يتضمن تكرار DNA فصل خيطي اللولب المزدوج، حيث يعمل كل خيط كقالب يتم من خلاله نسخ الخيط التكميلي الجديد. بعد النسخ المتماثل، يتضمن كل DNA مزدوج الشريطة أحد الوالدين أو ستراند “قديم” وستراند “جديد” . يُعرف هذا باسم النسخ المتماثل شبه المتحفظ. جزيئات DNA الناتجة لها نفس التسلسل وتنقسم بالتساوي إلى خليتين ابنتيتين.
النسخ المتماثل في بدائيات النوى
يستخدم استنساخ DNA عددًا كبيرًا من البروتينات والإنزيمات. يفصل إنزيم هيليكاز شريطين من DNA. عندما يتحرك الهيليكاز على طول DNA، فإنه يفصل بين الخيوط لتشكيل هيكل على شكل Y يُعرف باسم شوكة النسخ المتماثل. بعد ذلك، يضيف إنزيم بريماز امتدادات قصيرة من RNA المعروفة باسم البادئات لبدء تخليق DNA بواسطة بوليميراز DNA، وهو الإنزيم المسؤول عن تخليق DNA. في البكتيريا، تُعرف ثلاثة أنواع رئيسية من بوليميرات DNA: DNA pol I و DNA pol II و DNA pol III. إن DNA pol III هو الإنزيم المطلوب لتخليق DNA؛ مطلوب بشكل أساسي DNA pol I و DNA pol II للإصلاح. يضيف DNA pol III ديوكسي ريبونوكليوتيدات، كل منها مكمل للنيوكليوتيدات الموجودة على شريط القالب، واحداً تلو الآخر إلى المجموعة 3’–OH من سلسلة الحمض النووي المتنامية. يمكن أن يمتد DNA بوليميراز III فقط في اتجاه 5’ إلى 3’. تتطلب إضافة هذه النيوكليوتيدات طاقة. هذه الطاقة موجودة في روابط ثلاث مجموعات فوسفاتية مرتبطة بكل نوكليوتيد، على غرار الطريقة التي يتم بها تخزين الطاقة في روابط فوسفات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). عندما تنكسر الرابطة بين الفوسفات ويتحرر ثنائي الفوسفات، تسمح الطاقة المنبعثة بتكوين رابطة تساهمية فوسفودايستر عن طريق تخليق التجفاف.
الحلزون المزدوج للحمض النووي هو مضاد للتوازي. وهذا هو، حبلاً واحدة باتجاه 5’ إلى 3’ والآخر موجه في 3’ إلى 5’. أثناء النسخ المتماثل، حبلاً واحد، وهو مكمل لـ 3’ إلى 5’ يتم تصنيع حبلا DNA الأبوي بشكل مستمر باتجاه شوكة النسخ المتماثل لأن البوليميراز يمكن أن يضيف نيوكليوتيدات في هذا الاتجاه. يُعرف هذا الخيط المركب باستمرار باسم الخيط الرئيسي. الخيط الآخر ، مكمل لـ 5’ إلى 3’ ينمو DNA الأبوي بعيدًا عن شوكة النسخ المتماثل، لذلك يجب أن يتحرك البوليميراز للخلف نحو شوكة النسخ المتماثل لبدء إضافة القواعد إلى مادة أولية جديدة ، مرة أخرى في الاتجاه بعيدًا عن شوكة النسخ المتماثل. يقوم بذلك حتى يصطدم بالخيط المركب مسبقًا، ثم يعود مرة أخرى. تنتج هذه الخطوات أجزاء صغيرة من تسلسل الحمض النووي المعروفة باسم شظايا أوكازاكي، يفصل كل منها عن طريق أساس RNA. تُعرف الخصلة التي تحتوي على شظايا أوكازاكي بالخيط المتأخر، ويقال أن تركيبها غير مستمر.
بعد التوليف بواسطة DNA بوليميراز III ، تتم إزالة البادئات بواسطة نشاط نوكلياز خارجي لبوليميراز DNA I ، ويتم ملء الفجوات. الشظايا المتبقية بين DNA المركب حديثًا (الذي حل محل RNA التمهيدي) وسابقًا يتم ختم DNA المركب بواسطة إنزيم DNA ليجاز الذي يحفز تكوين رابط تساهمي فوسفوديستر بين نهاية 3’؛ -OH لجزء DNA واحد و 5’؛ طرف الفوسفات للجزء الآخر، مما يؤدي إلى استقرار العمود الفقري للسكر والفوسفات في جزيء الحمض النووي.
النسخ المتماثل في حقيقيات النوى
جينومات حقيقيات النوى أكثر تعقيداً وأكبر بكثير من جينومات بدائية النواة وتتكون عادةً من عدة كروموسومات خطية. يحتوي الجينوم البشري، على سبيل المثال، على 3 مليارات زوج أساسي لكل مجموعة أحادية الصبغيات من الكروموسومات، ويتم إدخال 6 مليارات زوج قاعدي أثناء النسخ المتماثل. هناك أصول متعددة للنسخ المتماثل على كل كروموسوم حقيقي النواة؛ يحتوي الجينوم البشري على 30.000 إلى 50.000 أصل من النسخ المتماثل. معدل التكاثر حوالي 100 نيوكليوتيد في الثانية—10 مرات أبطأ من تكاثر بدائية النواة.
الخطوات الأساسية للنسخ المتماثل في حقيقيات النوى هي نفسها الموجودة في بدائيات النوى. قبل أن يبدأ النسخ المتماثل، يجب توفير DNA كقالب. DNA لحقيقيات النوى شديد الالتفاف والتعبئة، وهو ما يسهله العديد من البروتينات، بما في ذلك الهستونات. بعد بدء النسخ المتماثل، في عملية مشابهة لتلك الموجودة في بدائيات النوى، يتم تسهيل الاستطالة بواسطة بوليميراز DNA حقيقي النواة. يتم تصنيع الخيط الرئيسي باستمرار بواسطة بوليميراز إنزيم بوليميراز حقيقي النواة، بينما يتم تصنيع الخيط المتأخر بواسطة إنزيم δ,. إن إنزيم ريبونوكلياز H (RNase H)، بدلاً من بوليميريز DNA كما في البكتيريا، يزيل مادة RNA التمهيدية، والتي يتم استبدالها بعد ذلك بنكليوتيدات DNA. يتم سد الثغرات المتبقية بواسطة DNA ligase.
كما هو الحال في بدائيات النوى، يمكن لبوليميراز الحمض النووي حقيقية النواة أن يضيف نيوكليوتيدات فقط في اتجاه 5’ إلى 3’. في الخيط الرئيسي، يستمر التوليف حتى يصل إما إلى نهاية الكروموسوم أو شوكة نسخ أخرى تتقدم في الاتجاه المعاكس. على الخيط المتأخر، يتم تصنيع الحمض النووي في امتدادات قصيرة، كل منها يبدأ بواسطة برايمر منفصل. عندما تصل شوكة النسخ إلى نهاية الكروموسوم الخطي، لا يوجد مكان لعمل تمهيدي لجزء DNAليتم نسخه في نهاية الكروموسوم. وبالتالي تظل هذه الغايات غير متزاوجة، وقد تصبح أقصر تدريجياً بمرور الوقت مع استمرار الخلايا في الانقسام.
هذا النص مقتبس من Openstax, Microbiology, Chapter 11.2: DNA Replication.
