معلومة

11.1: "تصحيح التجارب المطبعية" DNA - علم الأحياء

11.1:


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يعد تكرار الحمض النووي عملية دقيقة للغاية ، ولكن يمكن أن تحدث أخطاء في بعض الأحيان ، مثل إدخال بوليميراز الحمض النووي قاعدة خاطئة. في حالات نادرة ، لا يتم تصحيح الأخطاء ، مما يؤدي إلى حدوث طفرات ؛ في حالات أخرى ، تكون إنزيمات الإصلاح نفسها متحولة أو معيبة.

يتم تصحيح معظم الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي على الفور بواسطة بوليميراز الحمض النووي عن طريق التدقيق اللغوي للقاعدة التي تمت إضافتها للتو (الشكل 1). في التدقيق اللغوي، يقرأ DNA pol القاعدة المضافة حديثًا قبل إضافة القاعدة التالية ، لذلك يمكن إجراء تصحيح. يتحقق البوليميراز مما إذا كانت القاعدة المضافة حديثًا قد تم إقرانها بشكل صحيح مع القاعدة الموجودة في حبلا القالب. إذا كانت القاعدة الصحيحة ، يضاف النيوكليوتيد التالي. إذا تمت إضافة قاعدة غير صحيحة ، يقوم الإنزيم بعمل قطع في رابطة الفوسفوديستر ويطلق النوكليوتيدات الخاطئة. يتم تنفيذ ذلك عن طريق عمل نوكلياز خارجي لـ DNA pol III. بمجرد إزالة النيوكليوتيدات غير الصحيحة ، ستتم إضافة واحدة جديدة مرة أخرى.

لا يتم تصحيح بعض الأخطاء أثناء النسخ المتماثل ، ولكن بدلاً من ذلك يتم تصحيحها بعد اكتمال النسخ المتماثل ؛ يُعرف هذا النوع من الإصلاح باسم إصلاح عدم التطابق (الشكل 2). تتعرف الإنزيمات على النيوكليوتيدات المضافة بشكل غير صحيح وتستأصله ؛ ثم يتم استبدال هذا بالقاعدة الصحيحة. إذا ظل هذا غير مصحح ، فقد يؤدي إلى مزيد من الضرر الدائم. كيف تتعرف إنزيمات إصلاح عدم التطابق على أي من القاعدتين غير صحيح؟ في بكتريا قولونية، بعد التكرار ، تكتسب القاعدة النيتروجينية الأدينين مجموعة ميثيل ؛ سيكون لشريط الحمض النووي الأبوي مجموعات ميثيل ، في حين أن الشريط المركب حديثًا يفتقر إليها. وبالتالي ، فإن بوليميراز الحمض النووي قادر على إزالة القواعد المدمجة بشكل خاطئ من الخيط المركب حديثًا وغير الميثيلي. في حقيقيات النوى ، الآلية ليست مفهومة جيدًا ، ولكن يُعتقد أنها تتضمن التعرف على النكات غير المختومة في الخيط الجديد ، بالإضافة إلى ارتباط مستمر قصير المدى لبعض بروتينات النسخ مع حبلا الابنة الجديدة بعد اكتمال النسخ المتماثل .

في نوع آخر من آلية الإصلاح ، إصلاح الختان النوكليوتيدات، تحل الإنزيمات محل القواعد غير الصحيحة عن طريق إجراء قطع على طرفي 3 و 5 للقاعدة غير الصحيحة (الشكل 3).

تتم إزالة جزء من الحمض النووي واستبداله بالنيوكليوتيدات المقترنة بشكل صحيح عن طريق عمل DNA pol. بمجرد ملء القواعد ، يتم سد الفجوة المتبقية بوصلة فوسفوديستر محفزة بواسطة DNA ligase. غالبًا ما تستخدم آلية الإصلاح هذه عندما يتسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية في تكوين ثنائيات بيريميدين.


الشروط الاساسية

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: Julianne Zedalis، John Eggebrecht
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology for AP® Courses
    • تاريخ النشر: 8 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/14-key-terms

    © 12 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    التدقيق اللغوي (علم الأحياء)

    المصطلح التدقيق اللغوي يستخدم في علم الوراثة للإشارة إلى عمليات تصحيح الأخطاء ، التي اقترحها لأول مرة جون هوبفيلد وجاك نينيو ، والتي تشارك في تكرار الحمض النووي ، وخصوصية الجهاز المناعي ، والتعرف على ركيزة الإنزيم من بين العديد من العمليات الأخرى التي تتطلب خصوصية معززة. آليات التدقيق اللغوي لـ Hopfield و Ninio هي عمليات نشطة غير متوازنة تستهلك ATP لتعزيز خصوصية التفاعلات الكيميائية الحيوية المختلفة.

    في البكتيريا ، تتمتع بوليميرات الحمض النووي الثلاثة (الأول والثاني والثالث) بالقدرة على التدقيق اللغوي ، باستخدام نشاط نوكلياز خارجي 3 '→ 5'. عندما يتم التعرف على زوج أساسي غير صحيح ، فإن بوليميراز الحمض النووي يعكس اتجاهه بواسطة زوج أساسي واحد من الحمض النووي ويقطع القاعدة غير المتطابقة. بعد استئصال القاعدة ، يمكن للبوليميراز إعادة إدخال القاعدة الصحيحة ويمكن أن يستمر النسخ المتماثل.

    في حقيقيات النوى ، فقط البوليميرات التي تتعامل مع الاستطالة (دلتا وإبسيلون) لديها القدرة على التدقيق اللغوي (3 '→ 5' نشاط نوكلياز خارجي). [1]

    يحدث التدقيق اللغوي أيضًا في ترجمة mRNA لـ بروتين نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة. [2] في هذه الحالة ، تتمثل إحدى الآليات في إطلاق أي aminoacyl-tRNA غير صحيح قبل تكوين رابطة الببتيد. [3]

    يحدد مدى التدقيق اللغوي في تكرار الحمض النووي معدل الطفرات ويختلف باختلاف الأنواع. [4] على سبيل المثال ، يؤدي فقدان التدقيق اللغوي بسبب الطفرات في جين DNA polymerase epsilon إلى ظهور نمط وراثي مفرط التحور مع & gt100 طفرات لكل Mbase من الحمض النووي في سرطانات القولون والمستقيم البشرية. [5]

    يمكن أن يعتمد مدى تصحيح التجارب المطبعية في العمليات الجزيئية الأخرى على حجم العشيرة الفعال للأنواع وعدد الجينات المتأثرة بنفس آلية التدقيق اللغوي. [6]

    يشفر الجين T4 43 للجراثيم (فج) الإنزيم التكراري لبوليميراز DNA للعاثية. حساس لدرجة الحرارة (ts) تم التعرف على طفرات الجين 43 التي لها نمط ظاهري مضاد ، وهو معدل أقل للطفرة التلقائية من النوع البري. [7] دراسات أحد هذه الطفرات ، tsB120، أن بوليميراز الحمض النووي المحدد بواسطة هذه الطفرة ينسخ قوالب الحمض النووي بمعدل أبطأ من البوليميراز من النوع البري. [8] ومع ذلك ، فإن نشاط نوكلياز 3 "إلى 5" لم يكن أعلى من النوع البري. أثناء تكرار الحمض النووي ، تكون نسبة النيوكليوتيدات التي تم تحويلها إلى تلك التي تم دمجها بشكل ثابت في الحمض النووي المتشكل حديثًا أعلى بمقدار 10 إلى 100 مرة في حالة tsB120 متحولة من النوع البري. [8] تم اقتراح أن التأثير المضاد يمكن تفسيره من خلال زيادة الدقة في اختيار النيوكليوتيدات وزيادة كفاءة إزالة النيوكليوتيدات غير التكميلية (التدقيق اللغوي) بواسطة tsB120 بوليميراز.

    عندما تتعرض فيريونات Phage T4 بجين من النوع البري 43 بوليميراز الحمض النووي إما للأشعة فوق البنفسجية ، والتي تؤدي إلى أضرار ديمر السيكلوبوتان بيريميدين في الحمض النووي ، أو psoralen-plus-light ، التي تقدم بيريميدين adducts ، يزداد معدل الطفرة. ومع ذلك ، يتم تثبيط هذه التأثيرات الطفرية عندما يتم تحفيز تخليق الحمض النووي للعاثية بواسطة tsCB120 بوليميراز مضاد ، أو بوليميراز مضاد آخر ، tsCB87. [9] تشير هذه النتائج إلى أن مستوى تحريض الطفرات عن طريق تلف الحمض النووي يمكن أن يتأثر بشدة بوظيفة تدقيق الجين 43 لبوليميراز DNA.


    ما هو الإخلاص؟

    شاركت New England Biolabs في اكتشاف وتطوير البوليمرات عالية الدقة لسنوات عديدة (الجدول 1). بدءًا من اكتشاف Vent & reg DNA Polymerase from المكورات الحرارية litoralis في عام 1990 (1،2) ، قام باحثو NEB بتحديد وهندسة العديد من البوليمرات عالية الدقة و ndash جميعها مع عمليات مختلفة وسرعات ودرجات دقة.

    تاريخ بوليميراز الحمض النووي عالي الدقة في نيو إنجلاند بيولابس

    سنوات منتجات) NEB #
    1990-91 تنفيس & ريج DNA Polymerase M0254
    1992 تنفيس & reg (exo-) DNA Polymerase
    تنفيس عميق & ريج DNA بوليميراز
    M0257
    M0258
    1993-1994 تنفيس عميق & reg (exo-) DNA Polymerase M0259
    1995 9 درجةم& التجارة DNA Polymerase M0260
    2007-2008 Phusion & reg عالي الدقة بوليميريز DNA M0530
    2011 Phusion & reg Hot Start Flex DNA Polymerase M0535
    2012 Q5 & reg عالي الدقة بوليميريز DNA
    Q5 & reg Hot Start High-Fidelity DNA Polymerase
    M0491
    M0493

    تشير دقة بوليميريز الحمض النووي إلى قدرته على تكرار القالب بدقة. يتمثل أحد الجوانب الحاسمة لهذا الأمر في قدرة بوليميريز الحمض النووي على قراءة خيط قالب ، وتحديد النوكليوزيد ثلاثي الفوسفات المناسب وإدخال النوكليوتيد الصحيح في نهاية التمهيدي 3 & الأولية ، بحيث يتم الحفاظ على الاقتران الأساسي Watson-Crick الأساسي. يُعرف معدل التداخل الخاطئ (بما في ذلك النيوكليوتيدات غير الصحيحة) باسم "معدل الخطأ" للبوليميراز. بالإضافة إلى التمييز الفعال للتصحيح على التضمين غير الصحيح للنيوكليوتيدات ، تمتلك بعض بوليمرات الحمض النووي نشاط نوكلياز خارجي 3 & Prime & rarr5 & Prime. يُستخدم هذا النشاط ، الذي يُطلق عليه أيضًا "التدقيق اللغوي" ، لاستئصال أحادي النيوكليوتيدات المدمجة بشكل غير صحيح والتي يتم استبدالها بعد ذلك بالنيوكليوتيدات الصحيحة. يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل عالي الدقة بوليمرات الحمض النووي التي تقرن معدلات سوء التضمين المنخفضة مع نشاط التصحيح لإعطاء تكرار صادق لهدف الحمض النووي محل الاهتمام.

    (1) ماتيلا ، ب ، وآخرون. (1991) أبحاث الأحماض النووية ، 19 ، 4967 & ndash4973. بميد: 1923765
    (2) Eckert، K.A، & amp Kunkel، T.A (1991) Genome Research، 1، 17 & ndash24. PMID: 1842916

    Vent & reg هي علامة تجارية مسجلة لشركة New England Biolabs، Inc.
    DeepVent & reg، 9 & degNم& trade هي علامات تجارية لشركة New England Biolabs، Inc.


    11.1: "تصحيح التجارب المطبعية" DNA - علم الأحياء

    1. الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج مكون من خيطين متعارضين من النيوكليوتيدات متصلين عن طريق الرابطة الهيدروجينية بين أزواج القواعد التكميلية.

    • المهارة: تحليل نتائج تجربة هيرشي وتشيس دليل على أن الحمض النووي هو المادة الجينية.

    • التطبيق: تحقيق روزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز في الحمض النووي هيكل حيود الأشعة السينية.

    • 5 'طرفية: في أحد طرفي كل خيط DNA توجد مجموعة فوسفات مرتبطة بذرة الكرتون 5 من deoxyribose
    • 3 'طرفية: في أحد طرفي كل DNA توجد مجموعة هيدروكسيل متصلة بذرة الكربون 3 من deoxyribose
    • ترتبط النيوكليوتيدات المجاورة برابطة تساهمية بين مجموعة الفوسفات ، متصلة بنهاية 5 "طرف من نيوكليوتيد واحد وذرة كربون 3" من النيوكليوتيدات الأخرى
    • بين البيورينات والبيريميدين
    • البيورينات: يحتوي الأدينين والجوانين على حلقتين في جزيئاتهما
    • بيريميدين: السيتوزين والثيمين لهما حلقة واحدة في جزيئاتهما

    • 8 بروتينات هيستون (4 أنواع ، 2 من كل نوع) داخل كل نواة
    • بروتين هيستون واحد خارج كل جسيم نووي ، والذي يعمل على تنظيم وتماسك النواة معًا
    • بنية للف الحمض النووي عن طريق دمجه مع بروتينات هيستون
    • يتم لف الحمض النووي مرتين حول كل نواة

    • المهارة: استخدام برامج التصور الجزيئي لتحليل الارتباط بين البروتين والحمض النووي داخل النواة.

    تتضمن الجينات الفريدة أو أحادية النسخة e xons و introns

    • رمز exons لـ mRNA الناضج الذي يرمز إلى polypeptides
    • يتم نسخ الإنترونات إلى الحمض النووي الريبي ، ولكن يتم إزالتها بعد ذلك بواسطة الإنزيمات التي تربط الإكسونات معًا في mRNA الناضجة ، والتي ترمز إلى عديد الببتيدات

    جينات أنواع الحمض النووي الريبي الأخرى لا ترمز للبروتينات

    تعمل بعض أقسام الحمض النووي كمنظمين للتعبير الجيني

    التيلوميرات الموجودة في نهايات الكروموسومات لا ترمز للبروتينات

    لا تخدم التسلسلات شديدة التكرار أي وظيفة معروفة

    • يُعرف أيضًا باسم DNA الساتلي ، ويشكل 5-45٪ من الجينوم
    • التسلسلات هي 5-300 زوج قاعدي لكل تكرار ، وأكرر ما يصل إلى 10000 مرة لكل جينوم
    • وظيفة الحمض النووي المتكرر غير معروفة
    • نظرًا لأن التسلسلات المتكررة تختلف من شخص لآخر ، فهي مفيدة في توصيف الحمض النووي ، مما يسمح ببصمة الحمض النووي لتحديد العينات من الأفراد

    • مناطق الدنا التي لا ترمز للبروتينات يجب أن تقتصر على منظمات التعبير الجيني ، الإنترونات ، التيلوميرات والجينات لـ tRNAs.

    • يكشف تسلسل الحمض النووي للجينوم البشري أن 98.5٪ لا يرمز للبروتينات أو الرنا الريباسي أو الحمض الريبي النووي النقال
    • حوالي ربع أكواد الجينوم البشري للإنترونات والتسلسلات التنظيمية المتعلقة بالجينات

    • التطبيق: لوقف استخدام النيوكليوتيدات المحتوية على حمض ديديوكسي ريبونوكلييك تكرار الحمض النووي في تحضير العينات لتسلسل القاعدة.

    • العديد من نسخ عينة DNA + نيوكليوتيدات dideoxyribonucleic acid (dDNA) ، ولكل منها إزهار فريد مختلط في المحلول
    • توقف الحمض النووي الريبي (dDNA) عن التكرار عند دمجه في الحمض النووي
    • يفصل الرحلان الكهربائي للهلام شظايا الحمض النووي حسب الحجم
    • تسمح صور شظايا الفلورسنت بالتسلسل بناءً على الحجم

    • التطبيق: تستخدم التكرارات الترادفية في تحديد سمات الحمض النووي.

    • يحتوي كل نيوكليوتيد على جزيء ديوكسيريبوز مع 5 كربون ، مع قاعدة نيتروجينية مرتبطة بالكربون 1 وفوسفات مرتبط بالكربون 5
    • يتم بناء خيط الحمض النووي باستخدام متكرر الديوكسيريبوز - الفوسفات - الديوكسيريبوز - العمود الفقري للفوسفات
    • وبالتالي ، فإن أحد طرفي جزيء الحمض النووي يحتوي على 5 فوسفات مجاني والآخر يحتوي على 3 مكرر حر للكربون يضيف فقط نيوكليوتيدات الحمض النووي في نهاية 3

    5. يتم إجراء تكرار الحمض النووي بواسطة نظام معقد من الإنزيمات و مستمر على الخيط الرئيسي ومتقطع على الخيط المتأخر.

    • تختلف تفاصيل تكرار الحمض النووي بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى. فقط يتوقع نظام بدائية النواة.

    • يجب أن تشمل البروتينات والإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي هيليكس ، دنا جيراز ، بروتينات ربط حبلا مفردة ، بريماز RNA و DNA بوليميراز الأول والثالث.


    محتويات

    تحدد المعلومات الواردة في الحمض النووي وظيفة البروتين في خلايا جميع الكائنات الحية. يسمح النسخ والترجمة بإيصال هذه المعلومات إلى بروتينات. ومع ذلك ، فإن الخطأ في قراءة هذا الاتصال يمكن أن يتسبب في أن تكون وظيفة البروتين غير صحيحة وتؤدي في النهاية إلى المرض حتى عندما تتضمن الخلية مجموعة متنوعة من الإجراءات التصحيحية.

    تحرير العقيدة المركزية

    في عام 1956 ، وصف فرانسيس كريك تدفق المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى ترتيب معين من الأحماض الأمينية لصنع بروتين كعقيدة مركزية. [1] لكي تعمل الخلية بشكل صحيح ، يجب إنتاج البروتينات بدقة من أجل الأنشطة الهيكلية والحفازة. يمكن أن يكون للبروتين المصنوع بشكل غير صحيح آثار ضارة على حيوية الخلية وفي معظم الحالات يتسبب في أن يصبح الكائن الحي الأعلى غير صحي بسبب وظائف خلوية غير طبيعية. للتأكد من أن الجينوم ينقل المعلومات بنجاح ، يتم دمج آليات التصحيح مثل نوكليازات خارجية وأنظمة إصلاح عدم التطابق في نسخ الحمض النووي. [1]

    النسخ والترجمة تحرير

    بعد تكرار الحمض النووي ، تتم قراءة قسم محدد من المعلومات الجينية عن طريق النسخ. [1] النيوكليوتيدات التي تحتوي على المعلومات الجينية موجودة الآن على قالب رسول مفرد يسمى mRNA. يتم دمج الرنا المرسال مع وحدة فرعية من الريبوسوم ويتفاعل مع الرنا الريباسي. تتم الآن قراءة (فك تشفير) المعلومات الجينية المحمولة في أكواد mRNA بواسطة anticodons من الحمض الريبي النووي النقال. عندما يتم قراءة كل كودون (ثلاثي) ، يتم ربط الأحماض الأمينية معًا حتى يتم الوصول إلى كودون التوقف (UAG أو UGA أو UAA). في هذه المرحلة ، يتم تصنيع البولي ببتيد (البروتين) وإطلاقه. [1] لكل 1000 حمض أميني مدمج في البروتين ، لا يوجد أكثر من واحد غير صحيح. يتم تحقيق دقة التعرف على الكودون ، مع الحفاظ على أهمية إطار القراءة المناسب ، من خلال الاقتران الصحيح للقاعدة في موقع الريبوسوم A ، ونشاط التحلل المائي GTP لـ EF-Tu وهو شكل من أشكال الاستقرار الحركي ، وآلية تدقيق مثل إطلاق EF-Tu . [1]

    قد يحدث تغيير الإطارات أيضًا أثناء ترجمة الطور ، مما ينتج عنه بروتينات مختلفة من إطارات القراءة المفتوحة المتداخلة ، مثل بروتينات الفيروسات القهقرية gag-pol-env. هذا شائع إلى حد ما في الفيروسات ويحدث أيضًا في البكتيريا والخميرة (فارابو ، 1996). يُعتقد أن النسخ العكسي ، على عكس RNA Polymerase II ، هو سبب أقوى لحدوث طفرات الإطارات. في التجارب فقط 3-13٪ من كل طفرات انزياح الإطارات حدثت بسبب RNA Polymerase II. في بدائيات النوى ، يكون معدل الخطأ الذي يسبب طفرات تغيير الإطارات في مكان ما فقط في نطاق .0001 و .00001. [5]

    هناك العديد من العمليات البيولوجية التي تساعد على منع طفرات انزياح الإطار. تحدث الطفرات العكسية التي تغير التسلسل المتحور إلى تسلسل النوع البري الأصلي. الاحتمال الآخر لتصحيح الطفرات هو استخدام الطفرة الكابتة. هذا يعوض تأثير الطفرة الأصلية عن طريق إنشاء طفرة ثانوية ، وتحويل التسلسل للسماح بقراءة الأحماض الأمينية الصحيحة. يمكن أيضًا استخدام دليل RNA لإدخال أو حذف Uridine في mRNA بعد النسخ ، وهذا يسمح بإطار القراءة الصحيح. [1]

    تحرير أهمية Codon-triplet

    الكودون هو مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات ، ثلاثة توائم ترمز لحمض أميني معين. يحدد الكودون الأول إطار القراءة ، حيث يبدأ كودون جديد. يتم تحديد تسلسل العمود الفقري للأحماض الأمينية للبروتين من خلال ثلاثة توائم متجاورة. [6] الكودونات هي المفتاح لترجمة المعلومات الجينية لتخليق البروتينات. يتم ضبط إطار القراءة عند بدء ترجمة mRNA ويتم الحفاظ عليه حيث يقرأ ثلاثة توائم إلى التالي. تخضع قراءة الكود الجيني لثلاث قواعد هي أكواد المراقبة في الرنا المرسال. أولاً ، تتم قراءة الكودونات في اتجاه 5 إلى 3. ثانيًا ، الكودونات غير متداخلة ولا تحتوي الرسالة على فجوات. القاعدة الأخيرة ، كما هو مذكور أعلاه ، أن يتم ترجمة الرسالة في إطار قراءة ثابت. [1]

    يمكن أن تحدث الطفرات Frameshift بشكل عشوائي أو تكون ناجمة عن محفز خارجي. يمكن أن يحدث الكشف عن طفرات الإطارات عبر عدة طرق مختلفة. إن تغيير الإطارات هو نوع واحد فقط من الطفرات التي يمكن أن تؤدي إلى بروتينات غير كاملة أو غير صحيحة ، ولكنها مسؤولة عن نسبة كبيرة من الأخطاء في الحمض النووي.

    تحرير وراثي أو بيئي

    هذه طفرة جينية على مستوى القواعد النوكليوتيدية. يتم البحث باستمرار عن سبب وكيفية حدوث طفرات تغيير الإطارات. تم إجراء دراسة بيئية ، وتحديداً إنتاج طفرات انزياح الإطار المستحثة بالأشعة فوق البنفسجية بواسطة بوليميراز الحمض النووي الناقص في نشاط نوكلياز خارجي 3 → 5. تم تغيير التسلسل الطبيعي 5 GTC GTT TTA CAA 3 إلى GTC GTT T TTA CAA (MIDT) من GTC GTT C TTA CAA (MIDC) لدراسة التحولات الإطارية. إن إنزيمات E. coli pol I Kf و T7 DNA polymerase المتحولة الخالية من 3 → 5 نشاط نوكلياز خارجي تنتج مردودات مستحثة بالأشعة فوق البنفسجية بتردد أعلى من نظيراتها المؤهلة للنوكلياز الخارجي. تشير البيانات إلى أن فقدان نشاط التدقيق اللغوي يزيد من تكرار انزياحات الإطارات التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية. [7]

    تحرير الكشف

    تحرير الإسفار

    تمت دراسة تأثيرات القواعد المجاورة والبنية الثانوية للكشف عن تواتر طفرات انزياح الإطارات بعمق باستخدام التألق. يسمح الحمض النووي ذو العلامات الفلورية ، عن طريق نظائرها الأساسية ، بدراسة التغيرات المحلية في تسلسل الحمض النووي. [8] تكشف الدراسات التي أجريت على تأثيرات طول حبلا التمهيدي أنه لوحظ وجود خليط توازن من أربعة توافقات تهجين عندما كانت قواعد القوالب تدور على شكل انتفاخ ، أي بنية محاطة على كلا الجانبين بحمض نووي مزدوج. على النقيض من ذلك ، لوحظ وجود بنية ذات حلقة مزدوجة ذات شكل غير عادي من الحمض النووي غير المكدس عند حافة المصب عندما تم وضع القواعد المبثوقة عند تقاطع القالب التمهيدي ، مما يدل على أنه يمكن تعديل المحاذاة الخاطئة عن طريق البنية الثانوية المجاورة للحمض النووي. [9]

    تحرير التسلسل

    يعد تسلسل Sanger والتسلسل الحراري طريقتين تم استخدامهما للكشف عن طفرات الإطارات ، ومع ذلك ، فمن المحتمل ألا تكون البيانات التي تم إنشاؤها من أعلى مستويات الجودة. حتى مع ذلك ، تم تحديد 1.96 مليون indels من خلال تسلسل Sanger الذي لا يتداخل مع قواعد البيانات الأخرى. عندما يتم ملاحظة طفرة تغيير الإطارات ، تتم مقارنتها بقاعدة بيانات طفرة الجينوم البشري (HGMD) لتحديد ما إذا كان للطفرة تأثير ضار. يتم ذلك من خلال النظر في أربع ميزات. أولاً ، النسبة بين الحمض النووي المتأثر والمحفوظ ، وثانيًا موقع الطفرة بالنسبة إلى النص ، وثالثًا نسبة الأحماض الأمينية المحفوظة والمتأثرة ، وأخيراً مسافة indel إلى نهاية exon. [10]

    التسلسل المتوازي الشامل هو طريقة جديدة يمكن استخدامها لاكتشاف الطفرات. باستخدام هذه الطريقة ، يمكن تسلسل ما يصل إلى 17 جيجا بايت في وقت واحد ، على عكس النطاقات المحدودة لتسلسل Sanger بحوالي 1 كيلو قاعدة فقط. تتوفر العديد من التقنيات لإجراء هذا الاختبار ويتم النظر إليه لاستخدامه في التطبيقات السريرية. [11] عند اختبار السرطانات المختلفة ، فإن الأساليب الحالية تسمح فقط بالنظر إلى جين واحد في كل مرة. يمكن أن يختبر التسلسل الموازي الشامل مجموعة متنوعة من الطفرات المسببة للسرطان في وقت واحد بدلاً من العديد من الاختبارات المحددة. [12] تجربة لتحديد دقة طريقة التسلسل الأحدث هذه التي تم اختبارها لـ 21 جينًا ولم يكن لها دعوات إيجابية كاذبة لطفرات تغيير الإطارات. [13]

    تحرير التشخيص

    براءة اختراع أمريكية (5958684) في عام 1999 من قبل Leeuwen ، توضح بالتفصيل طرق وكواشف تشخيص الأمراض التي تسببها أو ترتبط بجين به طفرة جسدية تؤدي إلى طفرة انزياح إطارية. تتضمن الطرق توفير عينة من الأنسجة أو السوائل وإجراء تحليل جيني لطفرة انعطاف الإطارات أو بروتين من هذا النوع من الطفرات. يتم توفير تسلسل النوكليوتيدات للجين المشتبه به من التسلسلات الجينية المنشورة أو من استنساخ الجين المشتبه به وتسلسله. ثم يتم التنبؤ بتسلسل الأحماض الأمينية المشفرة بواسطة الجين. [14]

    تعديل التردد

    على الرغم من القواعد التي تحكم الكود الجيني والآليات المختلفة الموجودة في الخلية لضمان النقل الصحيح للمعلومات الجينية أثناء عملية تكرار الحمض النووي وكذلك أثناء الترجمة ، فإن الطفرات تحدث بالفعل ولكن الطفرة الانزياح في الإطار ليست هي النوع الوحيد. هناك نوعان آخران على الأقل من الطفرات النقطية المعروفة ، على وجه التحديد الطفرة الخاطئة والطفرة غير المنطقية. [1] يمكن لطفرة تغيير الإطارات أن تغير بشكل جذري قدرة التشفير (المعلومات الجينية) للرسالة. [1] تشكل عمليات الإدخال أو الحذف الصغيرة (تلك الأقل من 20 زوجًا أساسيًا) 24٪ من الطفرات التي تظهر في الأمراض الوراثية المعترف بها حاليًا. [10]

    تم العثور على طفرات Frameshift لتكون أكثر شيوعًا في مناطق تكرار الحمض النووي. يرجع سبب ذلك إلى انزلاق إنزيم البوليميراز في مناطق التكرار ، مما يسمح للطفرات بدخول التسلسل. [15] يمكن إجراء التجارب لتحديد تواتر طفرة انزياح الإطارات عن طريق إضافة أو إزالة عدد محدد مسبقًا من النيوكليوتيدات. تم إجراء التجارب عن طريق إضافة أربعة أزواج أساسية ، تسمى تجارب +4 ، لكن فريقًا من جامعة إيموري نظر في الاختلاف في تواتر الطفرة عن طريق إضافة وحذف زوج أساسي. تبين أنه لا يوجد فرق في التردد بين إضافة وحذف زوج أساسي. ومع ذلك ، هناك اختلاف في النتيجة النهائية للبروتين. [15]

    مرض هنتنغتون هو واحد من تسعة اضطرابات تكرار الكودون التي تسببها طفرات توسع البولي جلوتامين التي تشمل ترنح النخاع المخيخي (SCA) 1 و 2 و 6 و 7 و 3 ، وضمور عضلي شوكي ، وضمور عضلي شبيه بالأسنان. قد يكون هناك ارتباط بين الأمراض التي تسببها طفرات توسع البولي جلوتامين والبولي ألانين ، مثل تحول إطار المنتج الجيني SCA3 الأصلي الذي يشفر CAG / polyglutamines إلى GCA / polyalanines. تم اقتراح الانزلاق الريبوزومي أثناء ترجمة بروتين SCA3 كآلية تؤدي إلى التحول من البولي جلوتامين إلى إطار ترميز البولي ألانين. سيؤدي حذف ثنائي النوكليوتيد أو إدخال نيوكليوتيد واحد داخل مسلك البولي جلوتامين في هنتنغتين إكسون 1 إلى تحويل إطار تشفير CAG ، إطار ترميز متعدد الجلوتامين بمقدار +1 (إزاحة إطار +1) إلى إطار ترميز متعدد الألانين GCA وإدخال حاتمة جديدة إلى الطرف C لـ Htt exon 1 (APAAAPAATRPGCG). [16]

    العديد من الأمراض لها طفرات الإطارات كجزء من السبب على الأقل. يمكن أن تساعد معرفة الطفرات السائدة أيضًا في تشخيص المرض. توجد حاليًا محاولات لاستخدام طفرات انزياح الإطارات بشكل مفيد في علاج الأمراض ، وتغيير إطار القراءة للأحماض الأمينية.


    التدقيق اللغوي

    التدقيق اللغوي (في علم الوراثة) آلية إصلاح تساعد على ضمان التكرار الصادق للحمض النووي في الخلايا الحية. إنها وظيفة إنزيم بوليميريز DNA ، الذي يحفز عملية النسخ المتماثل. يحدد هذا الإنزيم القواعد غير المتطابقة في نهاية الشريط المتنامي ويخرجها ، تاركًا النهاية حرة لقبول النوكليوتيدات الصحيحة بدلاً من ذلك ، وبالتالي استعادة تسلسل القاعدة التكميلي الصحيح. انظر أيضًا إصلاح الحمض النووي.

    استشهد بهذا المقال
    اختر نمطًا أدناه ، وانسخ نص قائمة المراجع الخاصة بك.

    أنماط الاقتباس

    يمنحك موقع Encyclopedia.com القدرة على الاستشهاد بإدخالات مرجعية ومقالات وفقًا للأنماط الشائعة من جمعية اللغة الحديثة (MLA) ، ودليل شيكاغو للأسلوب ، والجمعية الأمريكية لعلم النفس (APA).

    ضمن أداة "Cite this article" ، اختر نمطًا لترى كيف تبدو جميع المعلومات المتاحة عند تنسيقها وفقًا لهذا النمط. ثم انسخ النص والصقه في قائمة المراجع أو قائمة الأعمال المقتبس منها.


    11.1: "تصحيح التجارب المطبعية" DNA - علم الأحياء

    مطلوب الاشتراك في J o VE لعرض هذا المحتوى. ستتمكن من رؤية أول 20 ثانية فقط.

    يتوافق مشغل الفيديو JoVE مع HTML5 و Adobe Flash. المتصفحات القديمة التي لا تدعم HTML5 وبرنامج ترميز الفيديو H.264 ستظل تستخدم مشغل فيديو يعتمد على Flash. نوصي بتنزيل أحدث إصدار من Flash هنا ، لكننا ندعم جميع الإصدارات 10 وما فوق.

    إذا لم يساعد ذلك ، فيرجى إخبارنا بذلك.

    أثناء تكرار الحمض النووي ، تُضاف النيوكليوتيدات عادةً إلى الخيط الجديد في تسلسل مكمل للقالب. مع ارتباط الأدينوزين بالثيمين ، والسيتوزين مرتبط بالجوانين.

    ومع ذلك ، يمكن إقران النيوكليوتيدات بشكل غير صحيح. على سبيل المثال ، الأدينوزين مع السيتوزين. يمكن منع هذه الأخطاء أو إصلاحها أثناء النسخ المتماثل ، من خلال سلسلة من خطوات التدقيق اللغوي التي يقوم بها DNA polymerase ، وهو الإنزيم الذي يصنع الحمض النووي.

    أولاً ، إن بوليميراز الحمض النووي له تقارب أعلى للنيوكليوتيدات المقترنة بشكل صحيح ، مما يقلل من احتمالية التزاوج غير الصحيح.

    ثانيًا ، عندما تبدأ النيوكليوتيدات في الاقتران بالقالب ، يخضع بوليميريز الحمض النووي لتغيير توافقي ، مما يجعل النيوكليوتيدات المقترنة بشكل غير صحيح أكثر عرضة للانفصال مما يسمح بإضافة النيوكليوتيدات الصحيحة.

    ثالثًا ، إذا تمكن نيوكليوتيد غير صحيح من إضافته إلى سلسلة الحمض النووي المتنامية ، فلن يتم إقرانه بشكل صحيح بالقالب بسبب المشكلات الهيكلية. يتسبب هذا الاقتران غير الصحيح في النهاية الأساسية الثلاثة للسلسلة المتنامية في توقف تخليق الحمض النووي مؤقتًا.

    ستنتقل الأطراف الثلاثة الرئيسية بعد ذلك إلى موقع نوكلياز خارجي محدد على بوليميريز الحمض النووي الذي يزيل النيوكليوتيدات في الاتجاه من ثلاثة إلى خمسة أولي. في هذه الخطوة هي خطوة التصحيح الخارجة للنواة ، تتم إزالة النهاية غير المتزاوجة ثم استبدالها بالنيوكليوتيدات الصحيحة.

    6.5: التدقيق اللغوي

    ملخص

    يبدأ تخليق جزيئات الحمض النووي الجديدة عندما يربط بوليميراز الدنا النيوكليوتيدات معًا في تسلسل مكمل لقالب الحمض النووي. يحتوي بوليميريز الحمض النووي على تقارب أعلى للقاعدة الصحيحة لضمان الإخلاص في تكرار الحمض النووي. علاوة على ذلك ، يدقق بوليميريز الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل ، باستخدام مجال نوكلياز خارجي يقطع النيوكليوتيدات غير الصحيحة من حبلا الحمض النووي الناشئ.

    يتم تصحيح الأخطاء أثناء النسخ المتماثل بواسطة إنزيم بوليميريز الحمض النووي

    يتم تصنيع الحمض النووي الجيني في الاتجاه 5 & rsquo إلى 3 & rsquo. تحتوي كل خلية على عدد من بوليميرات الحمض النووي التي تلعب أدوارًا مختلفة في تركيب وتصحيح الأخطاء في DNA DNA polymerase delta و epsilon تمتلك القدرة على التدقيق اللغوي عند تكرار الحمض النووي النووي. هذه البوليمرات و ldquoread & rdquo كل قاعدة بعد إضافتها إلى الخيط الجديد. إذا كانت القاعدة المضافة حديثًا غير صحيحة ، فإن البوليميراز يعكس الاتجاه (يتحرك من 3 & rsquo إلى 5 & rsquo) ويستخدم مجالًا خارجيًا للنووية لقطع القاعدة غير الصحيحة. بعد ذلك ، يتم استبداله بالقاعدة الصحيحة.

    ترتبط الطفرات في مجال نوكلياز خارجي لبوليميراز الحمض النووي بالسرطان

    يعد التدقيق اللغوي مهمًا لمنع حدوث الطفرات في الحمض النووي المركب حديثًا ، ولكن ماذا يحدث عندما تفشل آلية التدقيق اللغوي؟ عندما تغير طفرة مجال نوكلياز خارجي لبوليميراز الحمض النووي ، فإنها تفقد القدرة على إزالة النيوكليوتيدات غير الصحيحة. نتيجة لذلك ، يمكن أن تتراكم الطفرات بسرعة في جميع أنحاء الجينوم. تم ربط هذا النوع من الطفرات بأنواع مختلفة من السرطان.

    يمكن أن يولد بوليميراز الحمض النووي منخفض الدقة تسلسلات DNA المتحولة

    تُستخدم بوليميرات الحمض النووي المعدلة في العلوم المختبرية لتفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) ، وهو في المختبر تقنية لعمل نسخ عديدة من أجزاء معينة من الحمض النووي. في حين يتم استخدام البوليمرات عالية الدقة عندما يكون من المهم أن يكون المنتج النهائي مثاليًا ، فإن بعض التقنيات ، مثل PCR المعرض للخطأ ، تسعى إلى توليد طفرات في امتداد الحمض النووي عن قصد. تستخدم هذه التقنيات البوليميرات التي أضعفت القدرة على التدقيق اللغوي.

    بارباري ، ستيفاني ر. ، وبولينا ف.شيرباكوفا. & quot إصلاح الحمض النووي 56 (2017): 16-25. [مصدر]


    خطوات تحديد المعدل في مسار تفاعل بوليميريز الحمض النووي 1

    مشاهدات المقالات هي مجموع تنزيلات النصوص الكاملة للمقالات المتوافقة مع COUNTER منذ نوفمبر 2008 (بتنسيق PDF و HTML) عبر جميع المؤسسات والأفراد. يتم تحديث هذه المقاييس بانتظام لتعكس الاستخدام حتى الأيام القليلة الماضية.

    الاقتباسات هي عدد المقالات الأخرى المقتبسة من هذه المقالة ، ويتم حسابها بواسطة Crossref ويتم تحديثها يوميًا. العثور على مزيد من المعلومات حول عدد الاقتباسات Crossref.

    درجة الانتباه Altmetric هي مقياس كمي للانتباه الذي تلقته مقالة بحثية عبر الإنترنت. سيؤدي النقر فوق أيقونة الكعك إلى تحميل صفحة على altmetric.com تحتوي على تفاصيل إضافية حول النتيجة ووجود وسائل التواصل الاجتماعي للمقالة المحددة. يمكنك العثور على مزيد من المعلومات حول "نقاط الانتباه البديلة" وكيفية احتساب النتيجة.

    ملحوظة: بدلاً من الملخص ، هذه هي الصفحة الأولى للمقالة.


    استنتاج

    يعد معدل الخطأ المنخفض جدًا لـ Q5 مفيدًا للغاية للعديد من التطبيقات. ومع ذلك ، فإن انخفاض عدد الأخطاء المحددة يجعل تقدير معدل الخطأ المطلق صعبًا لهذا الإنزيم ، حتى مع التجريب والتحليل المكثفين. من الفحص الأزرق / الأبيض ، لاحظنا أن Q5 أكثر إخلاصًا في تكرار الحمض النووي بمقدار 200 مرة تقريبًا طق، ولكن النتائج من تسلسل Sanger تلمح إلى أن هذه القيمة قد تكون في الواقع أقل من قيمتها الحقيقية.

    نظرًا لأن القيم الناتجة عن طرق الأزرق / الأبيض تختلف اختلافًا كبيرًا بين التكرارات الفردية وتعتمد على سلسلة من الاستقراءات المحسوبة ، فقد اخترنا تمثيل دقة Q5 عالية الدقة DNA Polymerase كـ & gt100X طق، و Phusion HighFidelity DNA Polymerase as & gt50X طق. مع التكاليف المتناقصة باستمرار ومجموعات البيانات الكبيرة للغاية ، قد تتمكن تقنيات التسلسل من الجيل التالي قريبًا من توفير طرق مباشرة وفعالة من حيث التكلفة لتقدير معدلات الخطأ بدقة أكبر لبوليميراز فائق الدقة مثل Q5.

    عند ترجمة معدلات الخطأ باللونين الأزرق / الأبيض إلى استخدام عملي ، تشير هذه البيانات إلى أنه بعد استخدام 25 دورة PCR لتضخيم جزء من 400 نقطة أساس باستخدام طق، يجب فحص العديد من العزلات حيث من المتوقع أن يكون هناك خطأ في حوالي نصف الحيوانات المستنسخة. لشظايا أكبر من

    1000 نقطة أساس ، يتم تضخيم كل استنساخ بـ طق من المحتمل أن يكون لها طفرة غير مرغوب فيها بينما تتنبأ معدلات الخطأ المنخفضة جدًا لبوليميراز DNA عالي الدقة Q5 بأن 199/200 استنساخ تم تضخيمها باستخدام هذا الإنزيم الجديد ستكون صحيحة.


    شاهد الفيديو: DNA sequencing made easy -تبسيط مفهوم سلسلة الدنا (شهر فبراير 2023).