابكات، فيجب علينا أولاً أن نأخذ في الاعتبار مسألة احتمالية تكوين حالة متشابكة (أو حالة غير متشابكة) أثناء الإغلاق العشوائي لسلسلتين مع مسافة معينة بين مركزي الكتلة ، R (Klenin K.V. ea، 1988، Frank-Kamenetskii M.D. ea، 1975، Vologodsky A.V. et al.، 1974a and Iwata K.، 1983). يتم عرض نتائج مثل هذه الحسابات لنموذج السلسلة الرفيعة بلا حدود (Klenin K.V. ea، 1988). تتوافق المنحنيات المختلفة مع أعداد مختلفة من الأجزاء في كل سلسلة (من المفترض أن تتكون كلتا السلسلتين من نفس عدد الأجزاء): 1 - 20 قطعة، 2 - 40، 3 - 80 قطعة. الاحتمال الكبير لتكوين روابط عند R صغير يعني أن عدد حالات نظام مكون من سلسلتين غير مرتبطتين يتناقص بشكل كبير مع اقترابهما من بعضهما البعض. ونتيجة لذلك، فإن حل سلاسل البوليمر ذات الحلقات الرفيعة غير المرتبطة لن يكون مثاليًا. وفيه ينشأ التنافر بين السلاسل وهو ذو طبيعة انتروبية. في الميكانيكا الإحصائية، عادةً ما يتميز هذا التنافر كميًا بالمعامل الفيروسي الثاني B (Landau L. and Lifshitz E.M., 1964). يمكن حساب قيم B لحل الحلقات غير المشغولة من البيانات الموجودة في الشكل. احتمالية حدوث تشابك بين سلسلتين. هذه القيم (انظر الشكل. حساب المعامل الفيروسي الثاني) تبين أنها قريبة من القيمة B، المقابلة للجزيئات الكروية غير المنفذة لبعضها البعض، ولها نصف قطر يساوي نصف قطر الجذر التربيعي لدوران أ سلسلة بوليمر مغلقة (Klenin K.V. ea، 1988). وبالتالي، فحتى الدوائر المغلقة الرفيعة للغاية يجب أن تواجه تنافرًا متبادلًا قويًا، والذي يرجع بالكامل إلى القيود الطوبولوجية.

كاتينانيس، أي. تم العثور على تفاعل جزيئات الحمض النووي في بعض الخلايا (Clayton D.A. and Vinograd J.، 1967، Hudson B. and Vinograd J.، 1967). يتم تقديم مثال على البنية الطوبولوجية ذات التشابكات من خلال شبكات عملاقة من البلاستيدات الحركية للحمض النووي الدائرية المتشابكة (انظر المراجعة التي أجراها Borst P. وHoeijmakers J.H.J.، 1979). وتشمل هذه الشبكات عشرات الآلاف من جزيئات الحمض النووي الدائرية، ومعظمها متطابقة في البنية.

الطرق الرئيسية لدراسة طوبولوجيا الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل هي المجهر الإلكتروني والرحلان الكهربائي للهلام. ومع ذلك، في صورة مجهرية إلكترونية عادية للحمض النووي، من الصعب جدًا تحليل طوبولوجيا الجزيئات، لأنه من الصعب الحكم على أي من الخيوط عند نقاط تقاطعها على الركيزة أعلى وأيها أقل. إلى حد كبير، تم التغلب على هذه الصعوبة لأول مرة بسبب ارتباط الحلزون المزدوج ببروتين recA (Krasnow M.A.ea, 1983). في هذه الحالة، يثخن شريط الحمض النووي كثيرًا بحيث يكون هيكل تقاطعات شرائح الحمض النووي مرئيًا بوضوح في الصور الفوتوغرافية. من ناحية أخرى، تختلف جزيئات الحمض النووي المعقوفة في قابلية الحركة في الهلام عن الجزيئات غير المرتبطة، مما يسمح بفصلها أثناء الرحلان الكهربائي (انظر Wasserman S.A. وCozzarelli N.R., 1986). تتطلب هذه الطريقة، بطبيعة الحال، معايرة خاصة، لأنه من المستحيل أن نقول مسبقًا ما هو الموضع في الهلام الذي يجب أن يشغله هيكل طوبولوجي معين بالنسبة إلى الشكل الدائري غير المعقد للحمض النووي. ومع ذلك، في الوقت الحاضر، تم بالفعل تجميع كمية كبيرة جدًا من المواد التجريبية حول حركة الهياكل الطوبولوجية المختلفة المتعلقة بالتوبويزومرات غير المعقدة للحمض النووي قيد الدراسة. بطبيعة الحال، عند دراسة جزيئات الحمض النووي المتشابكة بهذه الطريقة، يجب أن تحتوي على فواصل مفردة، وإلا فإن الحركة ستعتمد على ترتيب تشابك الخيوط الحلزونية المزدوجة.

الصفحة 3

1. وفقا لمبدأ التكامل، فإنه يبني الشريط الثاني من جزيء DNA معين: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. بمعرفة طول نيوكليوتيد واحد (0.34 نانومتر)، نحدد طول جزء الحمض النووي هذا (في الحمض النووي، طول سلسلة واحدة يساوي طول الجزيء بأكمله): 13 × 0.34 = 4.42 نانومتر.

3. احسب النسبة المئوية للنيوكليوتيدات في سلسلة DNA معينة:

13 نيوكليوتيدات – 100%

5 أ – س%، س=38% (أ).

2 ز – س%، س=15.5% (ز).

4 تي – س%، س=31% (تي).

2 ج – س%، س=15.5% (ج).

الجواب: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A؛ 4.42 نانومتر؛ أ = 38%؛ تي = 31%؛ ز = 15.5%؛ ج = 15.5%.

المشكلة 21. على جزء من شريط DNA واحد، توجد النيوكليوتيدات بالتسلسل: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T.

1. ارسم مخططًا لبنية الشريط الثاني لجزيء الحمض النووي هذا.

2. ما هو الطول بالنانو متر لجزء الحمض النووي هذا إذا كان أحد النيوكليوتيدات يشغل حوالي 0.34 نانومتر؟

3. ما عدد النيوكليوتيدات (%) الموجودة في هذا الجزء من جزيء الحمض النووي؟

1. نكمل الشريط الثاني من هذا الجزء من جزيء الحمض النووي باستخدام قاعدة التكامل: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.

2. تحديد طول جزء الحمض النووي هذا: 12x0.34 = 4.08 نانومتر.3. نحسب النسبة المئوية للنيوكليوتيدات في جزء الحمض النووي هذا.

24 نيوكليوتيدات – 100%

8أ – س%، وبالتالي س=33.3%(أ);

لأن وفقا لقاعدة تشارجاف A=T، والتي تعني محتوى T=33.3%؛

24 نيوكليوتيدات – 100%

4G – x%، وبالتالي x=16.7%(G);

لأن وفقًا لقاعدة تشارجاف G=C، والتي تعني محتوى C=16.6%.

الجواب: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A؛ 4.08 نانومتر؛ أ=ت=33.3%; ز=ج=16.7%

المسألة 22. ما هو تكوين شريط الحمض النووي الثاني إذا كان الأول يحتوي على 18٪ جوانين و 30٪ أدنين و 20٪ ثايمين؟

1. مع العلم أن سلاسل جزيء DNA مكملة لبعضها البعض، فإننا نحدد محتوى النيوكليوتيدات (بالنسبة المئوية) في السلسلة الثانية:

لأن في السلسلة الأولى G = 18%، أي في السلسلة الثانية C = 18%؛

لأن في السلسلة الأولى A=30%، أي في السلسلة الثانية T=30%؛

لأن في السلسلة الأولى T=20%، أي في السلسلة الثانية A=20%؛

2. تحديد محتوى السيتوزين في السلسلة الأولى (٪).

تحديد نسبة السيتوزين في الشريط الأول من الحمض النووي: 100% – 68% = 32% (C)؛

إذا كانت في السلسلة الأولى C = 32%، ففي السلسلة الثانية G = 32%.

الجواب: ج = 18%؛ تي = 30%؛ أ = 20%؛ ز=32%

المشكلة 23. يوجد في جزيء الحمض النووي 23٪ نيوكليوتيدات الأدينيل من إجمالي عدد النيوكليوتيدات. تحديد عدد نيوكليوتيدات الثيميديل والسيتوسيل.

1. باستخدام قاعدة شارجاف، نجد محتوى نيوكليوتيدات الثيميديل في جزيء DNA معين: A=T=23%.

2. أوجد مجموع (%) محتوى نيوكليوتيدات الأدينيل والثيميديل في جزيء DNA معين: 23% + 23% = 46%.

3. أوجد مجموع (%) محتوى نيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل في جزيء DNA معين: 100% – 46% = 54%.

4. وفقًا لقاعدة شارجاف، في جزيء الحمض النووي G = C، يمثلون إجماليًا 54%، وبشكل فردي: 54% : 2 = 27%.

الجواب: T = 23%؛ ج=27%

المشكلة 24. بالنظر إلى جزيء DNA ذو الوزن الجزيئي النسبي 69 ألفًا، منها 8625 نيوكليوتيدات أدينيل. يبلغ الوزن الجزيئي النسبي لنيوكليوتيد واحد في المتوسط ​​345. ما عدد النيوكليوتيدات الفردية الموجودة في هذا الحمض النووي؟ ما هو طول جزيئه؟

1. حدد عدد نيوكليوتيدات الأدينيل الموجودة في جزيء DNA معين: 8625: 345 = 25.

2. وفقا لقاعدة تشارجاف، A = G، أي. في جزيء DNA معين A=T=25.

3. حدد مقدار الوزن الجزيئي الإجمالي لهذا الحمض النووي الذي تمثله حصة نيوكليوتيدات الجوانيل: 69,000 – (8625x2) = 51,750.

4. حدد العدد الإجمالي لنيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل في هذا الحمض النووي: 51,750:345=150.

5. حدد محتوى نيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل بشكل منفصل: 150:2 = 75؛

6. حدد طول جزيء DNA هذا: (25 + 75) × 0.34 = 34 نانومتر.

الجواب: أ=ت=25؛ ز = ج = 75؛ 34 نانومتر.

المشكلة 25. وفقا لبعض العلماء، يبلغ الطول الإجمالي لجميع جزيئات الحمض النووي في نواة خلية جرثومية بشرية واحدة حوالي 102 سم، ما عدد أزواج النوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي لخلية واحدة (1 نانومتر = 10-6 مم)؟

1. تحويل السنتيمترات إلى المليمترات والنانومتر: 102 سم = 1020 مم = 1,020,000,000 نانومتر.

2. بمعرفة طول النيوكليوتيد الواحد (0.34 نانومتر)، نحدد عدد أزواج النيوكليوتيدات الموجودة في جزيئات الحمض النووي للأمشاج البشرية: (102 × 107): 0.34 = 3 × 109 أزواج.

الجواب: 3´109 قدم المساواة.

المهمة 26. اكتب صيغ ثنائيات الببتيدات المتكونة:

أ) التيروزين والسيستينوين. ب) سيرين وفينيل ألانين. ج) الجلايسين والسيستين.

المشكلة 27. احصل على الجليسين من الميثان دون استخدام مواد أخرى تحتوي على الكربون.

على اليمين يوجد أكبر حلزون من الحمض النووي البشري، تم بناؤه من أشخاص على الشاطئ في فارنا (بلغاريا)، وتم إدراجه في موسوعة غينيس للأرقام القياسية في 23 أبريل 2016

حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. معلومات عامة

الحمض النووي (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) هو نوع من مخطط الحياة، وهو رمز معقد يحتوي على بيانات عن المعلومات الوراثية. هذا الجزيء المعقد قادر على تخزين ونقل المعلومات الوراثية الوراثية من جيل إلى جيل. يحدد الحمض النووي خصائص أي كائن حي مثل الوراثة والتقلب. تحدد المعلومات المشفرة فيه برنامج التطوير الكامل لأي كائن حي. تحدد العوامل المحددة وراثيا مسار الحياة بأكمله لكل من الشخص وأي كائن حي آخر. لا يمكن للتأثيرات الاصطناعية أو الطبيعية للبيئة الخارجية أن تؤثر إلا بشكل طفيف على التعبير العام عن السمات الوراثية الفردية أو تؤثر على تطور العمليات المبرمجة.

حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين(DNA) هو جزيء كبير (أحد الجزيء الرئيسي الثلاثة، والاثنان الآخران هما RNA والبروتينات) الذي يضمن التخزين والانتقال من جيل إلى جيل وتنفيذ البرنامج الجيني لتطوير وعمل الكائنات الحية. يحتوي الحمض النووي على معلومات حول بنية أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات.

في الخلايا حقيقية النواة (الحيوانات والنباتات والفطريات)، يوجد الحمض النووي في نواة الخلية كجزء من الكروموسومات، وكذلك في بعض العضيات الخلوية (الميتوكوندريا والبلاستيدات). في خلايا الكائنات بدائية النواة (البكتيريا والعتائق)، يتم ربط جزيء الحمض النووي الدائري أو الخطي، ما يسمى بالنواة، من الداخل إلى غشاء الخلية. فيها وفي حقيقيات النوى السفلية (على سبيل المثال، الخميرة)، توجد أيضًا جزيئات DNA الصغيرة المستقلة ذات الأغلبية الدائرية والتي تسمى البلازميدات.

من وجهة نظر كيميائية، الحمض النووي هو جزيء بوليمر طويل يتكون من كتل متكررة تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نيوكليوتيد من قاعدة نيتروجينية وسكر (ديوكسي ريبوز) ومجموعة فوسفات. تتكون الروابط بين النيوكليوتيدات في السلسلة بواسطة الديوكسي ريبوز ( مع) والفوسفات ( F) مجموعات (سندات فوسفوديستر).

أرز. 2. يتكون النوكليوتيد من قاعدة نيتروجينية وسكر (ديوكسي ريبوز) ومجموعة فوسفات

في الغالبية العظمى من الحالات (باستثناء بعض الفيروسات التي تحتوي على DNA مفرد الجديلة)، يتكون جزيء الحمض النووي الكبير من سلسلتين موجهتين بقواعد نيتروجينية تجاه بعضهما البعض. هذا الجزيء المزدوج تقطعت به السبل ملتوي على طول الحلزون.

هناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية الموجودة في الحمض النووي (الأدينين والجوانين والثايمين والسيتوزين). ترتبط القواعد النيتروجينية لإحدى السلاسل مع القواعد النيتروجينية للسلسلة الأخرى بروابط هيدروجينية وفقا لمبدأ التكامل: يتحد الأدينين فقط مع الثايمين ( في) ، الجوانين - فقط مع السيتوزين ( جي سي). هذه الأزواج هي التي تشكل "درجات" "درج" الحمض النووي الحلزوني (انظر: الشكل 2 و 3 و 4).

أرز. 2. القواعد النيتروجينية

يتيح لك تسلسل النيوكليوتيدات "تشفير" المعلومات حول أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA)، وأهمها الرسول أو القالب (mRNA)، والريبوسوم (rRNA)، والنقل (tRNA). يتم تصنيع كل هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي (RNA) في قالب الحمض النووي (DNA) عن طريق نسخ تسلسل الحمض النووي (DNA) إلى تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يتم تصنيعه أثناء النسخ، وتشارك في التخليق الحيوي للبروتين (عملية الترجمة). بالإضافة إلى تسلسلات الترميز، يحتوي الحمض النووي للخلية على تسلسلات تؤدي وظائف تنظيمية وهيكلية.

أرز. 3. تكرار الحمض النووي

إن ترتيب التوليفات الأساسية للمركبات الكيميائية للحمض النووي والعلاقات الكمية بين هذه التوليفات يضمن ترميز المعلومات الوراثية.

تعليم الحمض النووي الجديد (التكرار)

1. عملية النسخ: تفكيك الحلزون المزدوج للحمض النووي - تخليق الخيوط التكميلية بواسطة بوليميراز الحمض النووي - تكوين جزيئين من الحمض النووي من جزيئين واحد.
2. "ينفك" الحلزون المزدوج إلى فرعين عندما تقوم الإنزيمات بكسر الرابطة بين الأزواج الأساسية للمركبات الكيميائية.
3. كل فرع هو عنصر من عناصر الحمض النووي الجديد. ترتبط الأزواج الأساسية الجديدة بنفس التسلسل كما في الفرع الأصلي.

عند الانتهاء من التضاعف، يتم تشكيل حلزونين مستقلين، تم إنشاؤهما من مركبات كيميائية للحمض النووي الأصلي ولهما نفس الكود الوراثي. وبهذه الطريقة، يكون الحمض النووي قادرًا على نقل المعلومات من خلية إلى أخرى.

معلومات أكثر تفصيلا:

هيكل الأحماض النووية

أرز. 4 . القواعد النيتروجينية: الأدينين، الجوانين، السيتوزين، الثايمين

حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين(DNA) يشير إلى الأحماض النووية. احماض نوويةهي فئة من البوليمرات الحيوية غير النظامية التي تكون مونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات.

النيوكليوتيداتيتألف من قاعدة نيتروجينية، متصل بكربوهيدرات خماسية الكربون (البنتوز) - ديوكسيريبوز(في حالة الحمض النووي) أو الريبوز(في حالة الحمض النووي الريبي) الذي يتحد مع بقايا حمض الفوسفوريك (H 2 PO 3 -).

القواعد النيتروجينيةهناك نوعان: قواعد البيريميدين - اليوراسيل (فقط في الحمض النووي الريبي)، السيتوزين والثايمين، قواعد البيورين - الأدينين والجوانين.

أرز. 5. بنية النيوكليوتيدات (يسار)، موقع النيوكليوتيدات في الحمض النووي (أسفل) وأنواع القواعد النيتروجينية (يمين): البيريميدين والبيورين

يتم ترقيم ذرات الكربون في جزيء البنتوز من 1 إلى 5. ويتحد الفوسفات مع ذرات الكربون الثالثة والخامسة. هذه هي الطريقة التي يتم بها دمج النيوكلينوتيدات في سلسلة الحمض النووي. وهكذا، يمكننا التمييز بين طرفي 3' و 5' لشريط الحمض النووي:

أرز. 6. عزل طرفي 3' و 5' من سلسلة الحمض النووي

شريطين من الحمض النووي على شكل الحلزون المزدوج. هذه السلاسل الحلزونية موجهة في اتجاهين متعاكسين. في فروع مختلفة من الحمض النووي، ترتبط القواعد النيتروجينية مع بعضها البعض عن طريق روابط هيدروجينية. يقترن الأدينين دائمًا بالثايمين، ويقترن السيتوزين دائمًا بالجوانين. تسمى قاعدة التكامل.

قاعدة التكامل:

ايه تي جي سي

على سبيل المثال، إذا تم إعطاؤنا شريط DNA بالتسلسل

3'- أتجتككتاجكتجكتكج - 5'،

ثم تكون السلسلة الثانية مكملة لها وموجهة في الاتجاه المعاكس - من نهاية 5 إلى نهاية 3:

5'- تاكاجاتكجاكجاجك- 3'.

أرز. 7. اتجاه سلاسل جزيء DNA وربط القواعد النيتروجينية باستخدام الروابط الهيدروجينية

تكرار الحمض النووي

تكرار الحمض النوويهي عملية مضاعفة جزيء DNA من خلال تركيب القالب. في معظم حالات تضاعف الحمض النووي الطبيعيالتمهيديلتخليق الحمض النووي هو جزء قصير (أعاد إنشائه). يتم إنشاء مثل هذا التمهيدي للريبونوكليوتيد بواسطة إنزيم بريميز (DNA primase في بدائيات النوى، وبوليميريز DNA في حقيقيات النوى)، ويتم استبداله لاحقًا ببوليميراز ديوكسي ريبونوكليوتيد، الذي يؤدي عادةً وظائف الإصلاح (تصحيح الأضرار الكيميائية والكسور في جزيء الحمض النووي).

يحدث النسخ المتماثل وفق آلية شبه محافظة. وهذا يعني أن الحلزون المزدوج للحمض النووي يتفكك ويتم بناء سلسلة جديدة على كل سلسلة من سلاسله وفقا لمبدأ التكامل. وبالتالي فإن جزيء الحمض النووي الابن يحتوي على شريط واحد من الجزيء الأصلي وواحد تم تصنيعه حديثًا. يحدث التكرار في الاتجاه من نهاية 3' إلى نهاية 5' للشريط الأم.

أرز. 8. تكرار (مضاعفة) جزيء DNA

تخليق الحمض النووي- هذه ليست عملية معقدة كما قد تبدو للوهلة الأولى. إذا فكرت في الأمر، فأنت بحاجة أولاً إلى معرفة ما هو التوليف. هذه هي عملية دمج شيء ما في كل واحد. يحدث تكوين جزيء DNA الجديد على عدة مراحل:

1) يقوم إنزيم توبويزوميراز الحمض النووي، الموجود أمام شوكة النسخ، بقطع الحمض النووي لتسهيل تفكيكه وتفكيكه.
2) يؤثر هيليكاز الحمض النووي، بعد التوبويزوميراز، على عملية "فك تجديل" حلزون الحمض النووي.
3) تعمل البروتينات المرتبطة بالحمض النووي على ربط خيوط الحمض النووي وتثبيتها أيضًا، مما يمنعها من الالتصاق ببعضها البعض.
4) بوليميريز الحمض النووي δ(دلتا) ، بالتنسيق مع سرعة حركة شوكة النسخ، يقوم بعملية التوليفقيادةالسلاسلشركة فرعية الحمض النووي في الاتجاه 5"→3" على المصفوفةالأم خيوط الحمض النووي في الاتجاه من نهايته 3 بوصة إلى النهاية 5 بوصة (سرعة تصل إلى 100 زوج من النيوكليوتيدات في الثانية). هذه الأحداث في هذا الأمخيوط الحمض النووي محدودة.

أرز. 9. التمثيل التخطيطي لعملية تكرار الحمض النووي: (1) حبلا متخلفة (حبلا متخلفة)، (2) حبلا الرائدة (حبلا الرائدة)، (3) بوليميريز الحمض النووي α (Polα)، (4) ليجاز الحمض النووي، (5) الحمض النووي الريبي (RNA) - التمهيدي، (6) بريماس، (7) قطعة أوكازاكي، (8) بوليميريز الحمض النووي δ (Polδ)، (9) هيليكاز، (10) بروتينات ربط الحمض النووي المفردة، (11) توبويسوميراز.

تم وصف تركيب الشريط المتأخر من الحمض النووي الابنة أدناه (انظر. مخططشوكة النسخ ووظائف إنزيمات النسخ)

لمزيد من المعلومات حول تكرار الحمض النووي، انظر

5) مباشرة بعد تفكك الشريط الآخر من الجزيء الأم واستقراره، يتم ربطه بهبوليميريز الحمض النووي α(ألفا)وفي الاتجاه 5"→3" يقوم بتصنيع التمهيدي (RNA التمهيدي) - تسلسل RNA على قالب DNA بطول 10 إلى 200 نيوكليوتيدات. بعد هذا الانزيمإزالتها من شريط DNA.

بدلاً من بوليميرات الحمض النوويα يتم إرفاقه بنهاية التمهيدي مقاس 3 بوصاتبوليميريز الحمض النوويε .

6) بوليميريز الحمض النوويε (ابسيلون) يبدو أنه يستمر في تمديد التمهيدي، لكنه يدخله كركيزةديوكسيريبونوكليوتيدات(بكمية 150-200 نيوكليوتيدات). ونتيجة لذلك، يتم تشكيل خيط واحد من جزأين -الحمض النووي الريبي(أي التمهيدي) و الحمض النووي. بوليميريز الحمض النووي εيعمل حتى يواجه التمهيدي السابقجزء من أوكازاكي(توليفها في وقت سابق قليلا). بعد ذلك، تتم إزالة هذا الإنزيم من السلسلة.

7) بوليميريز الحمض النووي β(بيتا) تقف بدلا من ذلكبوليميريز الحمض النووي ε،يتحرك في نفس الاتجاه (5"→3") ويزيل النيوكليوتيدات الأولية بينما يقوم في نفس الوقت بإدخال ديوكسيريبونوكليوتيدات في مكانها. يعمل الإنزيم حتى تتم إزالة التمهيدي بالكامل، أي. حتى يتم تصنيع ديوكسيريبونوكليوتيد (حتى في وقت سابقبوليميريز الحمض النووي ε). الإنزيم غير قادر على ربط نتيجة عمله مع الحمض النووي الموجود أمامه، لذلك يخرج عن السلسلة.

ونتيجة لذلك، فإن جزءًا من الحمض النووي الابنة "يقع" على مصفوفة الشريط الأم. تسمىجزء من أوكازاكي.

8) الروابط المتشابكة للحمض النووي DNA متجاورة شظايا أوكازاكي ، أي. 5" نهاية القطعة المركبةبوليميريز الحمض النووي ε،وسلسلة طرفية مقاس 3 بوصات مدمجةبوليميريز الحمض النوويβ .

هيكل الحمض النووي الريبي

حمض النووي الريبي(RNA) هو أحد الجزيئات الكبيرة الثلاثة الرئيسية (الاثنان الآخران هما DNA والبروتينات) الموجودة في خلايا جميع الكائنات الحية.

تماما مثل الحمض النووي، يتكون الحمض النووي الريبي (RNA) من سلسلة طويلة تسمى كل حلقة فيها النوكليوتيدات. يتكون كل نيوكليوتيد من قاعدة نيتروجينية وسكر ريبوز ومجموعة فوسفات. ومع ذلك، على عكس الحمض النووي، عادة ما يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على شريط واحد بدلاً من شريطين. البنتوز في الحمض النووي الريبي (RNA) هو ريبوز، وليس ديوكسي ريبوز (يحتوي الريبوز على مجموعة هيدروكسيل إضافية على ذرة الكربوهيدرات الثانية). وأخيرا، يختلف الحمض النووي عن الحمض النووي الريبي (RNA) في تكوين القواعد النيتروجينية: بدلا من الثيمين ( ت) الحمض النووي الريبي يحتوي على اليوراسيل ( ش) ، وهو مكمل أيضًا للأدينين.

يسمح تسلسل النيوكليوتيدات للـ RNA بتشفير المعلومات الوراثية. تستخدم جميع الكائنات الخلوية الحمض النووي الريبي (mRNA) لبرمجة تخليق البروتين.

يتم إنتاج الحمض النووي الريبي الخلوي من خلال عملية تسمى النسخ ، أي تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على مصفوفة الحمض النووي (DNA) بواسطة إنزيمات خاصة - بوليميرات الحمض النووي الريبي.

ثم تشارك Messenger RNAs (mRNAs) في عملية تسمى إذاعة، أولئك. تخليق البروتين على مصفوفة mRNA بمشاركة الريبوسومات. تخضع RNAs الأخرى لتعديلات كيميائية بعد النسخ، وبعد تكوين الهياكل الثانوية والثالثية، تؤدي وظائف تعتمد على نوع RNA.

أرز. 10. الفرق بين DNA و RNA في القاعدة النيتروجينية: بدلاً من الثايمين (T)، يحتوي RNA على اليوراسيل (U)، وهو مكمل أيضاً للأدينين.

النسخ

هذه هي عملية تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب DNA. يتفكك الحمض النووي في أحد المواقع. يحتوي أحد الخيوط على معلومات يجب نسخها على جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) - ويسمى هذا الشريط حبلا التشفير. أما الشريط الثاني من الحمض النووي، المكمل للشريط المشفر، فيسمى القالب. أثناء النسخ، يتم تصنيع سلسلة RNA التكميلية على شريط القالب في الاتجاه 3' - 5' (على طول شريط DNA). يؤدي هذا إلى إنشاء نسخة RNA من شريط الترميز.

أرز. 11. التمثيل التخطيطي للنسخ

على سبيل المثال، إذا تم إعطاؤنا تسلسل سلسلة الترميز

3'- أتجتككتاجكتجكتكج - 5'،

ثم، وفقا لقاعدة التكامل، فإن سلسلة المصفوفة سوف تحمل التسلسل

5'- تاكاجاتكجاكجاجك- 3'،

والحمض النووي الريبي (RNA) المُصنَّع منه هو التسلسل

إذاعة

دعونا نفكر في الآلية تخليق البروتينعلى مصفوفة الحمض النووي الريبي (RNA)، وكذلك على الشفرة الوراثية وخصائصها. وللتوضيح أيضًا، على الرابط أدناه، ننصح بمشاهدة فيديو قصير حول عمليات النسخ والترجمة التي تحدث في الخلية الحية:

أرز. 12. عملية تخليق البروتين: رموز DNA للـ RNA، ورموز RNA للبروتين

الكود الجيني

الكود الجيني- طريقة لترميز تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات باستخدام تسلسل النيوكليوتيدات. يتم تشفير كل حمض أميني بتسلسل من ثلاث نيوكليوتيدات - كودون أو ثلاثي.

الكود الجيني شائع في معظم الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى. يوضح الجدول جميع الكودونات الـ 64 والأحماض الأمينية المقابلة لها. الترتيب الأساسي هو من 5 "إلى 3" نهاية mRNA.

الجدول 1. الشفرة الوراثية القياسية

الأول الاساسيات نشوئها	القاعدة الثانية								الثالث الاساسيات نشوئها
	ش		ج		أ		ز
ش	يو يو يو	(فاي / واو)	يو سي يو	(سير/س)	يو ايه يو	(صور/Y)	يو جي يو	(سيس/C)	ش
	يو يو سي		يو سي سي		يو ايه سي		يو جي سي		ج
	يو يو أ	(ليو / لتر)	ش كاليفورنيا		يو أ	كود الإيقاف**	يو جي أ	كود الإيقاف**	أ
	يو يو جي		يو سي جي		يو ايه جي	كود الإيقاف**	يو جي جي	(Trp/W)	ز
ج	سي يو يو		ج ج ش	(دعم)	ج أ ش	(له / ح)	سي جي يو	(الأرجنتين/R)	ش
	ج يو ج		ج ج ج		ج أ ج		ج ج ج		ج
	سي يو أ		ج ج أ		ج أ أ	(جلن/س)	ج جا		أ
	سي يو جي		سي سي جي		ج أ ج		ج ج ج		ز
أ	ايه يو يو	(إيل / أنا)	ايه سي يو	(ث / ر)	أ أ ش	(اسن / ن)	ايه جي يو	(سير/س)	ش
	ايه يو سي		أ ج ج		أ أ ج		ايه جي سي		ج
	ا يو ا		أ ج أ		أ أ أ	(ليز / ك)	أ ج أ		أ
	ايه يو جي	(اجتمع / م)	أ ج ج		أ أ ج		أ ج ز		ز
ز	غو يو يو	(فال / الخامس)	جي سي يو	(الاء)	جي ايه يو	(آسيا والمحيط الهادئ / د)	جي جي يو	(جلي/ز)	ش
	جي يو سي		مجلس التعاون الخليجي		جي ايه سي		جي جي سي		ج
	جي يو أ		جي سي أ		غ أ أ	(صمغ)	جي جي أ		أ
	جي يو جي		جي سي جي		غ أ ز		ز ز ز		ز

من بين الثلاثة توائم، هناك 4 تسلسلات خاصة تعمل بمثابة "علامات ترقيم":

• *ثلاثية أغسطسويسمى أيضًا ترميز الميثيونين كود البدء. يبدأ تركيب جزيء البروتين بهذا الكودون. وهكذا، أثناء تخليق البروتين، فإن الحمض الأميني الأول في التسلسل سيكون دائمًا الميثيونين.

• **ثلاثة توائم UAA, الفريق الاستشاريو U.G.وتسمى رموز التوقفولا ترمز لحمض أميني واحد. في هذه التسلسلات، يتوقف تخليق البروتين.

خصائص الشفرة الوراثية

1. ثلاثية. يتم تشفير كل حمض أميني بواسطة سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات - ثلاثية أو كودون.

2. الاستمرارية. لا توجد نيوكليوتيدات إضافية بين الثلاثة توائم، وتتم قراءة المعلومات بشكل مستمر.

3. عدم التداخل. لا يمكن دمج نيوكليوتيد واحد في ثلاثة توائم في نفس الوقت.

4. عدم الغموض. يمكن لكودون واحد أن يرمز لحمض أميني واحد فقط.

5. الانحطاط. يمكن تشفير حمض أميني واحد بواسطة عدة أكواد مختلفة.

6. براعة. الشفرة الوراثية هي نفسها لجميع الكائنات الحية.

مثال. لقد حصلنا على تسلسل سلسلة الترميز:

3’- كجاتجكاكجتكجاتكجتاتا- 5’.

سيكون لسلسلة المصفوفة التسلسل:

5’- جكتاكجتجكاجكتاجكاتات- 3’.

الآن نقوم بتركيب معلومات RNA من هذه السلسلة:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

يستمر تصنيع البروتين في الاتجاه 5' → 3'، لذلك، نحتاج إلى عكس التسلسل "لقراءة" الشفرة الوراثية:

5’- أوجكواجكوجكاكجواجكك- 3’.

لنبحث الآن عن كود البداية AUG:

5’- الاتحاد الأفريقي أغسطس كواججوجكاكجواجكك- 3’.

دعونا نقسم التسلسل إلى ثلاثة توائم:

يبدو الأمر كالتالي: يتم نقل المعلومات من DNA إلى RNA (النسخ)، ومن RNA إلى البروتين (الترجمة). يمكن أيضًا مضاعفة الحمض النووي عن طريق التكرار، كما أن عملية النسخ العكسي ممكنة أيضًا، عندما يتم تصنيع الحمض النووي من قالب الحمض النووي الريبي (RNA)، ولكن هذه العملية مميزة بشكل أساسي للفيروسات.

أرز. 13. العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية

الجينوم: الجينات والكروموسومات

(المفاهيم العامة)

الجينوم - مجمل جميع جينات الكائن الحي؛ مجموعة الكروموسومات الكاملة الخاصة به.

تم اقتراح مصطلح "الجينوم" من قبل ج. وينكلر في عام 1920 لوصف مجموعة الجينات الموجودة في المجموعة الصبغية من الكروموسومات للكائنات الحية من نوع بيولوجي واحد. يشير المعنى الأصلي لهذا المصطلح إلى أن مفهوم الجينوم، على عكس النمط الجيني، هو خاصية وراثية للأنواع ككل، وليس للفرد. مع تطور علم الوراثة الجزيئية، تغير معنى هذا المصطلح. من المعروف أن الحمض النووي، الذي هو حامل المعلومات الوراثية في معظم الكائنات الحية، وبالتالي يشكل أساس الجينوم، لا يشمل الجينات بالمعنى الحديث للكلمة فقط. يتم تمثيل معظم الحمض النووي للخلايا حقيقية النواة بتسلسلات نيوكليوتيدات غير مشفرة ("زائدة عن الحاجة") لا تحتوي على معلومات حول البروتينات والأحماض النووية. وبالتالي، فإن الجزء الرئيسي من جينوم أي كائن حي هو الحمض النووي بأكمله لمجموعة الكروموسومات الفردية الخاصة به.

الجينات هي أجزاء من جزيئات الحمض النووي التي تشفر البوليبتيدات وجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

على مدى القرن الماضي، تغير فهمنا للجينات بشكل كبير. في السابق، كان الجينوم عبارة عن منطقة من الكروموسوم تقوم بتشفير أو تعريف خاصية واحدة أو المظهريخاصية (مرئية) مثل لون العين.

في عام 1940، اقترح جورج بيدل وإدوارد تاثام تعريفًا جزيئيًا للجين. قام العلماء بمعالجة الجراثيم الفطرية نيوروسبورا كراساالأشعة السينية والعوامل الأخرى التي تسبب تغيرات في تسلسل الحمض النووي ( الطفرات) ، واكتشفوا سلالات متحولة من الفطريات فقدت بعض الإنزيمات المحددة، مما أدى في بعض الحالات إلى تعطيل المسار الأيضي بأكمله. استنتج بيدل وتاتيم أن الجين هو قطعة من المادة الوراثية التي تحدد أو ترمز لإنزيم واحد. هكذا ظهرت الفرضية "جين واحد - إنزيم واحد". تم توسيع هذا المفهوم لاحقًا لتعريفه "جين واحد - ببتيد واحد"نظرًا لأن العديد من الجينات تشفر بروتينات ليست إنزيمات، وقد يكون البولي ببتيد وحدة فرعية من مركب بروتيني معقد.

في التين. يوضح الشكل 14 رسمًا تخطيطيًا لكيفية تحديد ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات في الحمض النووي للبولي ببتيد - تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين من خلال وساطة الرنا المرسال. تلعب إحدى سلاسل الحمض النووي دور قالب لتخليق الحمض النووي الريبوزي المرسال، حيث تكون ثلاثيات النوكليوتيدات (الكودونات) مكملة لثلاثية الحمض النووي. في بعض البكتيريا والعديد من حقيقيات النوى، تتم مقاطعة تسلسل الترميز بواسطة مناطق غير مشفرة (تسمى الإنترونات).

التحديد البيوكيميائي الحديث للجين أكثر تحديدا. الجينات هي جميع أقسام الحمض النووي التي تشفر التسلسل الأولي للمنتجات النهائية، والتي تشمل البوليبتيدات أو الحمض النووي الريبي (RNA) الذي له وظيفة هيكلية أو تحفيزية.

إلى جانب الجينات، يحتوي الحمض النووي أيضًا على تسلسلات أخرى تؤدي وظيفة تنظيمية حصريًا. التسلسلات التنظيميةقد يمثل بداية أو نهاية الجينات، أو يؤثر على النسخ، أو يشير إلى موقع بدء النسخ المتماثل أو إعادة التركيب. يمكن التعبير عن بعض الجينات بطرق مختلفة، حيث تعمل نفس منطقة الحمض النووي كقالب لتكوين منتجات مختلفة.

يمكننا الحساب تقريبًا الحد الأدنى لحجم الجينات، ترميز البروتين الأوسط. يتم تشفير كل حمض أميني في سلسلة بولي ببتيد بواسطة سلسلة من ثلاث نيوكليوتيدات؛ تتوافق تسلسلات هذه الثلاثة توائم (الكودونات) مع سلسلة الأحماض الأمينية في البوليببتيد المشفر بواسطة هذا الجين. تتوافق سلسلة البولي ببتيد المكونة من 350 من بقايا الأحماض الأمينية (سلسلة متوسطة الطول) مع تسلسل يبلغ 1050 نقطة أساس. ( قاعده ازواج). ومع ذلك، فإن العديد من الجينات حقيقية النواة وبعض الجينات بدائية النواة يتم مقاطعتها بواسطة شرائح الحمض النووي التي لا تحمل معلومات البروتين، وبالتالي يتبين أنها أطول بكثير مما تظهره الحسابات البسيطة.

كم عدد الجينات الموجودة على كروموسوم واحد؟

أرز. 15. عرض الكروموسومات في الخلايا بدائية النواة (يسار) وحقيقية النواة. الهستونات هي فئة كبيرة من البروتينات النووية التي تؤدي وظيفتين رئيسيتين: فهي تشارك في تعبئة خيوط الحمض النووي في النواة وفي التنظيم اللاجيني للعمليات النووية مثل النسخ والتكرار والإصلاح.

كما هو معروف، تحتوي الخلايا البكتيرية على كروموسوم على شكل شريط DNA مرتب في بنية مدمجة - النواة. كروموسوم بدائية النواة الإشريكية القولونية، الذي تم فك رموز جينومه بالكامل، هو جزيء DNA دائري (في الواقع، هو ليس دائرة كاملة، بل حلقة بدون بداية أو نهاية)، يتكون من 4,639,675 زوجًا مضبوطًا. يحتوي هذا التسلسل على ما يقرب من 4300 جين بروتين و157 جينًا آخر لجزيئات الحمض النووي الريبي المستقرة. في الجينات البشريةما يقرب من 3.1 مليار زوج قاعدي يتوافق مع ما يقرب من 29000 جينة تقع على 24 كروموسومات مختلفة.

بدائيات النوى (البكتيريا).

بكتيريا بكتريا قولونيةيحتوي على جزيء DNA دائري مزدوج. ويتكون من 4,639,675 نقطة أساس. ويصل طوله إلى حوالي 1.7 ملم، وهو ما يتجاوز طول الخلية نفسها بكتريا قولونيةحوالي 850 مرة. بالإضافة إلى الكروموسوم الدائري الكبير كجزء من النواة، تحتوي العديد من البكتيريا على واحد أو عدة جزيئات DNA دائرية صغيرة تتواجد بحرية في العصارة الخلوية. تسمى هذه العناصر خارج الصبغي البلازميدات(الشكل 16).

تتكون معظم البلازميدات من بضعة آلاف من الأزواج الأساسية فقط، ويحتوي بعضها على أكثر من 10000 زوج قاعدي. وهي تحمل المعلومات الوراثية وتتكاثر لتشكل البلازميدات الابنة، التي تدخل الخلايا الابنة أثناء انقسام الخلية الأم. تم العثور على البلازميدات ليس فقط في البكتيريا، ولكن أيضًا في الخميرة والفطريات الأخرى. في كثير من الحالات، لا تقدم البلازميدات أي فائدة للخلايا المضيفة ويكون غرضها الوحيد هو التكاثر بشكل مستقل. ومع ذلك، فإن بعض البلازميدات تحمل جينات مفيدة للمضيف. على سبيل المثال، يمكن للجينات الموجودة في البلازميدات أن تجعل الخلايا البكتيرية مقاومة للعوامل المضادة للبكتيريا. توفر البلازميدات التي تحمل جين β-lactamase مقاومة للمضادات الحيوية β-lactam مثل البنسلين والأموكسيسيلين. يمكن أن تنتقل البلازميدات من الخلايا المقاومة للمضادات الحيوية إلى خلايا أخرى من نفس البكتيريا أو من نوع مختلف من البكتيريا، مما يتسبب في أن تصبح تلك الخلايا مقاومة أيضًا. يعد الاستخدام المكثف للمضادات الحيوية عاملاً انتقائيًا قويًا يعزز انتشار البلازميدات التي تشفر مقاومة المضادات الحيوية (وكذلك الترانسبوزونات التي تشفر جينات مماثلة) بين البكتيريا المسببة للأمراض، مما يؤدي إلى ظهور سلالات بكتيرية مقاومة للمضادات الحيوية المتعددة. بدأ الأطباء يدركون مخاطر الاستخدام الواسع النطاق للمضادات الحيوية، ولا يصفونها إلا في حالات الحاجة الملحة. ولأسباب مماثلة، فإن الاستخدام الواسع النطاق للمضادات الحيوية لعلاج حيوانات المزرعة محدود.

أنظر أيضا: رافين إن.في.، شيستاكوف إس.في. جينوم بدائيات النوى // مجلة فافيلوف لعلم الوراثة والتربية، 2013. ت 17. رقم 4/2. ص 972-984.

حقيقيات النواة.

الجدول 2. الحمض النووي والجينات والكروموسومات لبعض الكائنات الحية

	الحمض النووي المشترك ص.	عدد الكروموسومات*	العدد التقريبي للجينات
الإشريكية القولونية(بكتيريا)	4 639 675		4 435
خميرة الخمر(خميرة)	12 080 000	16**	5 860
أنواع معينة انيقة(الديدان الخيطية)	90 269 800	12***	23 000
نبات الأرابيدوبسيس thaliana(نبات)	119 186 200		33 000
ذبابة الفاكهة سوداء البطن(ذبابة الفاكهة)	120 367 260		20 000
أرز أسيوي(أرز)	480 000 000		57 000
عضلة المصحف(الفأر)	2 634 266 500		27 000
الإنسان العاقل(بشر)	3 070 128 600		29 000

ملحوظة.يتم تحديث المعلومات باستمرار. للحصول على مزيد من المعلومات المحدثة، ارجع إلى مواقع مشاريع الجينوم الفردية

* بالنسبة لجميع حقيقيات النوى، باستثناء الخميرة، يتم إعطاء مجموعة الكروموسومات الثنائية. ثنائي الصبغيةعدة الكروموسومات (من الصبغيات اليونانية - double و eidos - الأنواع) - مجموعة مزدوجة من الكروموسومات (2n)، كل منها لديه متماثل.
** مجموعة فردية. تحتوي سلالات الخميرة البرية عادةً على ثماني مجموعات (ثمانية الصيغة الصبغية) أو أكثر من هذه الكروموسومات.
***للإناث التي لديها كروموسومان X. لدى الذكور كروموسوم X، ولكن لا يوجد لديهم كروموسوم Y، أي 11 كروموسوم فقط.

الخميرة، وهي واحدة من أصغر الكائنات حقيقية النواة، تحتوي على حمض نووي أكبر بـ 2.6 مرة من الحمض النووي الموجود في الخميرة بكتريا قولونية(الجدول 2). خلايا ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة، وهو موضوع كلاسيكي للبحث الجيني، يحتوي على 35 مرة أكثر من الحمض النووي، وتحتوي الخلايا البشرية على ما يقرب من 700 مرة أكثر من الحمض النووي بكتريا قولونية.تحتوي العديد من النباتات والبرمائيات على المزيد من الحمض النووي. يتم تنظيم المادة الوراثية للخلايا حقيقية النواة على شكل كروموسومات. مجموعة ثنائية الكروموسومات (2 ن) يعتمد على نوع الكائن الحي (الجدول 2).

على سبيل المثال، تحتوي الخلية الجسدية البشرية على 46 كروموسومًا ( أرز. 17). كل كروموسوم في الخلية حقيقية النواة، كما هو موضح في الشكل. 17, أ، يحتوي على جزيء DNA مزدوج الجديلة كبير جدًا. يختلف طول أربعة وعشرون كروموسومًا بشريًا (22 كروموسومًا مزدوجًا واثنين من الكروموسومات الجنسية X وY) بأكثر من 25 مرة. يحتوي كل كروموسوم حقيقي النواة على مجموعة محددة من الجينات.

أرز. 17. كروموسومات حقيقيات النوى.أ- زوج من الكروماتيدات الشقيقة المرتبطة والمكثفة من الكروموسوم البشري. في هذا الشكل، تبقى الكروموسومات حقيقية النواة بعد التضاعف وفي الطور الاستوائي أثناء الانقسام. ب- مجموعة كاملة من الكروموسومات من كريات الدم البيضاء لأحد مؤلفي الكتاب. تحتوي كل خلية جسدية بشرية طبيعية على 46 كروموسومًا.

إذا قمت بربط جزيئات الحمض النووي للجينوم البشري (22 كروموسومًا وكروموسومات X وY أو X وX)، فستحصل على تسلسل يبلغ طوله حوالي متر واحد. ملحوظة: في جميع الثدييات والكائنات الذكورية الأخرى غير المتجانسة، تمتلك الإناث كروموسومين X (XX) ولدى الذكور كروموسوم X واحد وكروموسوم Y واحد (XY).

معظم الخلايا البشرية، وبالتالي يبلغ طول الحمض النووي الإجمالي لهذه الخلايا حوالي 2 متر. لدى الإنسان البالغ ما يقرب من 10 14 خلية، وبالتالي فإن الطول الإجمالي لجميع جزيئات الحمض النووي هو 2・10 11 كم. للمقارنة، محيط الأرض هو 4・10 4 كم، والمسافة من الأرض إلى الشمس هي 1.5・10 8 كم. هذه هي الطريقة المدهشة لتراكم الحمض النووي في خلايانا!

توجد في الخلايا حقيقية النواة عضيات أخرى تحتوي على الحمض النووي - الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. تم طرح العديد من الفرضيات فيما يتعلق بأصل الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. وجهة النظر المقبولة عمومًا اليوم هي أنها تمثل أساسيات كروموسومات البكتيريا القديمة، التي اخترقت سيتوبلازم الخلايا المضيفة وأصبحت سلائف هذه العضيات. يقوم الحمض النووي للميتوكوندريا بتشفير الحمض الريبي النووي النقال والميتوكوندريا والرنا الريباسي، بالإضافة إلى العديد من بروتينات الميتوكوندريا. يتم تشفير أكثر من 95% من بروتينات الميتوكوندريا بواسطة الحمض النووي النووي.

هيكل الجينات

دعونا نفكر في بنية الجين في بدائيات النوى وحقيقيات النوى وأوجه التشابه والاختلاف بينهما. على الرغم من أن الجين هو جزء من الحمض النووي الذي يشفر بروتينًا واحدًا فقط أو RNA واحدًا، إلا أنه بالإضافة إلى جزء الترميز الفوري، فإنه يتضمن أيضًا عناصر تنظيمية وعناصر هيكلية أخرى لها هياكل مختلفة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

تسلسل الترميز- الوحدة الهيكلية والوظيفية الرئيسية للجين، حيث توجد ثلاثة توائم من ترميز النيوكليوتيداتتسلسل الأحماض الأمينية. يبدأ بكود البداية وينتهي بكود الإيقاف.

قبل وبعد تسلسل الترميز هناك تسلسلات 5' و 3' غير مترجمة. إنهم يؤدون وظائف تنظيمية ومساعدة، على سبيل المثال، ضمان هبوط الريبوسوم على مرنا.

تشكل التسلسلات غير المترجمة والمشفرة وحدة النسخ - القسم المكتوب من الحمض النووي، أي قسم الحمض النووي الذي يحدث منه تخليق الرنا المرسال.

المنهي- جزء غير منسوخ من الحمض النووي في نهاية الجين حيث يتوقف تخليق الحمض النووي الريبي.

في بداية الجين هو المنطقة التنظيمية، الذي يتضمن المروجينو المشغل أو العامل.

المروجين- التسلسل الذي يرتبط به البوليميراز أثناء بدء النسخ. المشغل أو العامل- هذه منطقة يمكن للبروتينات الخاصة أن ترتبط بها - القامعين، والتي يمكن أن تقلل من نشاط تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) من هذا الجين - وبعبارة أخرى، تقليله تعبير.

هيكل الجينات في بدائيات النوى

لا يختلف المخطط العام لبنية الجينات في بدائيات النوى وحقيقيات النوى - فكلاهما يحتوي على منطقة تنظيمية مع محفز ومشغل، ووحدة نسخ ذات تسلسلات ترميزية وغير مترجمة، وفاصل. ومع ذلك، فإن تنظيم الجينات في بدائيات النوى وحقيقيات النوى يختلف.

أرز. 18. مخطط بنية الجينات في بدائيات النوى (البكتيريا) -يتم تكبير الصورة

في بداية ونهاية المشغل توجد مناطق تنظيمية مشتركة للعديد من الجينات الهيكلية. من المنطقة المكتوبة للأوبرون، تتم قراءة جزيء mRNA واحد، والذي يحتوي على عدة تسلسلات ترميز، لكل منها كود البداية والتوقف الخاص به. من كل من هذه المناطق معيتم تصنيع بروتين واحد. هكذا، يتم تصنيع العديد من جزيئات البروتين من جزيء mRNA واحد.

تتميز بدائيات النوى بدمج عدة جينات في وحدة وظيفية واحدة - أوبرا. يمكن تنظيم عمل الأوبون بواسطة جينات أخرى، والتي يمكن أن تكون بعيدة بشكل ملحوظ عن الأوبون نفسه - المنظمين. ويسمى البروتين المترجم من هذا الجين كاظمة. إنه يرتبط بمشغل الأوبون، وينظم التعبير عن جميع الجينات الموجودة فيه في وقت واحد.

تتميز بدائيات النوى أيضًا بهذه الظاهرة واجهات النسخ والترجمة.

أرز. 19 ظاهرة اقتران النسخ والترجمة في بدائيات النوى - يتم تكبير الصورة

لا يحدث مثل هذا الاقتران في حقيقيات النوى بسبب وجود غلاف نووي يفصل السيتوبلازم، حيث تتم الترجمة، عن المادة الوراثية التي يحدث عليها النسخ. في بدائيات النوى، أثناء تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب الحمض النووي (DNA)، يمكن للريبوسوم أن يرتبط فورًا بجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) المركب. وهكذا، تبدأ الترجمة حتى قبل اكتمال النسخ. علاوة على ذلك، يمكن للعديد من الريبوسومات الارتباط في وقت واحد بجزيء واحد من الحمض النووي الريبي (RNA)، مما يؤدي إلى تصنيع عدة جزيئات من بروتين واحد في وقت واحد.

بنية الجينات في حقيقيات النوى

إن الجينات والكروموسومات في حقيقيات النوى منظمة بشكل معقد للغاية

تحتوي العديد من أنواع البكتيريا على كروموسوم واحد فقط، وفي جميع الحالات تقريبًا توجد نسخة واحدة من كل جين على كل كروموسوم. تم العثور على عدد قليل فقط من الجينات، مثل جينات الرنا الريباسي (rRNA)، في نسخ متعددة. تشكل الجينات والتسلسلات التنظيمية الجينوم بدائيات النواة بأكمله تقريبًا. علاوة على ذلك، فإن كل جين تقريبًا يتوافق بشكل صارم مع تسلسل الأحماض الأمينية (أو تسلسل الحمض النووي الريبي) الذي يشفره (الشكل 14).

يعد التنظيم الهيكلي والوظيفي للجينات حقيقية النواة أكثر تعقيدًا. جلبت دراسة الكروموسومات حقيقية النواة، ولاحقًا تسلسل الجينوم الكامل لحقيقيات النواة، العديد من المفاجآت. تتمتع العديد من الجينات حقيقية النواة، إن لم يكن معظمها، بميزة مثيرة للاهتمام: تحتوي تسلسلات النيوكليوتيدات الخاصة بها على واحد أو أكثر من أقسام الحمض النووي التي لا تشفر تسلسل الأحماض الأمينية لمنتج البولي ببتيد. تؤدي مثل هذه الإدخالات غير المترجمة إلى تعطيل المراسلات المباشرة بين تسلسل النيوكليوتيدات للجين وتسلسل الأحماض الأمينية للبولي ببتيد المشفر. تسمى هذه الأجزاء غير المترجمة داخل الجينات الإنترونات، أو مدمج تسلسلات، وقطاعات الترميز هي الإكسونات. في بدائيات النوى، عدد قليل فقط من الجينات يحتوي على الإنترونات.

لذلك، في حقيقيات النوى، لا يحدث عمليًا دمج الجينات في مشغلات، وغالبًا ما يتم تقسيم تسلسل ترميز الجين حقيقي النواة إلى أقسام مترجمة - الإكسوناتوالأقسام غير المترجمة - الإنترونات.

في معظم الحالات، لم يتم تحديد وظيفة الإنترونات. وبشكل عام، فإن حوالي 1.5% فقط من الحمض النووي البشري يتم "تشفيره"، أي أنه يحمل معلومات حول البروتينات أو الحمض النووي الريبي (RNA). ومع ذلك، مع الأخذ في الاعتبار الإنترونات الكبيرة، اتضح أن الحمض النووي البشري يتكون من 30٪ جينات. ونظرًا لأن الجينات تشكل نسبة صغيرة نسبيًا من الجينوم البشري، فإن جزءًا كبيرًا من الحمض النووي يظل مجهول المصير.

أرز. 16. مخطط بنية الجينات في حقيقيات النوى - يتم تكبير الصورة

من كل جين، يتم تصنيع الحمض النووي الريبوزي غير الناضج أو ما قبل الحمض النووي الريبي (RNA) أولاً، والذي يحتوي على كل من الإنترونات والإكسونات.

بعد ذلك، تتم عملية الربط، ونتيجة لذلك يتم استئصال المناطق الإنترونية، ويتم تشكيل mRNA الناضج، والذي يمكن من خلاله تصنيع البروتين.

أرز. 20. عملية الربط البديلة - يتم تكبير الصورة

يتيح تنظيم الجينات هذا، على سبيل المثال، إمكانية تصنيع أشكال مختلفة من البروتين من جين واحد، وذلك نظرًا لحقيقة أنه أثناء ربط الإكسونات يمكن تجميعها معًا في تسلسلات مختلفة.

أرز. 21. الاختلافات في بنية جينات بدائيات النوى وحقيقيات النوى - يتم تكبير الصورة

الطفرات والطفرات

طفرهيسمى التغيير المستمر في النمط الجيني، أي تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات.

تسمى العملية التي تؤدي إلى الطفرات الطفرات، والجسم الجميعالتي تحمل خلاياها نفس الطفرة - متحولة.

نظرية الطفرةتمت صياغته لأول مرة بواسطة هوغو دي فريس في عام 1903. وتتضمن نسخته الحديثة الأحكام التالية:

1. تحدث الطفرات فجأة وبشكل متقطع.

2. تنتقل الطفرات من جيل إلى جيل.

3. يمكن أن تكون الطفرات مفيدة أو ضارة أو محايدة أو سائدة أو متنحية.

4. يعتمد احتمال اكتشاف الطفرات على عدد الأفراد الذين تمت دراستهم.

5. يمكن أن تحدث طفرات مماثلة بشكل متكرر.

6. الطفرات غير موجهة.

يمكن أن تحدث الطفرات تحت تأثير العوامل المختلفة. هناك طفرات تنشأ تحت تأثير مطفرة التأثيرات: الفيزيائية (على سبيل المثال، الأشعة فوق البنفسجية أو الإشعاع)، والكيميائية (على سبيل المثال، الكولشيسين أو أنواع الأكسجين التفاعلية) والبيولوجية (على سبيل المثال، الفيروسات). ويمكن أيضا أن يكون سبب الطفرات أخطاء النسخ.

اعتمادا على الظروف التي تظهر فيها الطفرات، يتم تقسيم الطفرات إلى تلقائي- أي الطفرات التي نشأت في الظروف العادية، و الناجم عن- أي الطفرات التي نشأت في ظل ظروف خاصة.

يمكن أن تحدث الطفرات ليس فقط في الحمض النووي النووي، ولكن أيضًا، على سبيل المثال، في الحمض النووي للميتوكوندريا أو البلاستيد. وبناء على ذلك يمكننا التمييز النوويةو السيتوبلازميةالطفرات.

ونتيجة للطفرات، يمكن أن تظهر أليلات جديدة في كثير من الأحيان. إذا قام أليل متحول بقمع عمل أليل طبيعي، يتم استدعاء الطفرة مسيطر. إذا قام أليل طبيعي بقمع أليل متحول، تسمى هذه الطفرة الصفة الوراثية النادرة. معظم الطفرات التي تؤدي إلى ظهور أليلات جديدة تكون متنحية.

تتميز الطفرات بالتأثير التكيفمما يؤدي إلى زيادة قدرة الجسم على التكيف مع البيئة ، حياديوالتي لا تؤثر على البقاء، ضار، مما يقلل من قدرة الكائنات الحية على التكيف مع الظروف البيئية و قاتلةمما يؤدي إلى موت الكائن الحي في المراحل الأولى من النمو.

وفقا للعواقب، تؤدي الطفرات إلى فقدان وظيفة البروتين، الطفرات المؤدية إلى ظهور البروتين لديه وظيفة جديدة، وكذلك الطفرات التي تغيير جرعة الجينات، وبالتالي جرعة البروتين المصنعة منه.

يمكن أن تحدث طفرة في أي خلية من خلايا الجسم. إذا حدثت طفرة في الخلية الجرثومية تسمى جرثومي(جرثومية أو توليدية). ومثل هذه الطفرات لا تظهر في الكائن الحي الذي ظهرت فيه، ولكنها تؤدي إلى ظهور طفرات في النسل وتكون موروثة، لذا فهي مهمة لعلم الوراثة والتطور. وإذا حدثت طفرة في أي خلية أخرى تسمى جسدي. يمكن لمثل هذه الطفرة أن تظهر نفسها بدرجة أو بأخرى في الكائن الحي الذي نشأت فيه، على سبيل المثال، مما يؤدي إلى تكوين أورام سرطانية. ومع ذلك، فإن مثل هذه الطفرة ليست موروثة ولا تؤثر على الأحفاد.

يمكن أن تؤثر الطفرات على مناطق الجينوم بأحجام مختلفة. تسليط الضوء الوراثية, الكروموسوماتو الجينوميةالطفرات.

الطفرات الجينية

تسمى الطفرات التي تحدث على نطاق أصغر من جين واحد الوراثية، أو نقطة (نقطة). تؤدي مثل هذه الطفرات إلى تغيرات في واحد أو عدة نيوكليوتيدات في التسلسل. بين الطفرات الجينية هناكالبدائلمما يؤدي إلى استبدال نيوكليوتيد بآخر،عمليات الحذفمما يؤدي إلى فقدان أحد النيوكليوتيدات،الإدراجمما يؤدي إلى إضافة نيوكليوتيدات إضافية إلى التسلسل.

أرز. 23. الطفرات الجينية (النقطة).

حسب آلية العمل على البروتين تنقسم الطفرات الجينية إلى:مرادفوالتي (نتيجة انحطاط الشفرة الوراثية) لا تؤدي إلى تغيير في تركيبة الأحماض الأمينية لمنتج البروتين،الطفرات الضائعة، والتي تؤدي إلى استبدال حمض أميني بآخر ويمكن أن تؤثر على بنية البروتين المركب، على الرغم من أنها في كثير من الأحيان غير ذات أهمية،طفرات هراءمما يؤدي إلى استبدال كود التشفير بكود الإيقاف،الطفرات المؤدية إلى اضطراب الربط:

أرز. 24. أنماط الطفرة

أيضا، وفقا لآلية العمل على البروتين، يتم تمييز الطفرات التي تؤدي إلى تحول الإطار قراءةمثل عمليات الإدراج والحذف. مثل هذه الطفرات، مثل الطفرات الهراء، على الرغم من أنها تحدث عند نقطة واحدة في الجين، إلا أنها غالبًا ما تؤثر على بنية البروتين بأكملها، مما قد يؤدي إلى تغيير كامل في بنيته.

أرز. 29. الكروموسوم قبل وبعد التضاعف

الطفرات الجينومية

أخيراً، الطفرات الجينوميةتؤثر على الجينوم بأكمله، أي يتغير عدد الكروموسومات. هناك polyploidies - زيادة في الصيغة الصبغية للخلية، واختلال الصيغة الصبغية، أي تغيير في عدد الكروموسومات، على سبيل المثال، التثلث الصبغي (وجود متجانس إضافي على أحد الكروموسومات) والأحادية (غياب متماثل على الكروموسوم).

فيديو عن الحمض النووي

تكرار الحمض النووي، ترميز الحمض النووي الريبي، تخليق البروتين

استمرار. انظر أرقام 11، 12، 13، 14، 15/2005

دروس علم الأحياء في دروس العلوم

التخطيط المتقدم الصف العاشر

3. ربط النيوكليوتيدات في سلسلة

ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض أثناء تفاعل التكثيف. في هذه الحالة، تنشأ رابطة إستر بين ذرة الكربون 3 بوصة من بقايا السكر لأحد النيوكليوتيدات وبقايا حمض الفوسفوريك من آخر. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل سلاسل بولي نيوكليوتيد غير متفرعة. أحد طرفي سلسلة متعدد النيوكليوتيدات (يسمى 5" النهاية) تنتهي بجزيء حمض الفوسفوريك المرتبط بذرة الكربون 5 بوصة، والآخر (يسمى النهاية 3 بوصة) هو أيون الهيدروجين المرتبط بذرة الكربون 3 بوصة. تشكل سلسلة من النيوكليوتيدات المتعاقبة البنية الأساسية للحمض النووي .

وبالتالي، فإن الهيكل العظمي لسلسلة متعدد النوكليوتيدات هو الكربوهيدرات والفوسفات، لأن ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض عن طريق تكوين روابط تساهمية (جسور فوسفوديستر)، حيث تشكل مجموعة الفوسفات جسراً بين ذرة C3 لجزيء سكر واحد وذرة C5 للجزيء التالي. تقلل الروابط التساهمية القوية بين النيوكليوتيدات من خطر "تكسير" الأحماض النووية.

إذا كان متعدد النوكليوتيدات المتكون من أربعة أنواع من النيوكليوتيدات يحتوي على 1000 وحدة، فإن عدد المتغيرات المحتملة لتكوينه هو 41000 (هذا رقم به 6 آلاف صفر). لذلك، أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات يمكن أن توفر مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأحماض النووية والمعلومات التي تحتوي عليها.

4. تكوين جزيء الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل

في عام 1950، حصل الفيزيائي الإنجليزي موريس ويلكنز على نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي. وأظهرت أن جزيء الحمض النووي له بنية معينة، وفك تشفيرها من شأنه أن يساعد على فهم آلية عمله. سمحت صور الأشعة السينية التي تم الحصول عليها من الحمض النووي عالي النقاء لروزاليند فرانكلين برؤية نمط واضح على شكل صليب - العلامة المميزة للحلزون المزدوج. أصبح من المعروف أن النيوكليوتيدات تقع على مسافة 0.34 نانومتر عن بعضها البعض، ويوجد 10 منها في كل دورة من الحلزون.

يبلغ قطر جزيء DNA حوالي 2 نانومتر. ومع ذلك، من خلال بيانات الأشعة السينية، لم يكن من الواضح كيف تم ربط السلسلتين معًا.

أصبحت الصورة واضحة تمامًا في عام 1953، عندما توصل عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي جيمس واتسون والفيزيائي الإنجليزي فرانسيس كريك، بعد دراسة مجمل البيانات المعروفة حول بنية الحمض النووي، إلى استنتاج مفاده أن العمود الفقري لفوسفات السكر يقع على محيط الحمض النووي. جزيء DNA، وقواعد البيورين والبيريميدين في الوسط.

أثبت د.واتسون وإف.كريك أن سلسلتين من الحمض النووي متعدد النوكليوتيدات ملتويتان حول بعضهما البعض وحول محور مشترك. سلاسل الحمض النووي (DNA) متضادة التوازي (متعددة الاتجاهات)، أي: مقابل النهاية "3" لسلسلة واحدة يوجد الطرف الآخر "5" (تخيل ثعبانين ملتويين في شكل حلزوني - رأس أحدهما إلى ذيل الآخر). عادة ما يتم ملتوية دوامة إلى اليمين، ولكن هناك حالات لتشكيل دوامة أعسر.

5. قواعد شارجاف. جوهر مبدأ التكامل

حتى قبل اكتشاف واتسون وكريك، في عام 1950، أثبت عالم الكيمياء الحيوية الأسترالي إدوين تشارجاف أن في الحمض النووي لأي كائن حي، عدد نيوكليوتيدات الأدينيل يساوي عدد نيوكليوتيدات الثيميديل، وعدد نيوكليوتيدات الجوانيل يساوي عدد نيوكليوتيدات السيتوسيل (A=T، G=C)، أو العدد الإجمالي للنيوكليوتيدات. القواعد النيتروجينية البيورين تساوي إجمالي عدد قواعد البيريميدين النيتروجينية (A+G=C+T). تسمى هذه الأنماط "قواعد شارجاف".

والحقيقة هي أنه عندما يتم تشكيل الحلزون المزدوج، يتم تثبيت قاعدة الثايمين النيتروجينية دائمًا مقابل القاعدة النيتروجينية الأدينين في سلسلة واحدة، ويتم تثبيت السيتوزين مقابل الجوانين، أي أن سلاسل الحمض النووي تبدو مكملة لبعضها البعض. وهذه النيوكليوتيدات المقترنة مكمللبعضهم البعض (من اللات. تكملة- إضافة). لقد واجهنا بالفعل عدة مرات مظهر التكامل (المركز النشط للإنزيم وجزيء الركيزة مكملان لبعضهما البعض؛ والمستضد والجسم المضاد مكملان لبعضهما البعض).

لماذا يتم اتباع هذا المبدأ؟ للإجابة على هذا السؤال، علينا أن نتذكر الطبيعة الكيميائية للقواعد النيتروجينية الحلقية غير المتجانسة. ينتمي الأدينين والجوانين إلى البيورينات، والسيتوزين والثايمين ينتميان إلى البيريميدين، أي أنه لا تنشأ روابط بين القواعد النيتروجينية من نفس الطبيعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن القواعد التكميلية تتوافق مع بعضها البعض هندسيا، أي. في الحجم والشكل.

هكذا، تكامل النوكليوتيدات هو المراسلات الكيميائية والهندسية لهياكل جزيئاتها مع بعضها البعض.

تحتوي القواعد النيتروجينية على ذرات أكسجين ونيتروجين عالية السالبية الكهربية، والتي تحمل شحنة سالبة جزئية، وكذلك ذرات الهيدروجين، التي تحمل شحنة موجبة جزئية. بسبب هذه الشحنات الجزئية، تنشأ روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية للتسلسلات المضادة المتوازية لجزيء الحمض النووي.

تكوين روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية التكميلية

هناك نوعان من الروابط الهيدروجينية بين الأدينين والثايمين (A=T)، وثلاث روابط هيدروجينية (G=C) بين الجوانين والسيتوزين. يضمن هذا الارتباط بين النيوكليوتيدات، أولاً، تكوين الحد الأقصى لعدد الروابط الهيدروجينية، وثانيًا، المسافة بين السلاسل هي نفسها على طول الحلزون بالكامل.

ويترتب على كل ما سبق أنه بمعرفة تسلسل النيوكليوتيدات في حلزون واحد، يمكنك معرفة ترتيب النيوكليوتيدات في الحلزون الآخر.

يشكل الشريط التكميلي المزدوج البنية الثانوية للحمض النووي. الشكل الحلزوني للحمض النووي هو تركيبه الثالث.

ثالثا. توحيد المعرفة

محادثة عامة أثناء تعلم مواد جديدة؛ حل المشاكل.

المهمة 1. تمت دراسة مقطع من إحدى سلاسل جزيء الحمض النووي في المختبر. وتبين أنها تتكون من 20 مونومرا مرتبة بالتسلسل التالي: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
ماذا يمكن أن يقال عن بنية القسم المقابل من السلسلة الثانية من نفس جزيء الحمض النووي؟

مع العلم أن سلاسل جزيء الحمض النووي مكملة لبعضها البعض، فإننا نحدد تسلسل النيوكليوتيدات للسلسلة الثانية من نفس جزيء الحمض النووي: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T.

المهمة 2. على جزء من شريط DNA واحد، توجد النيوكليوتيدات بالتسلسل: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...

1. ارسم مخططًا لبنية الشريط الثاني لجزيء الحمض النووي هذا.
2. ما هو الطول بالنانو متر لجزء الحمض النووي هذا إذا كان أحد النيوكليوتيدات يشغل حوالي 0.34 نانومتر؟
3. ما عدد النيوكليوتيدات (%) الموجودة في هذا الجزء من جزيء الحمض النووي؟

1. نكمل الشريط الثاني من هذا الجزء من جزيء الحمض النووي باستخدام قاعدة التكامل: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. حدد طول جزء الحمض النووي هذا: 12x0.34 = 4.08 نانومتر.
3. احسب النسبة المئوية للنيوكليوتيدات في جزء الحمض النووي هذا.

24 نيوكليوتيدات – 100%
8أ – س%، وبالتالي س=33.3%(أ);
لأن وفقا لقاعدة تشارجاف A=T، والتي تعني محتوى T=33.3%؛
24 نيوكليوتيدات – 100%
4G – x%، وبالتالي x=16.7%(G);
لأن وفقًا لقاعدة تشارجاف G=C، والتي تعني محتوى C=16.6%.

الجواب: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A؛ 4.08 نانومتر؛ أ=ت=33.3%; ز=ج=16.7%

المشكلة 3. ما هو تكوين شريط الحمض النووي الثاني إذا كان الأول يحتوي على 18٪ جوانين و 30٪ أدنين و 20٪ ثيمين؟

1. مع العلم أن سلاسل جزيء DNA مكملة لبعضها البعض، فإننا نحدد محتوى النيوكليوتيدات (بالنسبة المئوية) في السلسلة الثانية:

لأن في السلسلة الأولى G = 18%، أي في السلسلة الثانية C = 18%؛
لأن في السلسلة الأولى A=30%، أي في السلسلة الثانية T=30%؛
لأن في السلسلة الأولى T=20%، أي في السلسلة الثانية A=20%؛

2. تحديد محتوى السيتوزين في السلسلة الأولى (٪).

تحديد نسبة السيتوزين في الشريط الأول من الحمض النووي: 100% – 68% = 32% (C)؛

إذا كانت في السلسلة الأولى C = 32%، ففي السلسلة الثانية G = 32%.

الجواب: ج = 18%؛ تي = 30%؛ أ = 20%؛ ز=32%

المشكلة 4. يوجد في جزيء الحمض النووي 23٪ من نيوكليوتيدات الأدينيل من إجمالي عدد النيوكليوتيدات. تحديد عدد نيوكليوتيدات الثيميديل والسيتوسيل.

1. باستخدام قاعدة شارجاف، نجد محتوى نيوكليوتيدات الثيميديل في جزيء DNA معين: A=T=23%.
2. أوجد مجموع (%) محتوى نيوكليوتيدات الأدينيل والثيميديل في جزيء DNA معين: 23% + 23% = 46%.
3. أوجد مجموع (%) محتوى نيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل في جزيء DNA معين: 100% – 46% = 54%.
4. وفقًا لقاعدة شارجاف، في جزيء الحمض النووي G = C، يمثلون إجماليًا 54%، وبشكل فردي: 54% : 2 = 27%.

الجواب: T = 23%؛ ج=27%

المشكلة 5. بالنظر إلى جزيء DNA ذو الوزن الجزيئي النسبي 69 ألفًا، منها 8625 نيوكليوتيدات أدينيل. يبلغ الوزن الجزيئي النسبي لنيوكليوتيد واحد في المتوسط ​​345. ما عدد النيوكليوتيدات الفردية الموجودة في هذا الحمض النووي؟ ما هو طول جزيئه؟

1. حدد عدد نيوكليوتيدات الأدينيل الموجودة في جزيء DNA معين: 8625: 345 = 25.
2. وفقا لقاعدة تشارجاف، A = G، أي. في جزيء DNA معين A=T=25.
3. حدد مقدار الوزن الجزيئي الإجمالي لهذا الحمض النووي الذي تمثله حصة نيوكليوتيدات الجوانيل: 69,000 – (8625x2) = 51,750.
4. حدد العدد الإجمالي لنيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل في هذا الحمض النووي: 51,750:345=150.
5. حدد محتوى نيوكليوتيدات الجوانيل والسيتوسيل بشكل منفصل: 150:2 = 75؛
6. حدد طول جزيء DNA هذا: (25 + 75) × 0.34 = 34 نانومتر.

الجواب: أ=ت=25؛ ز = ج = 75؛ 34 نانومتر.

المشكلة 6. وفقا لبعض العلماء، يبلغ الطول الإجمالي لجميع جزيئات الحمض النووي في نواة خلية جرثومية بشرية واحدة حوالي 102 سم، ما عدد أزواج النوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي لخلية واحدة (1 نانومتر = 10-6 مم)؟

1. تحويل السنتيمترات إلى المليمترات والنانومتر: 102 سم = 1020 مم = 1,020,000,000 نانومتر.
2. بمعرفة طول النيوكليوتيد الواحد (0.34 نانومتر)، نحدد عدد أزواج النيوكليوتيدات الموجودة في جزيئات الحمض النووي للأمشاج البشرية: (102×107): 0.34 = 3×109 أزواج.

الجواب: 3x109 أزواج.

رابعا. العمل في المنزل

دراسة فقرة الكتاب المدرسي والملاحظات التي تم تدوينها في الفصل (المحتوى، الوزن الجزيئي للأحماض النووية، بنية النيوكليوتيدات، قاعدة شارجاف، مبدأ التكامل، تكوين جزيء الحمض النووي المزدوج)، وحل المسائل بعد نص الفقرة.

الدرس 16-17. فئات RNAs الخلوية ووظائفها. الاختلافات بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي. تكرار الحمض النووي. تخليق مرنا

المعدات: جداول في علم الأحياء العام؛ مخطط هيكل النوكليوتيدات. نموذج هيكل الحمض النووي. رسوم بيانية ورسومات توضح بنية الحمض النووي الريبوزي (RNA) وعمليات النسخ والنسخ.

أولا: اختبار المعرفة

العمل مع البطاقات

البطاقة 1. وضح الاختلافات الأساسية في بنية جزيء الحمض النووي عن جزيئات البوليمرات الحيوية الأخرى (البروتينات والكربوهيدرات).

البطاقة 2. ما هي القدرة المعلوماتية الضخمة للحمض النووي؟ على سبيل المثال، يحتوي الحمض النووي للثدييات على 4-6 مليار بت من المعلومات، وهو ما يتوافق مع مكتبة تضم 1.5-2 ألف مجلد. كيف تنعكس هذه الوظيفة في الهيكل؟

البطاقة 3. عند تسخينها، يتم تغيير طبيعة الحمض النووي، مثل البروتينات. في رأيك، ماذا يحدث للحلزون المزدوج؟

البطاقة 4. املأ الفراغات في النص: "خيطا جزيء الحمض النووي يواجهان بعضهما البعض... . السلاسل متصلة...، ومقابل النيوكليوتيد الذي يحتوي على الأدينين يوجد دائمًا نيوكليوتيد يحتوي على...، ومقابل نيوكليوتيد يحتوي على السيتوزين - يحتوي على.... وهذا المبدأ يسمى مبدأ... . ترتيب الترتيب... في الجزيء... لكل كائن حي... يحدد التسلسل... في... . وهكذا فإن الحمض النووي هو... . ويتمركز الحمض النووي بشكل رئيسي في... الخلايا في حقيقيات النوى وفي... الخلايا في بدائيات النوى."

اختبار المعرفة الشفهية على الأسئلة

1. الأحماض النووية ومحتواها من المادة الحية ووزنها الجزيئي.
2. NC – البوليمرات غير الدورية. هيكل النوكليوتيدات، أنواع النيوكليوتيدات.
3. ربط النيوكليوتيدات في السلسلة.
4. تكوين جزيء الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل.
5. قواعد شارجاف. جوهر مبدأ التكامل.

التحقق من صحة حلول المسائل الواردة في الكتاب المدرسي.

ثانيا. تعلم مواد جديدة

1. الحمض النووي الريبي وأهميته

تشكل البروتينات أساس الحياة. وظائفهم في الخلية متنوعة للغاية. ومع ذلك، فإن السناجب "لا تستطيع" التكاثر. وجميع المعلومات حول بنية البروتينات موجودة في الجينات (DNA).

في الكائنات العليا، يتم تصنيع البروتينات في سيتوبلازم الخلية، ويتم إخفاء الحمض النووي خلف غلاف النواة. لذلك، لا يمكن للحمض النووي أن يعمل بشكل مباشر كقالب لتخليق البروتين. يتم تنفيذ هذا الدور بواسطة حمض نووي آخر - RNA.

جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) عبارة عن بولي نيوكليوتيد غير متفرع ذو بنية ثلاثية. وتتكون من سلسلة واحدة متعددة النوكليوتيدات، وعلى الرغم من أن النيوكليوتيدات المكملة الداخلة في تركيبها قادرة أيضًا على تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض، إلا أن هذه الروابط تنشأ بين النيوكليوتيدات من نفس السلسلة. سلاسل الحمض النووي الريبي (RNA) أقصر بكثير من سلاسل الحمض النووي (DNA). في حين أن محتوى الحمض النووي في الخلية ثابت نسبيا، فإن محتوى الحمض النووي الريبي يتقلب بشكل كبير. يتم ملاحظة أكبر كمية من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلايا أثناء تخليق البروتين.

يلعب الحمض النووي الريبي (RNA) دورًا رئيسيًا في نقل وتنفيذ المعلومات الوراثية. وفقا لوظيفتها وخصائصها الهيكلية، يتم تمييز عدة فئات من الحمض النووي الريبي الخلوي.

2. فئات الرناوات الخلوية ووظائفها

هناك ثلاث فئات رئيسية من الحمض النووي الريبي الخلوي.

1. المعلومات (mRNA)، أو المصفوفة (mRNA).جزيئاتها هي الأكثر تنوعًا في الحجم والوزن الجزيئي (من 0.05 × 10 6 إلى 4 × 10 6) والثبات. أنها تشكل حوالي 2٪ من إجمالي كمية الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية. جميع mRNAs هي حاملة للمعلومات الوراثية من النواة إلى السيتوبلازم، إلى موقع تخليق البروتين. وهي بمثابة مصفوفة (رسم عمل) لتخليق جزيء البروتين، لأنها تحدد تسلسل الأحماض الأمينية (البنية الأولية) لجزيء البروتين.

2. الريبوسوم RNA (الرنا الريباسي).أنها تشكل 80-85٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية. يتكون الحمض النووي الريبوزي الريباسي من 3-5 آلاف نيوكليوتيدات. يتم تصنيعه في نواة النواة. في المجمع مع بروتينات الريبوسوم، يشكل الرنا الريباسي الريبوسومات - العضيات التي يتم تجميع جزيئات البروتين عليها. تكمن الأهمية الرئيسية للـ rRNA في أنه يضمن الارتباط الأولي لـ mRNA والريبوسوم ويشكل المركز النشط للريبوسوم، حيث يحدث تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية أثناء تخليق سلسلة البولي ببتيد.

3. نقل الحمض النووي الريبي(ت الحمض النووي الريبي). تحتوي جزيئات الحمض الريبي النووي النقال عادة على 75-86 نيوكليوتيدات. يبلغ الوزن الجزيئي لجزيئات الحمض الريبي النووي النقال حوالي 25 ألفًا، وتلعب جزيئات الحمض الريبي النووي النقال دور الوسطاء في التخليق الحيوي للبروتين - حيث تقوم بتوصيل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين، أي إلى الريبوسومات. تحتوي الخلية على أكثر من 30 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA). كل نوع من الحمض الريبي النووي النقال لديه تسلسل نيوكليوتيدات فريد. ومع ذلك، تحتوي جميع الجزيئات على عدة مناطق تكميلية داخل الجزيئات، نظرًا لوجود جميع جزيئات الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) لها بنية ثلاثية تشبه ورقة البرسيم في الشكل.

3. الاختلافات بين جزيئات DNA و RNA

يقوم الطلاب بملء الجدول ومن ثم التحقق منه.

علامات المقارنة
الموقع في القفص	النواة، الميتوكوندريا، البلاستيدات الخضراء	النواة والريبوسومات والمريكزات والسيتوبلازم والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء
هيكل الجزيء	بوليمر خطي مزدوج غير متفرع، ملفوف في شكل حلزوني	سلسلة بولي نيوكليوتيد واحدة
المونومرات	ديوكسيريبونوكليوتيدات	ريبونوكليوتيدات
تكوين النوكليوتيدات	البيورين (الأدينين، الجوانين) والبيريميدين (الثايمين، السيتوزين) قواعد نيتروجينية؛ ديوكسيريبوز (C5) ؛ بقايا حمض الفوسفوريك	البيورين (الأدينين، الجوانين) والبيريميدين (اليوراسيل، السيتوزين) قواعد نيتروجينية؛ الريبوز (C5)؛ بقايا حمض الفوسفوريك
	حارس المعلومات الوراثية	وسيط في بيع المعلومات الوراثية

4. تكرار الحمض النووي

إحدى الخصائص الفريدة لجزيء الحمض النووي هي قدرته على التضاعف الذاتي، أي إعادة إنتاج نسخ دقيقة من الجزيء الأصلي. بفضل هذا، يتم نقل المعلومات الوراثية من الخلية الأم إلى الخلايا الابنة أثناء الانقسام. تسمى عملية التضاعف الذاتي لجزيء DNA النسخ (التكرار).

النسخ المتماثل هو عملية معقدة تنطوي على الإنزيمات (بوليميرات الحمض النووي).لكي يحدث التضاعف، يجب أولا أن يكون الحلزون المزدوج للحمض النووي غير منسوج. ويتم ذلك أيضًا بواسطة إنزيمات خاصة - طائرات الهليكوبتر، كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد. لكن المناطق المتفككة حساسة للغاية للعوامل الضارة. ولضمان بقائها في حالة غير محمية لأقل وقت ممكن، يتم تصنيع كلتا السلسلتين في وقت واحد.

ولكن في الحمض النووي الأم، يكون شريطا الحلزون المزدوج متضادين - مقابل الطرف 3' لأحد الشريطين يوجد الطرف 5' للآخر، ويمكن لإنزيم بوليميراز الحمض النووي أن "يتحرك" في اتجاه واحد فقط - من الاتجاه 3 'نهاية إلى 5' نهاية حبلا القالب. ولذلك، فإن تكرار نصف الجزيء الأصلي، بدءًا من النيوكليوتيدات 3'، يتم تشغيله بعد تفكك الحلزون المزدوج ويعتقد أنه يستمر بشكل مستمر. يبدأ تضاعف النصف الثاني من الجزيء بعد فترة قصيرة وليس من البداية (حيث يوجد النوكليوتيدات 5، مما يمنع التفاعل)، ولكن على مسافة ما منه. في هذه الحالة، يتحرك بوليميراز الحمض النووي في الاتجاه المعاكس، مكونًا جزءًا قصيرًا نسبيًا. الهيكل الذي يظهر في هذه اللحظة يسمى شوكة النسخ. عندما يتفكك الحلزون المزدوج، تتحرك شوكة النسخ - في الشريط الثاني، يبدأ تركيب القسم التالي، ويتحرك نحو بداية الجزء السابق، الذي تم تصنيعه بالفعل. ثم هذه الأجزاء الفردية في سلسلة المصفوفة الثانية (تسمى شظايا أوكازاكي) يتم تجميعها معًا بواسطة إنزيم DNA ligase في سلسلة واحدة.

رسم تخطيطي لهيكل شوكة تكرار الحمض النووي

أثناء النسخ المتماثل، لا يتم استهلاك طاقة جزيئات ATP، لأنه لتخليق سلاسل الابنة أثناء النسخ المتماثل، لا يتم استخدام ديوكسيريبونوكليوتيدات (تحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك)، ولكن ديوكسيريبونوكليوسيد ثلاثي الفوسفات(تحتوي على ثلاثة بقايا حمض الفوسفوريك). عندما يتم دمج ثلاثي فوسفات الديوكسيريبونوكليوسيد في سلسلة بولي نيوكليوتيد، يتم فصل الفوسفات الطرفيين، ويتم استخدام الطاقة المتحررة لتشكيل رابطة إستر بين النيوكليوتيدات.

نتيجة للنسخ المتماثل، يتم تشكيل حلزونين مزدوجين "ابنة"، كل منهما يحتفظ (يحافظ) على أحد نصفي الحمض النووي "الأم" الأصلي دون تغيير. يتم تصنيع السلاسل الثانية من الجزيئات "الابنة" من النيوكليوتيدات من جديد. هذا حصل على الاسم شبه محافظة للحمض النووي.

5. تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية

تسمى قراءة RNA من قالب DNA النسخ(من اللات. نسخة– إعادة الكتابة). يتم تنفيذه بواسطة إنزيم خاص - بوليميريز RNA. تم العثور على ثلاثة بوليميرات مختلفة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الخلايا حقيقية النواة، وتقوم بتصنيع فئات مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA).

يعد النسخ أيضًا مثالًا على تفاعل تركيب القالب. تشبه سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) إلى حد كبير سلسلة الحمض النووي (DNA): فهي تتكون أيضًا من النيوكليوتيدات (الريبونوكليوتيدات، التي تشبه إلى حد كبير النيوكليوتيدات منقوص الأكسجين). تتم قراءة الحمض النووي الريبي (RNA) من قسم الحمض النووي الذي تم تشفيره فيه، وفقًا لمبدأ التكامل: يصبح اليوراسيل RNA عكس الأدينين في الحمض النووي، والسيتوزين مقابل الجوانين، والأدينين مقابل الثايمين، والجوانين مقابل السيتوزين.

داخل جين معين، هناك شريط واحد فقط من شريطي DNA المكملين يعمل كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA). تسمى هذه الدائرة بدائرة العمل.

وفقا للاتفاقيات المقبولة، يتم تصوير بداية الجين في المخططات على اليسار. في هذه الحالة، فإن الشريط غير العامل (غير المشفر) لجزيء الحمض النووي سيكون له الطرف الأيسر، في حين أن الشريط العامل (المشفر) سيكون له الطرف المعاكس. المروجين(تسلسل محدد من نيوكليوتيدات الحمض النووي "يتعرف عليه" الإنزيم بسبب الألفة الكيميائية والذي يقع عند الطرف "3" من القسم المقابل من شريط قالب الحمض النووي). فقط من خلال الانضمام إلى المروج يكون بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) قادرًا على بدء تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) من ثلاثي فوسفات الريبونوكليوسيد الحر الموجود في الخلية، وتوجد الطاقة اللازمة لتخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA) في روابط الطاقة الكلية للريبونوكليوسيد ثلاثي الفوسفات.

ثالثا. توحيد المعرفة

تلخيص المحادثة أثناء تعلم مواد جديدة. حل المشكلة.

مهمة. يتكون جزيء الحمض النووي من سلسلتين - السلسلة الرئيسية التي يتم تصنيع الرنا المرسال فيها، والسلسلة التكميلية. اكتب ترتيب النيوكليوتيدات في الرنا المرسال المصنّع إذا كان ترتيب النيوكليوتيدات في شريط الحمض النووي الرئيسي (العامل) كما يلي: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

باستخدام مبدأ التكامل، نحدد ترتيب ترتيب النيوكليوتيدات في الرنا المرسال المُصنّع على طول شريط الحمض النووي العامل: G-C-G-A-C-U-A-U-C.

الجواب: G-C-G-A-C-U-A-U-C

رابعا. العمل في المنزل

دراسة فقرة الكتاب المدرسي (RNA، فئاته ووظائفه الرئيسية، الاختلافات بين DNA وRNA، التضاعف والنسخ).

الدرس 18. تعميم المعرفة حول موضوع "DNA و RNA"

المعدات: جداول في علم الأحياء العام، رسم تخطيطي لبنية النوكليوتيدات، نموذج لبنية الحمض النووي، رسوم بيانية ورسومات توضح بنية الحمض النووي الريبي (RNA)، وعمليات النسخ والنسخ.

أولا: اختبار المعرفة

اختبار شفهي للمعرفة على الأسئلة.

1. الحمض النووي الريبي (RNA) وأهميته في الخلية.
2. فئات الحمض النووي الريبي الخلوي ووظائفها ( ثلاثة طلاب).
3. الاستنساخ وآليته وأهميته.
4. النسخ وآليته وأهميته.

الإملاء البيولوجي "مقارنة الحمض النووي والحمض النووي الريبي"

يقرأ المعلم الملخصات تحت الأرقام، ويكتب الطلاب في دفاتر ملاحظاتهم أرقام تلك الملخصات التي تتوافق مع محتوى نسختهم.

الخيار 1 – الحمض النووي؛ الخيار 2 - الحمض النووي الريبي.

1. جزيء ذو سلسلة واحدة.
2. جزيء مزدوج الجديلة.
3. يحتوي على الأدينين، اليوراسيل، الجوانين، السيتوزين.
4. يحتوي على الأدينين، الثايمين، الجوانين، السيتوزين.
5. النيوكليوتيدات تحتوي على الريبوز.
6. النيوكليوتيدات تحتوي على ديوكسيريبوز.
7. الواردة في النواة، البلاستيدات الخضراء، الميتوكوندريا، المريكز، الريبوسومات، السيتوبلازم.
8. تحتوي على البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا في النواة.
9. يشارك في تخزين واستنساخ ونقل المعلومات الوراثية.
10. يشارك في نقل المعلومات الوراثية.

الخيار 1 – 2؛ 4؛ 6؛ 8؛ 9؛

الخيار 2 – 1؛ 3؛ 5؛ 7؛ 10.

حل المشاكل

المهمة 1. أظهر التحليل الكيميائي أن 28٪ من العدد الإجمالي للنيوكليوتيدات في هذا الرنا المرسال هي الأدينين، و 6٪ جوانين، و 40٪ يوراسيل. ما هو تكوين النوكليوتيدات الذي يجب أن يكون للقسم المقابل من الحمض النووي المزدوج الشريط، والذي يتم "إعادة كتابة" المعلومات منه بواسطة هذا الرنا المرسال؟

1. مع العلم أن سلسلة جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) وسلسلة عمل جزيء الحمض النووي (DNA) مكملان لبعضهما البعض، فإننا نحدد محتوى النيوكليوتيدات (في المائة) في سلسلة الحمض النووي العاملة:

في سلسلة mRNA G = 6%، مما يعني في سلسلة DNA العاملة C = 6%؛

في سلسلة mRNA A = 28%، مما يعني في سلسلة DNA العاملة T = 28%؛

في سلسلة mRNA Y = 40%، مما يعني في سلسلة DNA العاملة A = 40%؛

2. تحديد محتوى السيتوزين في سلسلة mRNA (بالنسبة المئوية).

تحديد نسبة السيتوزين في سلسلة مرنا: 100% – 74% = 26% (C)؛

إذا كان في سلسلة mRNA C = 26%، ففي سلسلة DNA العاملة G = 26%.

الجواب: ج = 6%؛ تي = 28%؛ أ = 40%؛ ز=26%

المهمة 2. على جزء من شريط DNA واحد، توجد النيوكليوتيدات بالتسلسل: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. ارسم مخططًا لتركيب جزيء DNA مزدوج الشريط. ما هو طول جزء الحمض النووي هذا؟ ما عدد النيوكليوتيدات (%) الموجودة في سلسلة الحمض النووي هذه؟

1. وفقا لمبدأ التكامل، فإنه يبني الشريط الثاني من جزيء DNA معين: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. بمعرفة طول نيوكليوتيد واحد (0.34 نانومتر)، نحدد طول جزء الحمض النووي هذا (في الحمض النووي، طول سلسلة واحدة يساوي طول الجزيء بأكمله): 13 × 0.34 = 4.42 نانومتر.

3. احسب النسبة المئوية للنيوكليوتيدات في سلسلة DNA معينة:

13 نيوكليوتيدات – 100%
5 أ – س%، س=38% (أ).
2 ز – س%، س=15.5% (ز).
4 تي – س%، س=31% (تي).
2 ج – س%، س=15.5% (ج).

الجواب: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A؛ 4.42 نانومتر؛ أ = 38؛ تي = 31%؛ ز = 15.5%؛ ج = 15.5%.

القيام بأعمال مستقلة

الخيار 1

1. فيما يلي أجزاء من سلسلة واحدة من جزيء الحمض النووي: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. حدد محتوى (٪) كل نوع من النيوكليوتيدات وطول هذا الجزء من جزيء الحمض النووي.

2. هل يوجد 880 نيوكليوتيدات جوانيل في جزيء الحمض النووي، والتي تشكل 22% من إجمالي عدد النيوكليوتيدات في هذا الحمض النووي؟ حدد عدد النيوكليوتيدات الأخرى (بشكل فردي) الموجودة في جزيء الحمض النووي هذا. ما هو طول هذا الحمض النووي؟

الخيار 2

1. فيما يلي أجزاء من سلسلة واحدة من جزيء الحمض النووي: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. حدد محتوى (٪) كل نوع من النيوكليوتيدات وطول هذا الجزء من جزيء الحمض النووي.

2. تم العثور على 250 نيوكليوتيدات ثيميديل في جزيء الحمض النووي، والتي تشكل 22.5% من إجمالي عدد النيوكليوتيدات في هذا الحمض النووي. حدد عدد النيوكليوتيدات الأخرى (بشكل فردي) الموجودة في جزيء الحمض النووي هذا. ما هو طول هذا الحمض النووي؟

رابعا. العمل في المنزل

قم بمراجعة المادة حول الفئات الرئيسية للمواد العضوية الموجودة في المادة الحية.

يتبع

المحاضرة رقم 2. تكرار الحمض النووي

وفقًا لفرضية J. Watson وF. Crick، فإن كل شريط من خيوط الحلزون المزدوج للحمض النووي يعمل كقالب لتكرار الخيوط الابنة التكميلية. في هذه الحالة، يتم تشكيل جزيئين من الحمض النووي المزدوج الجديلة، متطابقين مع الجزيء الأصلي، ويحتوي كل من هذه الجزيئات على شريط واحد غير متغير من الحمض النووي الأصلي. تم تأكيد آلية تكرار الحمض النووي هذه، والتي تسمى شبه المحافظة، في التجارب التي أجريت على خلايا الإشريكية القولونية في عام 1957 بواسطة M. Mezelson وF. Stahl. طريقة النسخ المحافظة، حيث يجب أن يحتوي الحمض النووي الابن على كلا الشريطين الأصليين، ويجب أن يتكون الثاني من شريطين تم تصنيعهما حديثًا، وآلية النسخ المتناثر، حيث يتكون كل شريط DNA الابنة من أجزاء من الحمض النووي الأصلي والحمض النووي المشكل حديثًا، تم استبعادها (الشكل 1، الشريحة 1) .

DIV_ADBLOCK489">

3. العملية متناظرة: كلا الشريطين من الحمض النووي الأبوي يعملان كقوالب؛ ويمكن أن يطلق عليه أيضًا اسم شبه المحافظ؛

4. يحدث استطالة سلسلة الحمض النووي (أو شظيتها الفردية) دائمًا في الاتجاه من النهاية 5 إلى النهاية 3. وهذا يعني أنه يتم إضافة نيوكليوتيد جديد آخر إلى الطرف 3' من السلسلة المتنامية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الخيوط التكميلية في أي جزيء DNA تكون عكسية، فإن السلسلة النامية تكون عكسية لشريط القالب. وبالتالي، تتم قراءة الأخير في الاتجاه 3'→5' (الشريحتان 2 و3).

5. شريط DNA غير متزاوج، والذي يعمل كقالب، وشريط البذور الذي تضاف إليه نيوكليوتيدات جديدة؛

تتم عملية النسخ بواسطة مجمع إنزيمي معقد. أثناء تكرار الحمض النووي في حقيقيات النوى، لا يعمل عدد كبير من هذه المجمعات على كل كروموسوم. الذي - التي. هناك العديد من أصول تكرار الحمض النووي على الكروموسوم. ولا يحدث مضاعفة الحمض النووي بالتتابع من طرف إلى آخر، ولكن في وقت واحد في العديد من الأماكن في وقت واحد، مما يقلل بشكل كبير من مدة العملية (الشريحة 5). ينتشر النسخ المتماثل في كلا الاتجاهين من كل أصل النسخ المتماثل، ويتم تشكيل شوكات النسخ المتماثل. يظهر "انتفاخ" أو "عين" يتوسع تدريجيًا بين الشوكات - وهي بالفعل أجزاء متكررة من الحمض النووي. تندمج "الانتفاخات" المجاورة في النهاية ويتضاعف الحمض النووي.

يعمل مجمع الإنزيم بطريقة تجعل إحدى السلسلتين التي يتم تصنيعها تنمو بشكل أسرع إلى حد ما من السلسلة الأخرى. وبناء على ذلك، تسمى السلسلة الأولى الرائدة، والثانية - متخلفة. تتكون السلسلة الرائدة من مجمع الإنزيمات كجزء مستمر وطويل جدًا. يبلغ طولها (على سبيل المثال، بالنسبة للحيوانات المنوية) 1600000 نيوكليوتيدات، وتتشكل السلسلة المتأخرة على شكل سلسلة من الأجزاء القصيرة - حوالي 1500 نيوكليوتيدات لكل منها. هذا هو ما يسمى شظايا أوكازاكي.

يسبق تكوين كل جزء من الحمض النووي تخليق تسلسل قصير (من 10 إلى 15 نيوكليوتيدات) من RNA التمهيدي. والحقيقة هي أن بوليميريز الحمض النووي (الإنزيم الرئيسي لتخليق الحمض النووي) لا يمكنه بدء العملية "من الصفر"، أي في حالة عدم وجود تسلسل قليل النوكليوتيد. لكن إنزيم تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA بوليميراز) لديه هذه القدرة؛ ويبدأ هذا الإنزيم في تكوين كل جزء جديد من الحمض النووي.

الإنزيمات والبروتينات المشاركة في تخليق الحمض النووي: بوليميراز الحمض النووي، التوبويزوميراز (الجيراز)، الهليكازات والأربطة، بريماز، بروتينات إس إس بي. ويسمى المجمع بأكمله، الذي يتكون من أكثر من 20 إنزيمًا وعاملًا متكاثرًا، بنظام نسخ الحمض النووي، أو الريبليسوم.

إن بوليميرات الحمض النووي المعتمدة على الحمض النووي هي إنزيمات رئيسية في عملية النسخ التي تستخدم مبدأ التكامل لتنمية سلاسل البولينوكليوتيدات. تحتوي بدائيات النوى على ثلاثة بوليميرات DNA: Pol I وPol II وPol III. يشارك Pol I وPol III في تكرار الحمض النووي. يحتوي بوليميريز الحمض النووي I على نشاط بوليميريز و(3'→5'، 5'→3') - نوكلياز خارجي، ويشارك في إزالة التمهيدي، وملء الفجوة المتكونة في موقع التمهيدي، وتصحيح الأخطاء أثناء النسخ المتماثل، وكذلك إصلاح الحمض النووي. يوجد حوالي 400 جزيء من هذا الإنزيم في خلايا الإشريكية القولونية. يقوم Pol III بإصلاح تخليق الحمض النووي.

الإنزيم الرئيسي الذي يحفز التخليق الحيوي للحمض النووي المتشكل حديثًا في بدائيات النوى هو بوليميريز الحمض النووي III (Pol III). يحتوي على بوليميراز ونشاط نوكلياز خارجي 3'→5'؛ يقوم بتجميع خيوط الحمض النووي الرائدة والمتخلفة وله وظيفة التدقيق اللغوي. تحتوي الخلية على 10-20 جزيء Pol III، ولديها تقارب متزايد للمصفوفة وتضمن كفاءة نسخ عالية.

التنشيط" href="/text/category/aktivatciya/" rel="bookmark">تنشيط بوليميراز الحمض النووي.

السؤال الذي يطرح نفسه: لماذا يحتاج DNA بوليميريز III إلى نوعين من النشاط: البلمرة و 3 ← 5 ™ نوكلياز خارجي؟ والحقيقة هي أن دقة النسخ أثناء تكرار الحمض النووي عالية جدًا - فهناك خطأ واحد تقريبًا لكل مليار زوج أساسي. ومع ذلك، في الحمض النووي الطبيعي، تظهر أشكال توتومرية نادرة لجميع القواعد الأربع لفترة وجيزة. تشكل هذه الأشكال أزواجًا غير منتظمة. على سبيل المثال، الشكل التوتوميري من السيتوزين يقترن بالأدينين بدلاً من الجوانين، مما يؤدي إلى طفرة (شريحة). وهذا يعني أن دقة النسخ المتماثل العالية يتم تحديدها من خلال آلية تقوم بالتصحيح، أي إزالة مثل هذه الأخطاء. هذا هو المكان الذي يلعب فيه نشاط نوكلياز 3 ← 5 ™ لبوليميريز الحمض النووي III. بعد أن يتلامس مع جزيء الحمض النووي الذي يحتوي على السيتوزين غير المقترن بالأدينين، يقوم بوليميريز الحمض النووي III بفصل أي نيوكليوتيدات غير متزاوجة (عن طريق التحلل المائي).

هناك أدلة على أن بوليميريز الحمض النووي III يحفز التوليف المزدوج لخيوط الحمض النووي الرائدة (الرائدة) والمتأخرة أثناء التكاثر. تتطلب بوليميرات الحمض النووي مادة تمهيدية لأنها يمكنها فقط إضافة نيوكليوتيدات الديوكسي ريبونوكليوتيدات إلى مجموعة 3'-OH. يوجد بادئ واحد على الشريط المتقدم، وأكثر من واحد على الشريط المتأخر. يقوم بوليميريز الحمض النووي الموجود على الشريط المتخلف بتصنيع جزء قصير في 4 ثوانٍ، ثم ينتقل إلى تصنيع جزء آخر (تالي) على جزء من شريط القالب الموجود على مسافة ما من الشريحة الأولى (الشريحة).

لكل جزء قصير، يتطلب بوليميراز الحمض النووي مادة تمهيدية بنهاية مقترنة 3 سنت. يتم تصنيع البادئات بواسطة إنزيم DNA primase، الذي يشكل بادئات RNA قصيرة (بادئات) من ثلاثي فوسفات الريبونوكليوسيد، والتي تتكون في حقيقيات النوى من حوالي 10 نيوكليوتيدات (شريحة). يتم تصنيع البادئات على فترات زمنية معينة على قالب الشريط المتأخر، ثم يتم توسيعها بواسطة بوليميراز الحمض النووي، وفي كل مرة تبدأ قطعة أوكازاكي جديدة. يستمر جزيء بوليميراز الحمض النووي في النمو حتى يصل إلى المادة التمهيدية. ولضمان استمرارية سلسلة الحمض النووي من العديد من هذه الأجزاء، يأتي دور نظام إصلاح الحمض النووي، الذي يزيل بادئة الحمض النووي الريبي (RNA) ويستبدلها بالحمض النووي. تكتمل العملية بواسطة رابط يربط الطرف 3 سنت للجزء الجديد مع الطرف 5 سنت للجزء السابق.

يجب أن يتفكك الشريط المزدوج من الحمض النووي مع تقدم شوكة النسخ بحيث يمكن لثلاثي فوسفات الديوكسيريبونوكليوسيد الوارد أن يقترن بشريط القالب الأصلي. ومع ذلك، في ظل الظروف العادية يكون الحلزون المزدوج للحمض النووي مستقرًا؛ ترتبط أزواج القواعد بإحكام شديد بحيث أن فصل شريطي الحمض النووي في أنبوب اختبار يتطلب درجات حرارة تقترب من نقطة غليان الماء (90 درجة مئوية). لكي ينفتح الحلزون المزدوج، يلزم وجود نوعين من البروتينات: المروحيات وبروتينات SSB.

البروتينات التي تعد الحمض النووي الأبوي للنسخ المتماثل

أ) أصول التضاعف على جزيء DNA لها تسلسل محدد من القواعد الغنية بأزواج A-T.

تبدأ العملية بربط عدة جزيئات من بروتينات التعرف الخاصة بكل تسلسل من هذا القبيل. في حالة البكتيريا، تسمى هذه البروتينات DnaA (باعتبارها البروتينات الأولى التي تبدأ التكاثر). (لذلك، في الشكل، يُشار إلى البروتين المُتعرف عليه بالحرف A.)

يمكن للمرء أن يتخيل الأسباب المختلفة التي تجعل تفاعل بروتينات التعرف مع أصول النسخ أمرًا ممكنًا. ومن هذه الأسباب:

- ظهور بروتينات التعرف في النواة أو تعديلها المحدد؛

- تحرير أصول النسخ المتماثل من عناصر حظر معينة؛

- ظهور بعض العوامل الثالثة الضرورية للتفاعل المعني في النواة؛ إلخ.

البيانات المتوفرة تدعم الخيار الأول. لكن على أية حال، فمن الواضح أن هنا أحد الروابط الرئيسية التي تتحكم في بداية النسخ.

من الواضح أن بروتينات التعرف، بعد أن ضمنت ربط مجمع تكرار الحمض النووي، لا تتحرك أكثر على طول الحمض النووي معه.

ب) أحد "الرواد" هو إنزيم الهليكاز (المشار إليه بالحرف G في الشكل). إنه يضمن تفكيك الحلزون المزدوج للحمض النووي الأبوي في منطقة شوكة النسخ: يتم فصل الأخير إلى أقسام مفردة.

وهذا يتطلب طاقة التحلل المائي ATP - جزيئين ATP لفصل زوج واحد من النيوكليوتيدات.

على ما يبدو، في الوقت نفسه، يتم تهجير هذا القسم من الحمض النووي أيضًا من ارتباطه بالهستونات وبروتينات الكروموسومات الأخرى.

ج) ومع ذلك، فإن تفكيك اللولب في منطقة معينة يؤدي إلى إنشاء ملف فائق أمام هذه المنطقة.

والحقيقة هي أن كل جزيء DNA مثبت في عدد من الأماكن على المصفوفة النووية. لذلك، لا يمكن أن تدور بحرية عندما يتفكك جزء منها. يؤدي هذا إلى اللف الفائق، ومعه تكوين التوتر الهيكلي الذي يمنع المزيد من تفكيك الحلزون المزدوج.

تم حل المشكلة بمساعدة إنزيمات التوبويزوميراز (أنا في الشكل). من الواضح أنها تعمل على منطقة من الحمض النووي لم يتم فك تشابكها بعد، أي حيث يحدث اللف الفائق. توبويزوميرازالمشاركة في عملية تفكيك الحلزون المزدوج في شوكة النسخ. تعمل هذه الإنزيمات على تغيير درجة اللف الفائق وتؤدي إلى تكوين "مفصلة"، مما يخلق الظروف الملائمة للحركة المستمرة لشوكة النسخ. تم التعرف على نوعين من التوبويزوميراز: النوع الأول من التوبويزوميراز يقطع أحد شريطي الحمض النووي، مما يسمح للجزء الطرفي من الحلزون المزدوج بالدوران حول الشريط السليم، ثم إعادة توحيد طرفي الشريط المقطوع. يقدم النوع الثاني من التوبويزوميرات فواصل مؤقتة في كلا الشريطين المكملين، ويغير درجة اللف الفائق، ثم يربط الأطراف المكسورة. تساعد إنزيمات التوبويزوميراز على تفكيك الحمض النووي من أجل النسخ المتماثل. يوجد أيضًا توبويسوميراز II (يسمى توبويزوميراز البكتيري جيراز). يكسر هذا الإنزيم شريط الحمض النووي على الفور، وينقل الأطراف المقابلة لنفسه مرة أخرى. وهذا يجعل من الممكن حل مشكلة اللفائف الفائقة أثناء تفكيك الحمض النووي بشكل أكثر فعالية.

يكسر التوبويزوميراز I أحد خيوط الحمض النووي، وينقل نهايته القريبة إلى نفسه (الشكل 1). وهذا يسمح للجزء البعيد من الحمض النووي (من موقع الفك إلى موقع الانكسار) بالدوران حول الرابطة المقابلة للسلسلة بأكملها، مما يمنع تكوين لفائف فائقة. بعد ذلك، يتم إغلاق أطراف السلسلة المكسورة مرة أخرى: يتم نقل أحدها من الإنزيم إلى الطرف الآخر. لذا فإن عملية كسر السلسلة بواسطة التوبويزوميراز يمكن عكسها بسهولة.

طائرات الهليكوبتر(من اللات. الحلزون- الحلزون والبروتين الحمض النووي ب), تنفيذ التكوين والتقدم على طول حلزون الحمض النووي لشوكة النسخ - وهو قسم من الجزيء به سلاسل غير ملتوية. تستخدم هذه الإنزيمات الطاقة الصادرة عن التحلل المائي ATP لتفكيك السلاسل. تعمل طائرات الهليكوبتر بالتزامن مع ssb- بروتينات ترتبط بالمناطق المفردة من الجزيء وبالتالي تعمل على تثبيت الازدواج غير الملتوي.

د) لذلك، "بدعم" من التوبويزوميراز، يقوم إنزيم الهليكاز محليًا بفك الحلزون المزدوج للحمض النووي إلى شريطين منفصلين.

ترتبط بروتينات SSB الخاصة على الفور بكل من هذه الخيوط. هذا الأخير لديه تقارب متزايد لمناطق الحمض النووي المفرد الذين تقطعت بهم السبل ويعمل على استقرارها في هذه الحالة.

ملحوظة: هذه البروتينات تختلف عن الهستونات، التي ترتبط في المقام الأول بمناطق الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل.

إنزيمات البلمرة

أ) يعمل بروتين خاص كمنشط أولي (AP في الشكل). بعد ذلك، يقوم الأولي (P)، باستخدام القسم المقابل من الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل كقالب، بتجميع التمهيدي القصير للحمض النووي الريبي (RNA).

ب) بعد ذلك، يأتي دور بوليمرات الحمض النووي. هناك 5 بوليميرات DNA مختلفة معروفة في حقيقيات النوى. من بينها، تشارك بوليميراز β و ε في إصلاح الحمض النووي، وتشارك بوليميراز γ في تكرار الحمض النووي للميتوكوندريا، وبوليميراز α و δ في تكرار الحمض النووي النووي.

علاوة على ذلك، وفقًا لبعض الافتراضات، يرتبط بوليميراز ألفا بكل من بريميز وبوليميراز δ، والأخير بدوره يرتبط ببروتين PCNA (P في الشكل).

يعمل هذا البروتين بمثابة "مشابك الغسيل" التي تربط مركب البوليميراز بشريط الحمض النووي المتضاعف. يُعتقد أنه في الحالة "المثبتة" ، مثل الحلقة ، يشبك خيط الحمض النووي (الشكل). وهذا يمنع التفكك المبكر للبوليميرات من هذه السلسلة.

من الواضح أن بوليمرات الحمض النووي تنفذ الدمج المتسلسل للنوكليوتيدات منزوعة الأكسجين في سلسلة الحمض النووي قيد الإنشاء - المكملة لنيوكليوتيدات السلسلة الأصلية.

ولكن بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن هذه الإنزيمات لديها عدد من الأنشطة المهمة الأخرى. ومع ذلك، بالنسبة لبوليميرات الحمض النووي حقيقية النواة، فإن توزيع هذه الأنشطة ليس واضحًا تمامًا بعد. ولذلك، فإننا نقدم معلومات بشأن الإنزيمات البكتيرية مماثلة.

في البكتيريا، يتم تنفيذ "العمل" الرئيسي لتكرار الحمض النووي بواسطة بوليميراز الحمض النووي III، الذي يحتوي على بنية باهتة. وبهذا يرتبط "المشبك" من نوع البروتين PCNA.

لذا، بالإضافة إلى نشاط بوليميراز الحمض النووي، فإن بوليميريز الحمض النووي III لديه نشاط آخر - 3"→5"-نوكلياز خارجي. يتم تشغيل هذا الأخير في الحالات التي يحدث فيها خطأ ويتم تضمين النوكليوتيدات "الخاطئة" في السلسلة التي يتم بناؤها. بعد ذلك، بعد التعرف على الخلل في الاقتران الأساسي، يقوم الإنزيم بفصل آخر نيوكليوتيد من الطرف المتنامي (3"-)، وبعد ذلك يبدأ مرة أخرى في العمل كبوليميراز DNA.

وبالتالي، يقوم النظام بمراقبة نتائج أنشطته باستمرار.

ج) كما نعلم، تتشكل سلاسل الحمض النووي الجديدة لأول مرة على شكل شظايا - قصيرة نسبيًا (شظايا أوكازاكي) وطويلة جدًا. وكل واحد منهم يبدأ بـ RNA التمهيدي.

عندما يصل مركب الإنزيم الذي يتحرك على طول الشريط الأبوي إلى بذرة الحمض النووي الريبي (RNA) للجزء السابق، ينفتح "المشبك" الذي يربط بوليميريز الحمض النووي III بشريط الحمض النووي الأبوي، ويتوقف هذا الإنزيم عن العمل. يدخل بوليميريز الحمض النووي حيز التنفيذ (ما زلنا نتحدث عن الإنزيمات البكتيرية). وهو يلتصق بنهاية الجزء المتنامي مقاس 3 بوصات (الشكل 1.14). في هذه الحالة، لم يعد الإنزيم لديه اتصال مستقر مع هذا الجزء ومع السلسلة الأصلية، لكنه لا يمتلك حتى نشاطين، بل ثلاثة نشاط.

أولها هو نشاط نوكلياز خارجي "أمامي" أو 5"→3": انقسام متسلسل للنيوكليوتيدات من الطرف 5" من التمهيدي RNA للجزء السابق.

نهاية الجزء "الخاص به" (نشاط بوليميراز الحمض النووي).

وأخيرًا، مثل DNA بوليميريز III، فإنه "لا ينسى" فحص نشاطه وضبطه إذا لزم الأمر - بمساعدة نشاط نوكلياز "خلفي" أو 3"→5" الموجه نحو الجزء الذي يتم تمديده.

يتم استنفاد وظيفة بوليميريز الحمض النووي I عندما تقترب القطعة المتنامية من ديوكسيريبونوكليوتيدات القطعة السابقة.

أما بالنسبة لحقيقيات النوى، فمن الواضح أن التناظر الوظيفي لبوليميراز الحمض النووي البكتيري III عبارة عن مركب من بوليمرات α و δ-DNA؛ علاوة على ذلك، فإن نشاط نوكلياز التصحيحي 3"→5" متأصل في بوليميراز δ-DNA.

يتم أيضًا توزيع وظائف بوليميريز الحمض النووي I أيضًا بين إنزيمين: نشاط نوكلياز 5"→3" (إزالة التمهيدي للحمض النووي الريبي) ربما يتم تنفيذه بواسطة نوكلياز خاص (H في الشكل 1.11)، ونشاط بوليميريز الحمض النووي (ملء " الفجوات") - بوليميريز الحمض النووي β (الذي يشارك أيضًا في الإصلاح).

د) الحديث عن إنزيمات البلمرة، من المستحيل ألا نذكر أصعب المشاكل المرتبطة بها. نحن نتحدث عن تخليق خيط DNA المتأخر: كما نعلم، فإن اتجاه هذا التوليف هو عكس الاتجاه العام لانتشار شوكة النسخ.

هناك فرضيتان على الأقل لتفسير هذا التناقض.

وفقا لأحدهم (الشكل 1.15، أ)، يتوقف مجمع الإنزيم بشكل دوري عن تكوين السلسلة الرائدة، وينتقل إلى السلسلة الأم الثانية ويجمع جزء أوكازاكي التالي من السلسلة المتأخرة. ثم يعود إلى الشريط الأبوي الأول ويستمر في إطالة الشريط الرئيسي للحمض النووي قيد الإنشاء.

وفقا لنسخة أخرى (الشكل 1.15، ب)، يتم تشكيل حلقة على الشريط الثاني من الحمض النووي الأبوي (قالب الشريط المتأخر) أثناء عملية النسخ. لذلك، فإن اتجاه تكوين جزء أوكازاكي في الجزء الداخلي من الحلقة يبدأ بالتزامن مع اتجاه حركة مجمع البوليميراز. بعد ذلك، يمكن للأخير أن يشكل في نفس الوقت تقريبًا كلا من خيوط الحمض النووي في وقت واحد - سواء كانت الخيوط الرائدة أو المتأخرة.

قد يكون هذا مرتبطًا بحقيقة أن بوليميراز الحمض النووي البكتيري III عبارة عن خافتة، بينما في حقيقيات النوى تشكل بوليميراز α و δ-DNA مركبًا واحدًا. ولكن حتى مع وجود مثل هذه الآلية، لا يمكن تشكيل سلسلة متخلفة، كما هو واضح، بشكل مستمر، ولكن فقط في شكل شظايا.

الانزيمات التي تكمل تضاعف الحمض النووي

نتيجة لعمل جميع الإنزيمات السابقة، تتبين أن كل سلسلة مُصنَّعة من اليود تتكون من أجزاء متجاورة بشكل وثيق مع بعضها البعض.

يتم تنفيذ "ربط" الأجزاء المجاورة بواسطة Ligase DNA (L في الشكل 1.11). مثل بوليميراز الحمض النووي، يشكل هذا الإنزيم رابطة بين النوكليوتيدات (فوسفوديستر).

ولكن إذا كان أحد المشاركين في تفاعل البلمرة هو dNTP حر (ديوكسي ريبونوكليوسيد ثلاثي الفوسفات)، ففي تفاعل ليجاز الحمض النووي يكون كلا المشاركين عبارة عن dNMPs طرفية (أحادي فوسفات ديوكسي ريبونوكليوسيد) في الأجزاء "المخيطة".

لهذا السبب، تختلف طاقة التفاعل، ويلزم التحلل المائي المترافق لجزيء ATP.

لاحظ أيضًا أن إنزيم DNA ligase "يربط" فقط تلك الأجزاء المفردة التي تقطعت بها السبل والتي تشكل جزءًا من الحمض النووي المزدوج.

ولكن هذا ليس كل شيء. لن يتم تكرار جزيء الحمض النووي بشكل كامل ما لم تحدث عملية خاصة لتكرار نهاياته، أو المناطق التيلوميرية.

يلعب إنزيم التيلوميراز دورًا رئيسيًا في هذه العملية.

الأوائل. تكرار الحمض النووي يتطلب الاشعال RNA. يتم تصنيع بادئات RNA بواسطة بريميز (الشكل 29.3)، والتي يتم تشفيرها بواسطة جين dnaG.

من الشكل 29.3 يمكن ملاحظة أن الأساس يتكون من ثلاثة مجالات:

■ – المجال الطرفي N (110 أحماض أمينية)، يحتوي على نموذج ربط الحمض النووي - إصبع الزنك؛

■ – المجال الأساسي (المركزي) (322 حمض أميني) يحتوي على المركز التحفيزي؛

■ – المجال الطرفي C (151 حمض أميني) يتفاعل مع dnaB.

تبدأ البادئات المصنعة بواسطة E. coli primase بالتسلسل pppAG عند النهاية 5´ وتتكون من حوالي 10-12 نيوكليوتيدات. تختلف الأوائل في البنية وفي خصوصية العمل.

روابط الحمض النوويتحفيز عمليات إعادة توحيد أجزاء سلاسل الحمض النووي، والمشاركة في تكوين روابط تساهمية بين مجموعات 5_-P - و3_-OH من النوكليوتيدات منزوعة الأكسجين المجاورة. تستخدم هذه الإنزيمات أيضًا طاقة الروابط عالية الطاقة التي تتشكل أثناء التحلل المائي لـ ATP.

يحدث تكرار الحمض النووي على ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء.

في البكتيريا، يبدأ بدء تكرار الحمض النووي في موقع فريد على الكروموسوم، نقطة النسخ - oriC، والتي يحدث منها النسخ في اتجاهين حتى نقطة النهاية (النهاية). ونتيجة لذلك، يتم تشكيل شوكتين متماثلتين تتحركان في اتجاهين متعاكسين، أي يتم تكرار كلا الخيطين في وقت واحد.

البروتين البادئ الحمض النووي أيرتبط بمواقع الربط المتكررة oriC، وتشكيل بنية البروتين النووي المتخصصة. وهذا يؤدي إلى الاختلاف المحلي للتسلسل الغني بـ AT oriC، والذي يعمل كموقع ربط للطائرات المروحية المتماثلة (دنا ب)والسنجاب الحمض النوويج/

إضافي الحمض النووي بتفعيلها عن طريق الحذف الحمض النوويC، يتحرك مسافة معينة في الاتجاه 5_→3_ ويتفاعل مع الأولية الحمض النوويG. يقوم Primase بتوليف بادئات RNA القصيرة لبوليميراز الحمض النووي الهولوإنزيمي III. في موقع البدء، يتم تشكيل مركب وسيط يتكون من خمسة بروتينات على الأقل. واحد منهم هو البروتين الحمض النووي ب- يمكن أن يتحرك على طول الحمض النووي باستخدام طاقة التحلل المائي ATP، ويعمل أيضًا كإشارة لتنشيط البريميز (الشكل 29.5).

Primase هو أحد مكونات الجسم البدائي، والذي يتكون من عدة وحدات فرعية مختلفة. يتضمن البدائي أيضًا مجموعة معقدة من البروتينات الحمض النووي Вو الحمض النووي، والتي، بالقرب من شوكة النسخ، تشارك بشكل دوري في تكوين بنية الحمض النووي الثانوية المحددة المناسبة للتعرف عليها بواسطة أولية.

ينتهي بدء تكرار الحمض النووي بتكوين شوكة النسخ وتوليف التمهيدي للحمض النووي الريبي (RNA) على شريط الحمض النووي الرئيسي (الشكل 29.5) بسبب تكوين مجمع النسخ (الشكل 29.6).

أثناء عملية الاستطالة، تنمو سلاسل الحمض النووي متعددة النوكليوتيدات. تحتوي كل شوكة تضاعف على جزيئين بوليميريز DNA III على الأقل مرتبطين بالعديد من البروتينات الإضافية. وتشمل الأخيرة توبويزوميراز الحمض النووي (الجيرازات)، التي تعمل على فك الحلزون المزدوج المطوي بإحكام من الحمض النووي، والمروحيات، التي تعمل على فك الحمض النووي المزدوج إلى شريطين.

يتم تكرار الشريط الرئيسي للحمض النووي بشكل مستمر في الاتجاه الذي يتزامن مع حركة شوكة النسخ. تتم قراءة الشريط المتأخر في الاتجاه المعاكس لحركة شوكة النسخ. من المحتمل أن يتم التغلب على عدم توازي خيوط الحمض النووي أثناء التكاثر من خلال تكوين بنية حلقة (الشكل 29.7).

أولاً، يتم تصنيع أجزاء قصيرة من شريط DNA الجديد، أو ما يسمى بأجزاء أوكازاكي، والتي سميت على اسم مكتشفها، على الشريط المتأخر. تبدأ كل قطعة ببذرة RNA قصيرة (تمهيد) ضرورية لعمل بوليميراز الحمض النووي. يكمل بوليميريز الحمض النووي III هذا التمهيدي لجزء من الحمض النووي يبلغ طوله 1000-2000 وحدة ديوكسينوكليوتيد.