معلومة

لماذا يتطلب النسخ الاشعال بينما لا يتطلب النسخ؟

لماذا يتطلب النسخ الاشعال بينما لا يتطلب النسخ؟


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.

في النسخ ، ليست هناك حاجة لأي تمهيدي. أعتقد أن الآلية الأساسية لبوليميراز DNA و RNA polymerase هي نفسها. فلماذا يحتاج التكرار إلى التمهيدي؟


لست خبيرًا في النسخ ، ولكن مما يمكنني اكتشافه هنا وهنا يتطلب النسخ منطقة مروج تعمل كآلية موجهة للقالب للسماح بالنسخ ، والتي من المفترض أن تحمل تسلسلًا معينًا يتعرف عليه بوليميريز RNA والمجمعات المرتبطة به. لكن بوليميراز الحمض النووي يتطلب بادئات لتوجيهه إلى الموقع الصحيح على الحمض النووي.

تحرير: في ضوء التعليقات أدناه ، وفقًا هنا وهنا ، فإن RNA polymerase قادر على ذلك من جديد تخليق يعني أنه قادر على بدء تخليق الحمض النووي الريبي بدون بادئات ويتم ذلك عن طريق ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي باثنين من النيوكليوتيدات بدلاً من بوليمر الحمض النووي الريبي الناشئ ونيوكليوتيد واحد. بدء عقد النوكليوتيدات RNA polymerase بشكل صارم في مكانه ، مما يسهل الهجوم الكيميائي على النوكليوتيدات الواردة. بالنسبة للبكتيريا T7 RNA polymerase ، يبدأ النسخ بتفضيل ملحوظ لـ GTP في الموضعين + 1 و + 2. لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي إضافة مواد أولية ، وبالتالي ، يحتاج إلى بريماز لإضافة التمهيدي من جديد.


التمهيدي هو مجند عالمي ، لجميع بوليميرات الحمض النووي ، وإحضارها إلى قالب الحمض النووي. يجب أن يكون لديك كلا الخيطين في مكانه حتى يتوقف بوليميراز الحمض النووي. علاوة على ذلك ، فإن النشاط التحفيزي لجميع البوليميرات يتطلب نهاية 3 'موجودة مسبقًا على الشريط المتنامي. يجب أن يكون لديك نهاية حرة مقاس 3 بوصات بالقرب من قالب ، حتى يعمل بوليميراز الحمض النووي. (يوجد وصف أطول بكثير للكيمياء في http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22374/.) في المقابل ، يتم تجنيد بوليميرات RNA ، بما في ذلك primase ، في القالب بواسطة بروتينات ربط الحمض النووي ، مثل بروتينات ارتباط ori وعوامل النسخ وما إلى ذلك ، مما يعني عدم وجود حاجة إلى مواد أولية.

قد يكون له معنى وظيفي أيضًا. بمجرد أن تقرر الخلية أن تتكاثر ، يتم تصنيع و / أو تنشيط بروتيناتها المرتبطة بـ ori. يربطون قالب الحمض النووي ، ويحضرون بريماز. فقط بعد أن يقوم البريميز بعمله ، يمكن أن يتولى بوليميراز الحمض النووي. تحتاج الخلية إلى تنظيم صارم فقط على مستوى بروتين رابط ori ، لأن بوليميرات الحمض النووي تعتمد بشدة على الخطوات السابقة.

إذا فكرنا بمصطلحات تطورية ، وقبلنا فرضية عالم الحمض النووي الريبي ، فإن بوليميرات الحمض النووي الريبي (أو على الأقل أسلافها) يجب أن تكون قد تطورت في وقت أبكر من بوليميرات الحمض النووي. في ظل هذه الظروف ، جاء أول بوليميراز DNA في عالم كان يوجد فيه بالفعل RNA مزدوج الشريطة ، مما يعني أنه كان لديه إمكانية الوصول إلى قالب مُجهز. لم تكن هناك حاجة فورية لبوليميراز DNA مستقل عن التمهيدي ، ولم تكن هناك حاجة ملحة بعد ذلك.

كل هذه تكهنات. يبدو أن هناك بوليميريز DNA مستقل عن التمهيدي في بكتيريا محبة للحرارة (DOI: 10.1021 / bi0489614). يمكن تفسير وجودها بطريقتين متعاكستين: آلية قديمة ، أو تطور حديث ، مدفوعًا بالظروف الخاصة التي تعيش فيها هذه البكتيريا. الأول ينكر كل ما كتبته تقريبًا. "لماذا؟" الأسئلة في علم الأحياء دائمًا ما تكون خادعة.


في النسخ المتماثل لديك 2 خيوط. في النسخ لديك 1 جديلة مصنوعة.

يستخدم النسخ فقط حبلا DNA 3 '→ 5'. هذا يلغي الحاجة إلى شظايا أوكازاكي التي تظهر في تكرار الحمض النووي (على الشريط المتأخر).

كما أنه يزيل الحاجة إلى وجود مادة أولية من الحمض النووي الريبي لبدء تخليق الحمض النووي الريبي ، كما هو الحال في استنساخ الحمض النووي.

يحرر؛ بدلاً من ذلك ، يرتبط RNA Polymerase بمنطقة المروج لبدء النسخ ، في النسخ المتماثل (الخيط الرئيسي) يستخدم DNA 1 Primer لبدء. وكتعليق AMR ، لا يحتاج RNA Polymerase إلى إضافة نيوكليوتيدات إلى الجزء الموجود.


تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى

الكروموسوم بدائية النواة هو جزيء دائري له بنية ملفوفة أقل اتساعًا من الكروموسومات حقيقية النواة. كروموسوم حقيقيات النواة خطي وملفوف بدرجة عالية حول البروتينات. في حين أن هناك العديد من أوجه التشابه في عملية تكرار الحمض النووي ، فإن هذه الاختلافات الهيكلية تتطلب بعض الاختلافات في عملية تكرار الحمض النووي في هذين الشكلين من أشكال الحياة. تمت دراسة تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى على نطاق واسع ، لذلك سوف نتعلم العملية الأساسية لتكرار الحمض النووي بدائيات النوى ، ثم نركز على الاختلافات بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

كيف تعرف آلية النسخ من أين تبدأ؟ اتضح أن هناك تسلسلات محددة من النوكليوتيدات تسمى أصول النسخ المتماثل حيث يبدأ النسخ المتماثل. بكتريا قولونية له أصل واحد من النسخ المتماثل على كروموسومه الواحد ، كما تفعل معظم بدائيات النوى (شكل 1). يبلغ أصل النسخ المتماثل حوالي 245 زوجًا أساسيًا وهو غني بتسلسلات AT. يتم التعرف على هذا التسلسل من أزواج القواعد بواسطة بروتينات معينة ترتبط بهذا الموقع. انزيم يسمى هيليكس يفك الحمض النووي عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين أزواج القاعدة النيتروجينية. التحلل المائي ATP مطلوب لهذه العملية لأنه يتطلب طاقة. عندما ينفتح الحمض النووي ، تسمى الهياكل على شكل Y شوكات النسخ المتماثل تتشكل (شكل 1). يتم تشكيل اثنين من شوكات النسخ المتماثل في أصل النسخ المتماثل ويتم تمديدهما ثنائي الاتجاه مع استمرار النسخ المتماثل. بروتينات ربط أحادية الخيط (الشكل 2) غلف خيوط الحمض النووي المفردة بالقرب من شوكة النسخ المتماثل لمنع الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل من الالتفاف مرة أخرى إلى حلزون مزدوج.

شكل 1: تكاثر الحمض النووي في بدائيات النوى ، والتي لها كروموسوم دائري واحد.

الانزيم المهم التالي هو بوليميريز الحمض النووي الثالث، المعروف أيضًا باسم DNA pol III ، والذي يضيف النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى إلى سلسلة الحمض النووي المتنامية (الشكل 2). تتطلب إضافة النيوكليوتيدات طاقة يتم الحصول عليها من النيوكليوتيدات التي تحتوي على ثلاثة فوسفات مرتبطة بها. من الناحية الهيكلية ، فإن ATP عبارة عن نيوكليوتيد أدينين يحتوي على ثلاث مجموعات فوسفات متصلة بقطع الفوسفات الثالث تطلق الطاقة. بالإضافة إلى ATP ، هناك أيضًا TTP و CTP و GTP. يتكون كل منها من النيوكليوتيدات المقابلة مع ثلاثة فوسفات مرفقة. عندما تنكسر الرابطة بين الفوسفات ، تُستخدم الطاقة المنبعثة لتشكيل رابطة الفوسفوديستر بين النوكليوتيدات الواردة والسلسلة الحالية.

في بدائيات النوى ، تُعرف ثلاثة أنواع رئيسية من البوليميرات: DNA pol I و DNA pol II و DNA pol III. DNA pol III هو الإنزيم المطلوب لتخليق الحمض النووي DNA pol I يستخدم لاحقًا في العملية ويستخدم DNA pol II بشكل أساسي للإصلاح (هذا مثال مزعج آخر للتسمية التي تم إجراؤها بناءً على ترتيب الاكتشاف بدلاً من الترتيب منطقي).

إن بوليميراز الدنا قادر على إضافة النيوكليوتيدات فقط في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 (يمكن تمديد حبلا DNA جديد فقط في هذا الاتجاه). يتطلب مجموعة 3 & # 8242-OH مجانية (موجودة على السكر) والتي يمكن أن تضيف إليها النيوكليوتيد التالي عن طريق تكوين رابطة فسفودايستر بين نهاية 3 & # 8242-OH و 5 & # 8242 فوسفات من النيوكليوتيد التالي. هذا يعني بشكل أساسي أنه لا يمكن إضافة النيوكليوتيدات إذا لم تتوفر مجموعة 3 & # 8242-OH المجانية. ثم كيف تضيف النوكليوتيدات الأولى؟ تم حل المشكلة بمساعدة أ التمهيدي التي توفر نهاية 3 & # 8242-OH المجانية. إنزيم آخر بريماز الحمض النووي الريبي، يقوم بتوليف RNA التمهيدي الذي يبلغ طوله حوالي خمسة إلى عشرة نيوكليوتيدات ومكمل للحمض النووي. لا يتطلب RNA primase مجموعة مجانية 3 & # 8242-OH. لأن هذا التسلسل يهيئ تركيب الحمض النووي ، فإنه يسمى بشكل مناسب التمهيدي. يمكن لبوليميراز الحمض النووي الآن تمديد هذا الحمض النووي الريبي التمهيدي ، مضيفًا النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى التي تكون مكملة لخيط القالب (الشكل 2).

الشكل 2 تتشكل شوكة النسخ عندما يفصل الهليكاز خيوط الحمض النووي عند أصل النسخ المتماثل. يميل الحمض النووي إلى الالتفاف بدرجة أكبر قبل شوكة النسخ المتماثل. يكسر Topoisomerase العمود الفقري للفوسفات في الحمض النووي ويصلح قبل شوكة النسخ ، وبالتالي يخفف الضغط الناتج عن هذا الالتفاف الفائق. ترتبط بروتينات الربط أحادية الخيط بالحمض النووي أحادي السلسلة لمنع إعادة تشكيل الحلزون. يصنع Primase مادة أولية من الحمض النووي الريبي (RNA). يستخدم DNA polymerase III هذا التمهيدي لتجميع خيط DNA الابنة. على الخيط الرئيسي ، يتم تصنيع الحمض النووي بشكل مستمر ، بينما على الشريط المتأخر ، يتم تصنيع الحمض النووي في امتدادات قصيرة تسمى شظايا أوكازاكي. بوليميريز الحمض النووي 1 يستبدل الحمض النووي الريبي التمهيدي بالحمض النووي. يقوم DNA ligase بسد الفجوات بين شظايا Okazaki ، وربط الأجزاء في جزيء DNA واحد. (الائتمان: تعديل العمل لماريانا رويز فيلاريال)

تتحرك شوكة النسخ بمعدل 1000 نيوكليوتيد في الثانية. يمكن أن يمتد بوليميراز الحمض النووي فقط في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، مما يشكل مشكلة بسيطة في شوكة النسخ المتماثل. كما نعلم ، فإن الحلزون المزدوج للحمض النووي مضاد للتوازي أي أن أحد الخيطين في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 والآخر موجه في الاتجاه 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242. يتم تصنيع خيط واحد ، وهو مكمل لجدول الحمض النووي الأبوي 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242 ، بشكل مستمر نحو شوكة النسخ لأن البوليميراز يمكن أن يضيف نيوكليوتيدات في هذا الاتجاه. يُعرف هذا الخيط المركب باستمرار باسم الساحل الرئيسي. الشريط الآخر ، المكمل للحمض النووي الأبوي 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، يمتد بعيدًا عن شوكة النسخ ، في أجزاء صغيرة تعرف باسم شظايا أوكازاكي، كل منها يتطلب برايمر لبدء التوليف. تمت تسمية شظايا أوكازاكي على اسم العالم الياباني الذي اكتشفها لأول مرة. تُعرف الخصلة التي تحتوي على شظايا أوكازاكي باسم حبلا متخلفة.

يمكن تمديد الخيط الرئيسي بواسطة برايمر واحد فقط ، بينما يحتاج الخيط المتأخر إلى مادة أولية جديدة لكل جزء من أجزاء أوكازاكي القصيرة. سيكون الاتجاه العام للحبلة المتأخرة 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242 ، والاتجاه العام للخيط الرئيسي 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. بروتين يسمى انزلاق المشبك يحمل بوليميراز الحمض النووي في مكانه حيث يستمر في إضافة النيوكليوتيدات. المشبك المنزلق عبارة عن بروتين على شكل حلقة يرتبط بالحمض النووي ويثبت البوليميراز في مكانه. توبويزوميراز يمنع الالتفاف المفرط للحلزون المزدوج للحمض النووي قبل شوكة النسخ حيث أن الحمض النووي ينفتح ، فإنه يفعل ذلك عن طريق التسبب في شقوق مؤقتة في حلزون الحمض النووي ثم إعادة ختمه. مع استمرار عملية التوليف ، يتم استبدال بادئات الحمض النووي الريبي بـ DNA pol I ، الذي يكسر الحمض النووي الريبي ويسد الفجوات بنيوكليوتيدات الحمض النووي. يتم ختم النكات المتبقية بين الحمض النووي المركب حديثًا (الذي حل محل RNA التمهيدي) والحمض النووي المركب مسبقًا بواسطة الإنزيم ligase DNA يحفز تكوين رابط الفوسفوديستر بين الطرف 3 & # 8242-OH لنيوكليوتيد واحد ونهاية الفوسفات 5 & # 8242 للجزء الآخر.

(ملاحظة Lisa & # 8217s: أعتقد أن هذه العملية يكاد يكون من المستحيل تصورها من قراءة النص. أوصي بشدة بمشاهدة اثنين من الرسوم المتحركة / مقاطع الفيديو مثل تلك المتوفرة هنا. هناك روابط إضافية في Blackboard)

بمجرد أن يتم تكرار الكروموسوم بالكامل ، تنتقل نسختا الحمض النووي إلى خليتين مختلفتين أثناء انقسام الخلية. يمكن تلخيص عملية تكرار الحمض النووي على النحو التالي:

  1. يستريح الحمض النووي عند أصل التكرار.
  2. يفتح Helicase شوكات النسخ المتماثل المكونة للحمض النووي والتي يتم تمديدها في كلا الاتجاهين.
  3. تقوم بروتينات الربط أحادية الخيط بتغطية الحمض النووي حول شوكة النسخ المتماثل لمنع إعادة لف الحمض النووي.
  4. يرتبط Topoisomerase بالمنطقة قبل شوكة النسخ المتماثل لمنع الالتفاف الفائق (الالتفاف الزائد).
  5. يصنع Primase مواد أولية من RNA مكملة لخيط DNA.
  6. يبدأ DNA polymerase III في إضافة النيوكليوتيدات إلى 3 & # 8242-OH (السكر) نهاية التمهيدي.
  7. يستمر استطالة كل من الخيط المتأخر والرائد.
  8. تتم إزالة بادئات الحمض النووي الريبي (RNA) وتملأ الثغرات بالحمض النووي بواسطة DNA pol I.
  9. يتم سد الفجوات بين شظايا الحمض النووي بواسطة DNA ligase.

الجدول 1: الإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي بدائية النواة ووظائف كل منها.

استنساخ الحمض النووي بدائية النواة: الإنزيمات ووظائفها
إنزيم / بروتين وظيفة محددة
بول أنا يزيل نشاط نوكلياز خارجي الحمض النووي الريبي التمهيدي ويستبدل بالحمض النووي المركب حديثًا
DNA pol II وظيفة الإصلاح
DNA pol III الإنزيم الرئيسي الذي يضيف النيوكليوتيدات في الاتجاه 5 & # 8242-3 & # 8242
هيليكاس يفتح حلزون الحمض النووي عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية
ليجاس يسد الفجوات بين شظايا أوكازاكي لإنشاء خيط DNA مستمر
بريماز يركب الاشعال RNA اللازمة لبدء النسخ المتماثل
انزلاق المشبك يساعد على تثبيت بوليميراز الحمض النووي في مكانه عند إضافة النيوكليوتيدات
توبويزوميراز يساعد في تخفيف الضغط الواقع على الحمض النووي عند الفك عن طريق التسبب في حدوث فواصل ثم إعادة ختم الحمض النووي
بروتينات الربط أحادية الخيط (SSB) يرتبط بالحمض النووي أحادي الجديلة لتجنب إرجاع الحمض النووي إلى الوراء.

تمت دراسة تكرار الحمض النووي بشكل جيد للغاية في بدائيات النوى ، ويرجع ذلك أساسًا إلى صغر حجم الجينوم والعدد الكبير من المتغيرات المتاحة. الإشريكية القولونية يحتوي على 4.6 مليون زوج قاعدي في كروموسوم دائري واحد ، ويتم تكرار كل ذلك في حوالي 42 دقيقة ، بدءًا من أصل واحد للنسخ المتماثل والتقدم حول الكروموسوم في كلا الاتجاهين. هذا يعني أنه يتم إضافة ما يقرب من 1000 نيوكليوتيد في الثانية. هذه العملية أسرع بكثير من حقيقيات النوى.


الإجابات والردود

لقد طرحت هذا السؤال في مكان آخر لكنهم قالوا ذلك ببساطة .. إن بوليميراز الحمض النووي ليس لديه القدرة على ذلك بداية بلمرة الحمض النووي ولكني أعرف ذلك بالفعل ولا يجيب على سؤالي.

لا يختلف الحمض النووي الريبي كثيرًا عن الحمض النووي (تقريبًا فيما يتعلق بتفاعل البلمرة). إذا كان يمكن أن يبدأ بوليميراز الحمض النووي الريبي بدون أي تمهيدي. يبدو أنه لا توجد مشكلة ميكانيكية كبيرة لبوليميراز الحمض النووي في القيام بذلك. هل لها علاقة بالدقة؟ مثل ، نوع التصميم المطلوب لبدء البلمرة من الصفر يأتي على حساب الدقة (أي أن عملية النسخ تصبح أكثر عرضة للخطأ). أم أن هناك اختلافًا جوهريًا (آلية مختلفة تمامًا) في طريقة عمل بوليميراز الحمض النووي الريبي وبوليميراز الحمض النووي؟
بالمناسبة سؤال مكمل ، لماذا بوليميراز RNA منخفض الدقة؟

لأن DNApol يحتاج إلى مجموعة هيدروكسيل مجانية 3 بوصات لإضافة النيوكليوتيد أيضًا. موقعه النشط غير قادر على بدء البلمرة نفسها.

الموقع النشط لـ RNApol قادر على بدء البلمرة في تسلسل المروج. يكمن الاختلاف بين الاثنين في هندسة وطبيعة مواقعهم النشطة.

قم بتحرير سؤالك التكميلي RNA polymerase & quotlow fidelity & quot لأنه لا يمكن إثبات قراءته مثل علبة DNApol. يفتقر إلى نوكلياز خارجي يعمل على إثبات القراءة.


مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: DNA Polymerase I

بمجرد أن يزاوج DNA Polymerase III غالبية النيوكليوتيدات D التكميلية على الخيط المتطور والمتأخر ، لا تزال بادئات RNA موجودة. إنزيم بوليميريز DNA آخر ، بوليميريز الحمض النووي أنا يقرأ كلاً من السلاسل الرائدة والمتأخرة من 5 "إلى 3" من السلاسل الأبوية لتحل محل النيوكليوتيدات R مع نيوكليوتيدات D. بينما يتم تصنيع الخيط الرئيسي بشكل مستمر ، لا يزال هناك RNA تمهيدي في أصل فقاعة النسخ. يتم استبداله أيضًا بـ DNA Polymerase I.

مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: Ligase

بعد استبدال DNA Polymerase I ببادئات RNA ، لا يوجد ارتباط فسفوديستر بين شظايا Okazaki. إنزيم آخر يجاز، ينتقل عبر الخيط المتأخر مكونًا رابط الفوسفوديستر الذي يربط شظايا أوكازاكي.

يربط Ligase شظايا Okazaki معًا.

مرحلة الإنجاز من النسخ المتماثل: تيلوميراز

في بدائيات النوى ، بمجرد الانتهاء من توصيل الليغاز بشظايا أوكازاكي ، يتم تكرار الحمض النووي بنجاح. هذا يرجع إلى الشكل الدائري للحمض النووي الخاص بهم. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي حقيقي النواة خطي. وهذا يطرح مشكلة في الخيط المتأخر. في نهاية الكروموسومات ، والمعروفة باسم التيلوميرات، لا يوجد مكان للاتصال DNA Polymerase III بسبب عدم وجود RNA التمهيدي. إذا تركت هذه النيوكليوتيدات D الموجودة في التيلوميرات غير مركبة ، فإن خيوط الحمض النووي ستصبح في النهاية أقصر مع كل تكرار. يُعتقد أن الشيخوخة هي نتاج خلل في الإنزيم تيلوميراز.

يمتد التيلوميراز نهايات (التيلوميرات) من الخيط المتأخر.

التيلوميراز هو إنزيم يرتبط بالطرف غير المركب من الخيط المتأخر ويحفز تخليق الحمض النووي من قالب الحمض النووي الريبي الخاص به ، على غرار الهندسة العكسية. في أحد طرفي الإنزيم تيلوميراز ، تتحد بضع نيوكليوتيدات R مع نهاية الخيط غير المتماثل. ثم يضيف التيلوميراز D-nucleotides إلى نهاية الخيط المتأخر.

الأطراف المقابلة للإنزيم تيلوميراز متطابقة. ينتهي الجانب المقابل من الإنزيم تيلوميراز (إذا قرأت من اليسار إلى اليمين) بنفس نوكليوتيدات R (AUU). يستخدم التيلوميراز هذه الظاهرة للفصل بمجرد تمديد الخيط المتأخر ثم إعادة ربطه مرة أخرى بنهاية الشريط المتأخر الممتد. يقوم الإنزيم تيلوميراز المعاد توصيله بتكرار نسخة مطابقة أخرى إلى الشريط المتأخر. تحدث هذه العملية عدة مرات ويتم إزالة الإنزيم تيلوميراز في النهاية.

بمجرد أن يطيل الإنزيم تيلوميراز الخيط الأبوي المتأخر ، يعلق بريماز توليف تمهيدي RNA ، والذي يسمح لـ DNA Polymerase III بتكرار النيوكليوتيدات D المتبقية على الخيط غير المكرر. يدمج Ligase الجزء الأخير المتبقي من خلال إنشاء رابط الفوسفوديستر النهائي. ينتج عن هذا نسختان دقيقتان من الحمض النووي الأصلي مع تيلوميرات أطول قليلاً.

اصلاح الاخطاء

إن DNA Polymerase III دقيق للغاية. يعمل بوليميراز DNA آخر كقارئ إثبات ، بوليميريز DNA II. بمجرد اكتمال النسخ المتماثل ، ينتقل DNA Polymerase II عبر الرابط الكامل لخيوط DNA الأبوية بحثًا عن أزواج قاعدة غير متطابقة. بمجرد اكتشاف عدم التطابق ، يقوم DNA Polymerase II بإزالة D-nucleotide من خيط DNA الجديد واستبداله بـ D-nucleotide المكمل للشريط الأبوي.

ومع ذلك ، حتى خطوة التدقيق اللغوي هذه ليست دقيقة تمامًا ، فقد يحدث فقدان زوج أساسي غير متطابق تقريبًا مرة واحدة كل مليار مرة. تؤدي هذه الأخطاء إلى حدوث طفرات على مستوى النوكليوتيدات. هذه الطفرات هي الطريقة الوحيدة التي يتم من خلالها تكوين الأليلات الجديدة ، وعادة ما تكون محايدة أو ضارة بالنسبة إلى اللياقة. في بعض الأحيان ، ستخلق هذه الطفرات أنماطًا ظاهرية مفيدة تسمح لهذه الكائنات الحية باحتمال أكبر للبقاء والتكاثر. تميل هذه الطفرات إلى التضخيم في الأجيال القادمة بسبب الانتقاء الطبيعي.


لماذا يعد النسخ المتماثل مهمًا جدًا؟

من أهم مبادئ المنهج العلمي قابلية اعادة الأنتاج. يجب أن تكون النتيجة الصالحة قابلة للتكرار بشكل مستقل ، في حين أن النتيجة غير الصالحة (التي تحققت في الأصل بسبب خطأ ما أو ربما مجرد صدفة) لن تكون قادرة على إعادة إنتاجها باستمرار.

هذا مفهوم لم أفهمه تمامًا لفترة طويلة. كنت قد استنتجت أن مضاعفة حجم عينة التجربة ، على سبيل المثال ، يجب أن تكون طريقة جيدة لتأكيد نتائجها مثل إجراء نفس التجربة مرة ثانية بعينة مختلفة من نفس الحجم. بدا هذا بديهيًا بالنسبة لي ، لكنني أدركت في النهاية سبب عدم حدوث ذلك.

السبب في أن هذا هو الحال له علاقة درجات حرية الباحث. في التجربة الأصلية ، يتمتع المجربون بحرية اتخاذ خيارات معينة. ربما تم إجراء بعض الخيارات مسبقًا ، في حين يتم إجراء البعض الآخر بعد بدء الدراسة. قد لا يتم اتخاذ جميع هذه الخيارات بوعي ، أو قد يتم إجراؤها بوعي فقط مع التحيز اللاواعي ، ولكن حقيقة أن الاختيارات تتم على الإطلاق بعد بدء التجربة تؤثر على موثوقية النتائج.

في المقابل ، عندما يتم تكرار تجربة جيدة التصميم ، يكون للخيارات الكل تم إجراؤه مسبقًا ، حيث أن النسخ المتماثل يتبع بالضبط نفس البروتوكولات مثل الدراسة الأصلية. وهذا يشمل إجراء نفس القياسات والخضوع لنفس التحليل. هذا يقلل من درجات حرية الباحث في تجربة النسخ المتماثل ، لذلك إذا أمكن إعادة إنتاج نفس النتائج ، فهذا مؤشر جيد على أن النتائج الأصلية كانت دقيقة ، في حين أنه إذا كان بإمكانهم & # 8217t ، فمن المحتمل أن يعني ذلك أنها كانت بسبب مزيج من بعض التحيز والفرصة.

في بعض النواحي ، يمكن أن يكون هذا بديهيًا جدًا. على سبيل المثال ، إذا كان على المجربين إجراء مجموعة متنوعة من التحليلات الإحصائية على بياناتهم وتحديد التحليل الأكثر ملاءمة لفرضيتهم ، فإن تكرار التجربة باستخدام نفس الطريقة التي تم تحديدها مسبقًا سيقلل من التحيز من القرار الأولي.

استخدام آخر رائع للنسخ المتماثل هو تأكيد نتائج مقارنات المجموعات الفرعية. على سبيل المثال ، إذا كنت أدرس تأثير دواء جديد على خفض ضغط الدم ، فقد أقوم بإجراء مقارنات بين عدة مجموعات فرعية وأجد أنه فعال بشكل خاص في الأشخاص المصابين بداء السكري من النوع 1 ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، مع إجراء المزيد من المقارنات ، يرتفع شريط الدلالة الإحصائية أعلى وأعلى. إذا كنت بحاجة إلى أن أكون واثقًا بنسبة 95٪ من أن نتيجتي ليست بسبب فرصة أن تكون ذات دلالة إحصائية ، فيمكنني أن أتوقع أن تظهر نتيجة واحدة من كل 20 نتيجة مهمة بالصدفة وحدها. هناك & # 8217s شريط xkcd رائع يوضح كيف يمكن أن يؤدي ذلك إلى نتائج غير موثوقة (تذكر قراءة الشريط & # 8217s النص البديل أثناء & # 8217re هناك) & # 8211 xkcd: مهم

أجد سيناريو يُعرف باسم & # 8220Monty Hall problem & # 8221 (أو & # 8220Three door problem & # 8221) ليكون تشبيهًا توضيحيًا لأهمية درجات حرية الباحث ، خاصة في إظهار مدى عدم بديهية هذه الأهمية. المشكلة هي شيء من هذا القبيل:

تخيل أنك & # 8217 متسابق في عرض لعبة. يوجد أمامك 3 أبواب ، وعليك أن تختار أحدها. لقد تم إخبارك أنه يوجد خلف أحد هذه الأبواب سيارة ، ولكن خلف كل باب من البابين الآخرين يوجد عنزة. يمكنك الاحتفاظ بكل ما هو خلف الباب الذي تفتحه ، وبالطبع تريد الفوز بالسيارة.

بعد أن تحدد اختيارك الأولي ، يفتح مضيف عرض اللعبة أحد البابين اللذين تختارهما لم & # 8217t يختار ويظهر لك أن هناك عنزة خلفه. الآن ، بعد رؤية هذا ، يتم منحك الفرصة لتغيير اختيارك.

يبدو الأمر بديهيًا كما لو أن تغيير اختيارك لن يؤثر على فرصك في الفوز. بعد كل شيء ، أنت تعلم أن الباب الذي اخترته لديه فرصة واحدة من 3 لوجود السيارة خلفه ، وإذا اخترت الباب المتبقي أولاً ، فستحصل على نفس الفرصة.

ومع ذلك ، فإن تغيير اختيارك في هذه المرحلة سيفعل ذلك مزدوج احتمالات اختيار السيارة.

أجد أن أسهل طريقة لفهم ذلك هي استعراض كل احتمال لإظهار النتائج.

عندما تختار بابًا لأول مرة ، هناك احتمالان & # 8211 إما أنك اخترت الباب بالسيارة ، أو أنك & # 8217ve اخترت أحد الأبواب مع ماعز. في محاولة واحدة من كل ثلاث محاولات ، ستختار الباب الصحيح أولاً ، وإذا لم تغير قرارك & # 8217 ، فستحصل على السيارة. في المحاولتين المتبقيتين ، ستختار بابًا غير صحيح أولاً وتحصل على عنزة. لذا ، فإن فرصة اختيار السيارة إذا كنت لا & # 8217t تغيير قرارك هو 1/3.

ماذا لو غيرت اختيارك ، رغم ذلك؟ 1/3 مرات أنك اخترت السيارة في الأصل ، لذلك عندما تغير قرارك ، ستخسر. ومع ذلك ، ماذا لو كان الباب الأول الذي اخترته خلفه تيس؟ في هذه الحالة ، سيفتح المضيف الباب الآخر الذي يوجد خلفه تيس ، وبالتالي فإن الباب الوحيد المتبقي هو الباب الذي به السيارة. هذا يعني أنك إذا قمت بتغيير اختيارك فأنت مرتين من المرجح أن تفوز ، لأن فرصتك في الفوز ستكون 2/3.

تنطبق هذه القوة نفسها على درجات حرية الباحث. يمكن أن يكون للقرارات التي يتم اتخاذها بمجرد معرفة بعض البيانات أو كلها تأثير على موثوقية النتيجة.

من أجل إظهار قوة النسخ المتماثل ، دع & # 8217s نعيد تخيل مشكلة مونتي هول. هذه المرة ، أنت تعلم أن هناك 3 أبواب ، وخلف كل منها إما سيارة أو عنزة ، ونفس الأشياء موجودة & # 8217t دائمًا خلف نفس الأبواب. ومع ذلك ، لا تعرف ما إذا كان هناك ماعزان وسيارة واحدة أو إذا كان هناك سيارتان وماعز واحد.

الآن ، لنتخيل & # 8217s أنك تريد اختبار الفرضية القائلة بوجود سيارتين وماعز واحد خلف الأبواب. من أجل اختبار ذلك ، تختار بابًا تعتقد أن خلفه سيارة. بمجرد اتخاذ هذا الاختيار & # 8217 ، تكتشف بطريقة ما أن أحد الأبواب الأخرى خلفه ماعز ، ومعرفة ذلك يجعلك (بوعي أو بغير وعي ، لا يهم) تغيير قرارك إلى الباب المتبقي.

من أجل تحديد احتمال اختيار السيارة & # 8217d ، عليك & # 8217d تكرار ذلك عدة مرات. باستخدام هذا النهج ، يمكنك & # 8217d اختيار السيارة بمعدل 2 من كل 3 محاولات. قد يقودك هذا إلى استنتاج أنه يجب أن تكون هناك سيارتان خلف الأبواب ، بدلاً من واحدة فقط. ومع ذلك ، نحن نعلم أن هذا ليس هو الحال! سنكون قادرين على إظهار ذلك من خلال تكرار التجربة.

في هذه الحالة ، قد تختار تجربة لتكرار هذه النتائج نفس الأبواب التي اخترتها التجربة الأولى في النهاية. نظرًا لأن هذه التجربة قد قللت من درجات حرية الباحث عن طريق اتخاذ هذه الخيارات مسبقًا ، فسيتم العثور على نتيجة التجربة الأصلية غير قابلة للتكرار.

بالطبع ، هذا التشبيه مبالغ فيه لجعل وجهة نظري واضحة للغاية. في الواقع ، التحيزات التي ينطوي عليها الأمر أكثر دقة ، لكنها لا تزال موجودة. الشيء المهم الذي يجب إدراكه هو أنه من الممكن ، حتى مع أفضل النوايا المطلقة ، الوصول إلى نتيجة غير موثوقة بسبب التحيز اللاواعي. في الواقع ، يمكن اتخاذ كل قرار بمفرده بأمانة ويبدو أنه مبرر في ذلك الوقت ، ولكن التأثير المتراكم للعديد من هذه الخيارات سيكون له تأثير على النتائج. بسبب هذا فإن النسخ المتماثل مهم جدًا في العلوم.

تشمل الخيارات الشائعة التي يمكن أن تؤثر على موثوقية النتائج من خلال إجرائها بعد بدء التجربة متى يتم إيقاف التجربة وكيفية تحليل البيانات ومقارنات المجموعات الفرعية التي يجب إجراؤها.

التفسير الذي ساعدني حقًا في إدراك ذلك كان بواسطة ستيف نوفيلا في الحلقة 373 من بودكاست SGU (يبدأ المقطع ذي الصلة في الساعة 12:04) ، حيث ناقش تكرار بحث Psi الذي أجراه داريل بيم. كتب هو & # 8217s منشورًا حول البحث الأصلي على مدونته الخاصة ، مدونة Neurologica: Bem & # 8217s Psi Research ، ومنشورًا عن النسخ المكررة على الطب القائم على العلم: قوة النسخ المتماثل & # 8211 Bem & # 8217s Psi Research.

باختصار ، كانت تجارب Bem & # 8217 مصممة جيدًا (في الأساس أجرت بعض التجارب النفسية الكلاسيكية بترتيب عكسي) وكانت النتائج ذات دلالة إحصائية ويبدو أنها تشير إلى أن الأشخاص أظهروا إدراكًا مسبقًا: القدرة على التنبؤ بأحداث مستقبلية عشوائية مفترضة. ومع ذلك ، عندما تم تكرار بعض تجاربه مع جميع القرارات التي تم اتخاذها مسبقًا ، لم تظهر النتائج قدرة أفضل مما هو متوقع بالصدفة.

في بعض الأحيان ، يعطي العلم الجيد نتائج غريبة وغير متوقعة. في بعض الحالات ، كما هو الحال في أبحاث Bem & # 8217s psi ، يمكن حتى تسمية النتائج بأنها استثنائية. ومع ذلك ، يمكن أن تحدث الإيجابيات الخاطئة لعدة أسباب ، لذلك في مثل هذه الحالات ، من المهم أن نتذكر أن & # 8220 الادعاءات غير العادية تتطلب أدلة غير عادية & # 8221. في مواجهة مثل هذه الادعاءات ، فإن المسار الصحيح للعمل ليس القفز على عربة أو تجاهل النتائج على أنها خاطئة ، ولكن في البحث عن تكرار الجودة. نحن نعيش في عالم صادق ، ومع الوقت ستنتهي الحقيقة.


تعبير الجينوم الفيروسي

مع بعض الاستثناءات القليلة للترجمة في الخلية المضيفة تبدأ في كودون البدء 5 & # x02032 ، يرتفع الريبوسوم على طول قالب الرنا المرسال ، بدمج كل حمض أميني جديد ، وينتقل من كودون إلى التالي حتى كودون الإنهاء. بالنسبة للعدوى المنتجة ، يجب أن تستخدم الفيروسات هذه الآلية ، وأن تظل مستقرة وغير مكتشفة في الخلية. كما هو مذكور في الأقسام السابقة ، فإن العديد من النصوص الفيروسية قد حددت اختلافات هيكلية من mRNAs الخلوية التي تمنع بدء الترجمة ، مثل عدم وجود هيكل غطاء 5 & # x02032 أو وجود مناطق زعيم غير قابلة للترجمة 5 & # x02032 تحتوي على نسخ و / أو إشارات التغليف. علاوة على ذلك ، في حين أن الغالبية العظمى من mRNAs الخلوية أحادية النواة ، يجب أن تعبر الفيروسات في كثير من الأحيان عن بروتينات متعددة من mRNAs الخاصة بها. نتيجة لذلك ، طورت الفيروسات عددًا من الآليات للسماح بتخصيص الترجمة وفقًا لاحتياجاتها الخاصة.

يعتبر الاستغلال المباشر لآلة السد الخلوي نموذجيًا لفيروسات الدنا التي تتكاثر في النواة. تشمل الاستراتيجيات الأخرى التي تستخدمها الفيروسات الشروع الداخلي في ترجمة الحمض النووي الريبي غير المغطى في فيروسات البيكورنا وأقاربها ، وانتزاع قليل النوكليوتيدات المغطاة من المضيف قبل الرنا المرسال لبدء النسخ الفيروسي في فيروسات الحمض النووي الريبي السالبة الجديلة ، وتجنيد الجينات من أجل حقيقيات النوى التقليدية. اكتب إنزيمات السد التي ظهرت على ما يبدو بشكل مستقل في مجموعات متنوعة من الفيروسات (فيروسات flavivirus ، reoviridae ، فيروسات الجدري ، فيروسات أسفار ، بعض الفيروسات القزحية ، فيروسات الفيكودنا ، فيروسات mimivirus ، baculoviruses ، nudiviruses).

ترتبط ذيول بولي (A) ، في نهاية 3 & # x02032 ، ببروتينات ملزمة بولي (A) تعمل على استقرار الرنا المرسال في السيتوبلازم عن طريق حماية نهاية mRNA المركب حديثًا 3 & # x02032 ضد تدهور حال النواة الخارجية. تفتقر العديد من فيروسات ssRNA (+) إلى ذيل بولي (A) ، لكنها لا تزال تترجم بكفاءة. على سبيل المثال ، الفيروسات المصفرة (على سبيل المثال ، فيروس حمى الضنك, فيروس غرب النيل) يحتوي على جينوم RNA متوج يحتوي على تسلسلات محفوظة في النهايات 5 & # x02032 و 3 & # x02032 ، مما يسمح بالتعميم والترجمة الفعالة. تشمل الأمثلة الأخرى التي تتبع نفس الاستراتيجية فيروسات الروتا وفيروسات الأقزام الصفراء والشعير وربما فيروس هيبايفيروس سي (HCV).

نظرًا لأن الخلايا حقيقية النواة ليست مجهزة لترجمة mRNA متعدد الكريات إلى عدة بروتينات فردية ، فإن فيروسات الحمض النووي تتغلب على هذا القيد باستخدام الآلية الخلوية لربط mRNA متعدد الكريات الخاص بها إلى mRNA أحادي. من ناحية أخرى ، لا تستطيع فيروسات الحمض النووي الريبي ، التي تتكاثر في الغالب في السيتوبلازم ، الوصول إلى آليات المضيف هذه ، وبالتالي تنتج sgRNAs أحادي (مثل فيروسات الكورونا وفيروسات كلوستيروفيرس) ، وتستخدم جينومات مجزأة حيث تكون معظم الشرائح أحادية النواة (على سبيل المثال ، فيروسات reovirus و orthomyxoviruses) ). ومع ذلك ، فإن استخدام هذه الآليات لا يخلو من العواقب: (1) يمكن التعبير عن بعض البروتينات الفيروسية من sgRNAs ولكن لا يزال يتعين ترجمة مكونات مجمع النسخ المطلوب في وقت مبكر من العدوى من الحمض النووي الريبي الجينومي ، (2) الفيروسات مع يجب أن تضمن الجينومات المجزأة التغليف الصحيح للأجزاء المختلفة ، و (3) يمثل التعبير متعدد البروتين استخدامًا غير فعال لموارد الخلية المضيفة حيث يتم إنتاج جميع بروتينات الفيروس بكميات متساوية ، على الرغم من أن البروتينات التحفيزية غالبًا ما تكون مطلوبة بكميات أقل بكثير من البروتينات الهيكلية. تتضمن الآليات البديلة والأكثر كفاءة للتعبير عن بروتينات متعددة من مرنا فيروسي واحد دخول الريبوسوم الداخلي ، والمسح المتسرب ، وتحويل الريبوسوم ، وإعادة التهيئة ، وتحويل الإطارات الريبوزومية ، وإيقاف قراءة الكودون. بالإضافة إلى ذلك ، طورت العديد من الفيروسات البروتينات و / أو العناصر الهيكلية للحمض النووي الريبي التي تعزز ترجمة mRNAs الفيروسية. يتم تسهيل التعبير الجيني الفيروسي من خلال امتلاك إشارات تنظيمية داخل mRNAs الفيروسية التي يمكن التعرف عليها من قبل الخلية المضيفة. تمكن هذه الإشارات في النهاية الفيروس من إيقاف التعبير الجيني للمضيف لضمان التعبير الجيني الفيروسي التفضيلي. تتم مراجعة الاستراتيجيات في القسم التالي.

تعطيل الجمعية المعقدة بدء النسخ

يمكن النظر إلى النسخ على أنه عملية ثلاثية الطور شديدة التنظيم: البدء والاستطالة والإنهاء. يتطلب بدء النسخ توظيف وتجميع مجمع بدء نسخ ربط DNA متعدد البروتينات كبير. خلال مسار التطور ، طورت عدة فيروسات استراتيجيات تؤثر على تحميل عوامل بدء نسخ العائل إلى مجمعات النسخ ، والتي توقف في النهاية تخليق البروتين المضيف (الشكل 3.4). تتنافس نسخ mRNA الفيروسية ضد mRNAs الخلوية وتفضل الوصول إلى آلية التعبير الجيني الخلوي.

الاستراتيجيات المختلفة التي تستخدمها الفيروسات لتقليل تنظيم نسخ المضيف. ال تاتا بربط الثور صيتم تثبيط البروتين (TBP) بواسطة بروتين HPV-16 E7 أو عن طريق بروتين E1A الفيروسي الغدي ، ويتم تقطيعه بواسطة بروتياز فيروس شلل الأطفال 3C فيروس Thogoto يتفاعل بروتين ML مع المضيف TFIIB ويمنع بشدة المروجين الخاضعين للتنظيم IRF3 و NF-kappa-beta HHV-3 IE63 الذي يستهدف TFIIE ، بينما فيروس حمى الوادي المتصدع (RVFV) يستهدف مجمع TFIIH. الفيروسات: PV ، Poliovirus HPV-16 ، فيروس الورم الحبيبي Gammapillomavirus 16 HHV-3 ، فيروس الهربس البشري 3.

نضج Termini والتعديل

يقترن استطالة وإنهاء النسخ بمعالجة نهاية mRNA حيث يتم إنشاء غطاء 5 & # x02032 (مضاف مشترك أو بعد النسخ) و 3 & # x02032 بولي (A) على نهايات حبلا mRNA. يشير الغطاء 5 & # x02032 إلى 7-methylguanosine (m7G) الذي تمت إضافته إلى نهاية 5 & # x02032 لنسخة mRNA. تعتبر النهاية المعالجة 5 & # x02032 مهمة لأن الغطاء 5 & # x02032 هو موقع تجميع مجمع بدء الترجمة ، وهو يحمي ويثبت حبلا mRNA من 5 & # x02032-3 & # x02032 تدهور حال النواة عند تصديره إلى الخارج النواة وفي السيتوبلازم للترجمة. تبدأ عملية المسح لتحديد موقع رمز البدء لبدء الترجمة في نهاية 5 & # x02032 ، ويسمح تسلسل الغطاء 5 & # x02032 بالتعرف المناعي على الحمض النووي الريبي الأجنبي (بما في ذلك النصوص الفيروسية) كـ & # x0201cغير الذاتية. & # x0201d Cap snatching يشير إلى آلية تستخدمها فيروسات ssRNA (& # x02212) غير قادرة على تصنيع غطاء 5 & # x02032 الخاص بهم. يتضمن انتزاع الغطاء انقسام تسلسل نوكليوتيد قصير ، بطول 10 & # x0201320 nts ، من نهاية 5 & # x02032 من mRNAs الخلوية (الشكل 3.5). يمكن أن يكون جهاز السد إما مشتقًا من المضيف أو مشتقًا من الفيروسات. إذا تم ترميز الفيروس ، يتم إجراء الانقسام بواسطة نشاط نوكلياز داخلي لـ RdRp الفيروسي. تسلسل التكامل المشترك بين النيوكليوتيدات داخل موقع الانقسام من mRNA المانحة والحمض النووي الريبي الفيروسي يسهل انتزاع الغطاء الناجح. أعضاء Arenaviridae و ال Orthomyxoviridae العائلات ، جنبًا إلى جنب مع معظم إن لم يكن جميع أفراد النظام بونيافيرالs ، سرقة 5 & # x02032 نهايات mRNAs المضيفة لدمج عنصر الاستقرار العامل في رابطة الدول المستقلة في النصوص الخاصة بهم. تشير الاكتشافات الحديثة إلى أن مثيلة 2 & # x02032-O لهياكل الغطاء يتم التعرف عليها عن طريق الإنترفيرون المناعي الفطري للتمييز بين المضيف مقابل نسخ الفيروسات. إن آليات سرقة الغطاء التي تستخدمها فيروسات الرنا المجزأة لتوليد الرنا المرسال الخاص بها تتحايل على نظام الكشف الفطري هذا.

غطاء انتزاع من mRNA الخلوي. تتضمن الآلية انقسام شظايا قصيرة من نهاية 5 & # x02032 من mRNAs الخلوية واستخدام هذه الأجزاء المغطاة لتخليق mRNAs الفيروسية.

دخول الريبوسوم الداخلي

يتطلب البدء الفيروسي للترجمة في غياب 5 & # x02032cap تنشيط آليات الترجمة غير الكنسية. مجال RNA ، يسمى أناداخلي صإيبوسوم هntry سite (IRES) ، يتيح بدء الترجمة بشكل مستقل عن الغطاء ، ويمكن أن يسمح ببدء الترجمة في موقع غير خاص بـ 5 & # x02032cap. تعتبر عناصر IRES مهمة للفيروسات بدون غطاء 5 & # x02032 لأنها تسمح بتجنيد الريبوسوم في ظل ظروف يتم فيها قمع تخليق البروتين المعتمد على الغطاء بشدة. كريبا يسمح IRES أيضًا ببدء الترجمة على tRNA ألانين أو الجلوتامين وليس بالضرورة الحمض الريبي النووي النقال الميثيونين. حلقات دبوس الشعر المصب عبارة عن هياكل RNA تسهل بدء الترجمة المعتمدة على الغطاء في غياب عوامل بدء ترجمة eIF2.

بالإضافة إلى ذلك ، تملي الحالة الفسيولوجية للخلية المصابة ما إذا كانت نسخ mRNA المضيفة تخضع لترجمة تعتمد على الغطاء أو ترجمة مستقلة عن الغطاء. عندما تعرض الخلية وظائف التدبير المنزلي العادية ، تتم ترجمة mRNAs الخلوية بواسطة آلية تعتمد على الغطاء ، ومع ذلك ، في ظل ظروف مرهقة ، مثل الصدمة الحرارية ، والعدوى الفيروسية ، ونقص الأكسجة ، والإشعاع ، تتحول آلية الترجمة من تبعية الغطاء إلى IRES- آليات مدفوعة. تؤدي الإصابة بمجموعة من الفيروسات إلى تنشيط استجابة الإجهاد ER ، مما يؤدي إلى تحفيز الترجمة المعتمدة على IRES. لوحظ هذا التبديل على نطاق واسع في picornaviruses نظرًا لأن نسخ mRNA الفيروسية لا تحتوي على غطاء m7G في نهاياتها 5 & # x02032. على هذا النحو ، يمكن للفيروسات التي تحتوي على IRES الاستفادة بكفاءة من استجابة الإجهاد للخلايا المضيفة ER لتكاثرها. يتم تحقيق تثبيط الترجمة المعتمدة على الغطاء للـ mRNAs الخلوية إما عن طريق العدوى الفيروسية أو عوامل الإجهاد من خلال (1) الانقسام المحدد لعوامل بدء الترجمة الخلوية بواسطة فيروس نقص المناعة البشرية والبروتياز picornaviral أو الكاسبيسات الخلوية ، (2) الفسفرة النشطة للعوامل والعوامل المساعدة للترجمة ، مثل eIF2 & # x003b1 ، (3) الإنتاج المفرط لبروتين ربط الغطاء eIF4E ، والذي يتفاعل مع eIF4G وينتج عنه ضعف مركب eIF4 ، و (4) تقييد وظيفة eIF4E عن طريق تنشيط microRNAs التي ، مرة أخرى ، يعطل تجميع مجمع eIF4.

بولي (أ) المخلفات

تعد إضافة 3 & # x02032 poly (A) آلية معالجة نهائية أخرى مطلوبة لحماية نسخة mRNA من التحلل النووي في السيتوبلازم وتمكين استقرار mRNA. هذا هو موقع ارتباط بروتين الربط متعدد (A) في السيتوبلازم. تخضع نسخ mRNA الخلوية لعديد الأدينيل من خلال الانقسام في تسلسل الإشارة AAUAAA بواسطة CPSF (جترك و صolyadenylation سخصوصية Fالممثل) و CSTF (عامل تحفيز الانقسام). يتم تصنيع mRNAs الفيروسية بدون تسلسل الإشارة هذا. يحدث التلعثم في موقع يحتوي على تسلسل زلق (يتكرر أحادي النوكليوتيد) ويتضمن تغيرات إطار متكررة من قاعدة واحدة على حبلا الرنا المرسال (الشكل 3.6). إنها آلية تستخدمها فيروسات RNA (& # x02212) للعائلات Bornaviridae, Filoviridae, الفيروسات المخاطية, Rhabdoviridae، و Orthomyxoviridae لعديد الأدينيلات mRNAs الخاصة بهم. إضافة ذيل poly (A) إلى الطرف 3 & # x02032 لنصوص mRNA يحمل امتدادًا من خمسة إلى سبعة من بقايا اليوريدين الموجودة على مقربة من الطرف 5 & # x02032 لقالب RNA الفيروسي. لتحقيق ذلك ، يظل RdRp المشفر فيروسيًا مرتبطًا بالمحطة 5 & # x02032 لقالب الحمض النووي الريبي الفيروسي ، مما يؤدي إلى عائق صارم في هذا الموقع. عند التعرف على إشارة البولي أدينيل ، يتحرك RdRp ذهابًا وإيابًا على امتداد بقايا U هذا ، ونسخ هذه البقايا بشكل متكرر ، وينتج امتدادًا من الأدينينات بشكل فعال ، ذيل بولي (A) في نهاية 3 & # x02032 من mRNA الفيروسي.

آلية التأتأة. يتضمن التلعثم انزلاق بوليميراز الحمض النووي الريبي عبر تسلسل إيقاف كودون على تسلسل mRNA الخلوي الذي ينتج عنه إضافة بقايا A على حبلا mRNA الفيروسي مما يؤدي بشكل فعال إلى إدخال ذيل بولي (A) على مرنا الفيروسي. تعد إضافة 3 & # x02032 poly (A) آلية معالجة نهائية أخرى تحمي نسخة mRNA من التحلل النووي في السيتوبلازم وتمكن من استقرار mRNA.

تحرير RNA

هذه الآلية ، التي لوحظت أيضًا في بعض حقيقيات النوى ، تسمح لفيروسات RNA (باستثناء فيروسات dsRNA) بإنتاج بروتينات متعددة من جين واحد. في هذه الفيروسات ، يقرأ بوليميراز الحمض النووي الريبي نفس قاعدة القالب أكثر من مرة ، مما يؤدي إلى عمليات إدخال أو حذف في تسلسل الرنا المرسال ، وبالتالي توليد رنا مرسال مختلف يشفر بروتينات مختلفة. هناك نوعان من تحرير mRNA: (1) التحرير النسخي من خلال انزلاق البوليميراز و (2) التحرير بعد النسخ. تحرير RNA في أعضاء فيروس إيبولا يزيد الجنس من قدرته على ترميز الجينوم من خلال إنتاج نسخ متعددة ترميز متغيرات من البروتينات السكرية الهيكلية وغير البنيوية من جين واحد ، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة قدرته على التكيف مع المضيف.

الربط البديل

لوحظ أيضًا في العديد من الكائنات الخلوية ، يسمح التضفير البديل بإنتاج نصوص لها القدرة على ترميز بروتينات مختلفة بوظائف مختلفة من نفس الجين (الشكل 3.7). The sequence of the mRNA is not changed as with RNA editing rather the coding capacity is changed as a result of alternative splice sites. Alternative splicing is regulated by cellular and viral proteins that modulate the activity of the splicing factors U1 and U2, both of which are components of the spliceosome. The spliceosome is made up of the snRNAs (سmall نuclear الحمض النووي الريبي) U1, U2, U4, U5, and U6, together with various regulatory factors. Activation of the spliceosome is facilitated by cis-acting signals in the mRNA sequence. Some of these signals include donor splice sites (5′ terminus), acceptor splice sites (3′ terminus), polypyrimidine tracts, and branch point sites. Serine/arginine-rich proteins, as well as heterogeneous nuclear ribonucleoproteins, play a key role in splice site recognition. Alternative splicing (1) increases the virus’ ability to encode several proteins in a given transcript (e.g., adenoviruses and retroviruses can encode

12 different peptides from one pre-mRNA), (2) is a mechanism to regulate early and late expression for viruses (e.g., papillomaviruses), and (3) splicing is coupled to export of mRNA out of the nucleus. While only mature, spliced mRNA transcripts are exported out of the nucleus, hepadnaviruses and retroviruses are able to export nonspliced mRNA transcripts out of the nucleus for translation. On the other hand, the NS1 protein (نonstructural صrotein 1) of influenza viruses can interact with multiple host cellular factors via its effector- and RNA-binding domains. It is capable of associating with numerous cellular spliceosome subunits, such as U1 and U6 snRNAs, and can inhibit cellular gene expression by blocking the spliceosome component recruitment and its transition to the active state.

Alternative splicing. Alternative splicing is common in parvovirus pre-mRNA transcript processing and allows for the generation of different proteins from a specific nucleotide sequence on the viral mRNA strand. Dotted lines indicate alternative splice sites.

Both conservation and evolution of viral splice site sequences allow for improved adaptation to the host, and ensure recognition by the host’s splicing machinery. Therefore, viruses can induce preferential induction of viral mRNA splicing by the cellular splicing machinery. Knowledge concerning the coordination between cellular and viral genome splicing comes from adenoviruses and retroviruses, but only limited data are available for other viruses, for example, influenza viruses.

Suppression of Termination

This is also referred to as stop codon read-through, and is a programmed cellular and viral-mediated mechanism used to produce C-terminally extended polypeptides, and in viruses, it is often used to express replicases. Termination of translation occurs when one of three stop codons enters the A-site of the small 40S ribosomal subunit. Stop codons are recognized by release factors (eRF1 and eRF3), which promote hydrolysis of the peptidyl-tRNA bond in the peptidyl transferase center (P-site) of the large ribosomal subunit. Termination is a very efficient mechanism that is tightly controlled by the type of stop codon encountered (UAA, UAG, or UGA). Some termination codons are referred to as “راشح” depending on the nature of the base positioned after the stop codon (e.g., UGAC) where they allow “read through” at frequencies ranging from 0.3% to 5%. Read-through occurs when this leaky stop codon is misread as a sense codon with translation continuing to the next termination codon. Read-through signals and mechanisms of prokaryotic, plant, and mammalian viruses are variable and are still poorly understood.

Programmed Ribosomal Frameshifting

Programmed ribosomal frameshifting is a tightly controlled, programmed strategy used by some viruses to produce different proteins encoded by two or more overlapping open reading frames ( Fig. 3.8 ). Ordinarily, ribosomes function to maintain the reading frame of the mRNA sequence being translated. However, some viral mRNAs carry specific sequence information and structural elements in their mRNA molecules that cause ribosomes to slip, and then readjust the reading frame. The frameshift results from a change in the reading frame by one or more bases in either the 5′ (𢄡) or 3′ (+1) directions during translation. This ribosomal frameshift enables viruses to encode more proteins in spite of their small size.

Ribosomal frameshifting. 𢄡 ribosomal frameshift, common to parvoviruses, changes the amino acids encoded in the mRNA strand by moving the reading frame 1-base down (𢄡).

Leaky Scanning and Translation Reinitiation

In the world of viruses, this extended mechanism of “تم التعديل” translation occurs when the start codon is bypassed by the translation initiation complex during translation, but continuous scanning allows locating another AUG start codon at a downstream site. This occurs because the initiation codon can be part of a weak Kozak consensus sequence. As a result, there can be the production of several different proteins if the AUG codon is not in frame, or proteins with different N-termini if the AUGs are in the same frame. A number of viruses engage in leaky scanning, including members of the families الهربس, Orthomyxoviridae، و Reoviridae.

Ribosomal Shunting

Ribosomal shunting occurs when the ribosomal initiation complex is loaded onto an mRNA at the 5′-cap but the process of scanning for the start codon progresses for only a short distance, bypasses a large internal leader region, and initiates translation at another start codon located downstream of the leader sequence ( Fig. 3.9 ). It is, therefore, referred to as cap-dependent discontinuous scanning. The mechanism of ribosome shunting has not been described in molecular detail. Shunting expands the coding capacity of mRNAs of viruses such as caulimoviruses.

Ribosomal shunting. Ribosomal shunting by the 80S ribosome involves bypassing the AUG start codon closest to the 5′ end of the mRNA sequence to locate a second AUG start codon downstream.

& # x0201c2 أ” Oligopeptides and “Stop-Carry On” Recoding

Production of viral proteins often requires noncanonical decoding events (or “recoding”) on certain codons during translation due to the restricted coding capacity of a small genome size. & # x0201c2 أ” oligopeptides coded for by viruses (e.g., Foot-and-mouth disease virus, FMDV) are important to “stop-carry on” recoding. 2A oligopeptides interact with the ribosomal exit tunnel to initiate a stop codon-independent termination of translation at the final proline codon of 2A. Ribosomes, therefore, skip the synthesis of the glycyl-prolyl peptide bond at the C-terminus of a 2A peptide (cleavage of the peptide bond between a 2A peptide and its immediate downstream peptide). Translation is then reinitiated on the same codon, which leads to production of two individual proteins from one open reading frame.


Why is RNA polymerase used in the DNA replication?

Technically it isn't. RNA polymerase is used in DNA النسخ.

تفسير:

Several terms are often confused when talking about this subject, so allow me to explain the difference between replication and transcription and DNA and RNA polymerases.

Replication vs. transcription
The difference is in whether the purpose is to make DNA or RNA:

  • Replication = making DNA from DNA in this case all the DNA is copied for the purpose of creating new cells (cell division)
  • Transcription = making mRNA from DNA this is when a small part of the DNA (gene) is needed to make a protein.

RNA polymerase vs. DNA polymerase
In general polymerases are enzymes that are able to make long strings of nucleotides (the building blocks of genetic material). There are two main polymerases:

  • DNA polymerase = the enzyme that makes DNA from DNA
  • RNA polymerase = the enzyme that makes RNA from DNA

استنتاج
RNA polymerase does not play a role in DNA replication, it plays a role in DNA transcription. RNA polymerase makes mRNA from DNA.

Note that enzymes that replicate RNA are called RNA replicases. In line with this it would make sense to call DNA polymerase, DNA replicase. This is technically correct, but the term is rarely used.


Virus Replication

Jennifer Louten , in Essential Human Virology , 2016

4.4.1 Class I: dsDNA Viruses

All living organisms have double-stranded DNA genomes. Viruses with dsDNA genomes therefore have the most similar nucleic acid to living organisms and often use the enzymes and proteins that the cell normally uses for DNA replication and transcription, including its DNA polymerases and RNA polymerases. These are located in the nucleus of a eukaryotic cell, and so all dsDNA viruses that infect humans (with the exception of poxviruses) enter the nucleus of the cell, using the various mechanisms of entry and uncoating mentioned above. Many recognizable human viruses have dsDNA genomes, including herpesviruses, poxviruses, adenoviruses, and polyomaviruses.

Transcription of viral mRNA (vmRNA) must occur before genome replication if viral proteins are involved in replicating the virus genome. In addition, certain translated viral proteins act as عوامل النسخ to direct the transcription of other genes. As discussed in Chapter 3, “Features of Host Cells: Cellular and Molecular Biology Review , transcription factors bind to specific sequences within the المروجين of cellular genes immediately upstream of the transcription start site to initiate transcription of those genes. معززات, regulatory sequences also involved in transcription, are located farther away from the transcription start site and can be upstream or downstream. dsDNA viruses also have promoter and enhancer regions within their genomes that are recognized not only by viral transcription factors but by host transcription factors, as well. These proteins initiate transcription of the viral genes by the host RNA polymerase II.

Processing of viral precursor mRNA (also known as posttranscriptional modification) occurs through the same mechanisms as for cellular mRNA. Viral transcripts receive a 5′-cap and 3′-poly(A) tail, and some viruses’ transcripts are spliced to form different vmRNAs. For example, the genes of herpesviruses are each encoded by their own promoter and are generally not spliced, but the human adenovirus E genome has 17 genes that encode 38 different proteins, derived by alternative splicing of vmRNA during RNA processing.

The dsDNA viruses transcribe their viral gene products in waves, and the immediate early و / أو مبكرا genes are the first viral genes to be transcribed and translated into viral proteins. These gene products have a variety of functions, many of which help to direct the efficient replication of the genome and further transcription of the متأخر genes that encode the major virion structural proteins and other proteins involved in assembly, maturation, and release from the cell. The replication of the viral genome requires many cellular proteins having the late genes transcribed and translated after the virus genome has been replicated ensures that the host enzymes needed for replication are not negatively affected by the translation of massive amount of virion structural proteins.

To create new virions, viral proteins must be translated and the genome must also be copied. With the exception of poxviruses, the genome replication of all dsDNA viruses takes place within the nucleus of the infected cell. Eukaryotic DNA replication , also reviewed in more detail in Chapter 3, “Features of Host Cells: Cellular and Molecular Biology Review,” is also carried out by DNA polymerases and other proteins within the nucleus. DNA polymerases, whether they are cell derived or virus derived, cannot carry out de novo synthesis, however. They must bind to a short primer of nucleic acid that has bound to the single-stranded piece of DNA, forming a short double-stranded portion that is then extended by DNA polymerase ( Fig. 4.8A ). Primase is the enzyme that creates primers during cellular DNA replication, and some viruses, such as polyomaviruses and some herpesviruses, take advantage of the cellular primase enzyme to create primers on their dsDNA genomes during replication. Other herpesviruses, such as HSV-1, provide their own primase molecule, although this process occurs less commonly. Still other viruses, such as the adenoviruses, encode a viral protein primer that primes its own viral DNA polymerase ( Fig. 4.8B ). Cellular DNA polymerases are used by polyomaviruses and papillomaviruses, while all other dsDNA viruses encode their own DNA polymerases to replicate the viral genome. Many other cellular enzymes and proteins are required for DNA synthesis, and viruses are dependent on these to varying degrees, depending upon the specific virus. The poxviruses are a notable exception to this: they encode all the proteins necessary for DNA replication. In fact, they also encode the proteins needed for transcription of RNA, and so, unlike all other dsDNA viruses, they do not need to gain entry into the nucleus of a host cell for either genome replication or transcription and processing of viral genes, allowing their replication to take place entirely in the cytoplasm.

DNA polymerases cannot carry out de novo synthesis and so need a primer in order to replicate DNA. Some viruses take advantage of the cellular primase in order to create primers (A), while other viruses, such as adenoviruses, encode a protein primer that primes its own DNA polymerase (B). In the process of self-priming, the ssDNA genomes of parvoviruses fold back upon themselves to form hairpin ends that act as a primer for host DNA polymerase (C).


What is DNA Replication?

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

The DNA molecule contains all the genetic information to create an entire organism. It is the blueprint according to which every biological function occurs. For this genetic information to be transmitted from one generation to the other, it needs to be replicated during cell division, so that every new cell formed, carries its identical copy. This process is monitored and controlled by the DNA replication enzymes. Today DNA research has revealed intricate details of how the genetic code is copied or duplicated during cell division.

DNA molecule has a double helix structure with two strands of nucleotides coiled together and held in place by a 2-deoxyribose sugar-Phosphate backbone. Each strand is made up of a series of nucleotides called Adenine (A), Guanine (G), Thymine (T), and Cytosine (C). These are the four letters, using which the entire genetic code is written. The order of nucleotides on both strands is complementary as Adenine only binds with Thymine and Cytosine only binds with Guanine.

To put in simpler words, during the replication process, the DNA double helix is uncoiled (by breakage of hydrogen bonds), each strand is separated and using them as templates, new DNA molecules are created, that are exact copies of the original one.

DNA replication steps involve the forking of DNA helix, separation of strands, and finally the addition of complementary nucleotide bases from the template strands to form new DNA molecules. The process is very complex, involving an elaborate mechanism to carry out DNA repair and proofreading to ensure accuracy.


تفاعلات القارئ

Comments

Mauricio Carrillo-Tripp says

Mind blowing. Again, excellent reading!

This isn't my field (I'm a software guy), but I have a certain fascination with your field. I say this, because I have a speculation I'd like to throw out there, but it's likely kinda ill informed. Nevertheless, I'm curious as to what you might think.

You refer to this viral RNA synthesis as error-prone, which I understand what you mean when you say this. But the word “error” carries with it a certain deviation from “correctness”, at least in common parlance. In the viral RNA synthesis case, might this “error rate” actually be a primary survival mechanism for the virus in the sense that it helps its genome evade immune system defenses and anti-viral molecules.

If so, might there be a drug strategy which instead of targeting the replication cycle of the virus, instead attacks its error rate. The idea being that by lowering the error rate of the viral RNA synthesis one reduces the rate at which the virus produces immune-evading, or anti-viral drug evading mutations. Supposing one found this “exonuclease as a drug” molecule, you could administer it seasonally to make this year's vaccine more likely to be effective on successive years, or something like that.

But I am an amateur, so I'm probably full of crap.

You are not at all full of crap in fact those are excellent ideas.
Often amateurs (or should we say, those not in the field) have
excellent ideas because they are not saddled with the baggage of
familiarity.

As you'll see in coming posts, in fact the 'errors' do help the virus
to survive, by allowing it to adapt to new hosts, to evade antivirals,
immunue responses, etc. But only to a certain extent – if there are
too many errors they will interfere with viral replication.

As for your idea of lowering the error rate as an antiviral approach –
you'll see in the coming posts that this can be done experimentally,
and it has dramatic consequences on viral fitness. من ناحية أخرى،
what about pushing the error rate the other way, so that you
mutagenize the virus out of existence? This is in fact the mode of
action of at least one antiviral drug, ribavirin, which we'll discuss
here in a few days.

Good article, great illustrations, once again.

Apparently, RNA viruses form quasi-species because they have a mutation rate similar to the 1/(number of bases)
في جينومهم. In the case of DNA organisms, the DNA polymerase reduces this mutation rate to 1/10^7 – 1/10^9.
This is also the order of magnitude of their genome. This would mean that many DNA organisms (including humans) would form quasi-species if all its genome were codifying. As a consequence, a possible role for
introns would be to allow for unharmful mutations in order to stabilize the species. Is this argument right?

thanks Vincent for the blog – I've enjoyed following the discussions

Here's a tough question. In the follow up blog to this, you say that the high mutation rates of RNA viruses is beneficial to survival in a complex environment. If this is true, why don't DNA viruses evolve high mutation rates also? It would be simple for them to delete their proofreading domain

This is a fabulous question. I'll speculate because there is no known
answer, as far as I know. The known RNA viral genomes are no longer
than 27-31 kb, probably because they would sustain too many lethal
mutations if they were longer. DNA viral genomes can be up to 1.2
million bases in length – probably because they have error correction
الآليات. So I would speculate that DNA viruses have evolved to keep
error repair pathways so that the genomes can be longer. Smaller DNA
viruses don't have their own DNA polymerases, but use those of the
مضيف. Host DNA systems need to have error repair, otherwise they will
sustain mutations that lead to diseases such as cancer. كلا الشكلين
reproduction are evolutionarily sustainable: shorter RNAs with lots of
errors longer DNAs with fewer errors.

I don't want to go to far afield here, but when did error repair first begin? Are there more primitive forms of error repair to be contrasted with extremely sophisticated ones? Is that a distinguishing difference between RNA and DNA viruses, i.e. the former always lacks error repair mechanisms but the latter generally contains them?

الاشياء. Shannon and Weaver's Mathematical Theory of Communication 1948, which is the seminal work that founded electrical engineering (and indeed made the modem possible) is all about efficiently reducing error rates in a noisy channel (stop bits and parity bits).

Here is a link to that 1948 paper which led to the birth of information theory and electrical engineering.

Notice on page 6 how similar their coding schema is to CG AT CG GC AT, etc!

An interesting question. According to wikipedia: The fossil record
indicates that single celled life began to proliferate on the planet
at some point during the Precambrian period, although exactly when
recognizably modern life first emerged is unclear. احماض نووية
became the sole and universal means of encoding genetic information,
requiring DNA repair mechanisms that in their basic form have been
inherited by all extant life forms from their common ancestor. ال
emergence of Earth's oxygen-rich atmosphere (known as the “oxygen
catastrophe”) due to photosynthetic organisms, as well as the presence
of potentially damaging free radicals in the cell due to oxidative
phosphorylation, necessitated the evolution of DNA repair mechanisms
that act specifically to counter the types of damage induced by
oxidative stress.

In general we believe that RNA viruses lack error correction
mechanisms, but there may be some exceptions. For example, there is
some evidence that a coronavirus might have error correction
machinery.

An interesting question. According to wikipedia: The fossil record
indicates that single celled life began to proliferate on the planet
at some point during the Precambrian period, although exactly when
recognizably modern life first emerged is unclear. احماض نووية
became the sole and universal means of encoding genetic information,
requiring DNA repair mechanisms that in their basic form have been
inherited by all extant life forms from their common ancestor. ال
emergence of Earth's oxygen-rich atmosphere (known as the “oxygen
catastrophe”) due to photosynthetic organisms, as well as the presence
of potentially damaging free radicals in the cell due to oxidative
phosphorylation, necessitated the evolution of DNA repair mechanisms
that act specifically to counter the types of damage induced by
oxidative stress.

In general we believe that RNA viruses lack error correction
mechanisms, but there may be some exceptions. For example, there is
some evidence that a coronavirus might have error correction
machinery.

Wow…this was a very nice thing to my article discussion on CTV (Citrus tristeza virus)…thanks a lot


تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى

الكروموسوم بدائية النواة هو جزيء دائري له بنية ملفوفة أقل اتساعًا من الكروموسومات حقيقية النواة. كروموسوم حقيقيات النواة خطي وملفوف بدرجة عالية حول البروتينات. في حين أن هناك العديد من أوجه التشابه في عملية تكرار الحمض النووي ، فإن هذه الاختلافات الهيكلية تتطلب بعض الاختلافات في عملية تكرار الحمض النووي في هذين الشكلين من أشكال الحياة. تمت دراسة تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى على نطاق واسع ، لذلك سوف نتعلم العملية الأساسية لتكرار الحمض النووي بدائيات النوى ، ثم نركز على الاختلافات بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

كيف تعرف آلية النسخ من أين تبدأ؟ اتضح أن هناك تسلسلات محددة من النوكليوتيدات تسمى أصول النسخ المتماثل حيث يبدأ النسخ المتماثل. بكتريا قولونية له أصل واحد من النسخ المتماثل على كروموسومه الواحد ، كما تفعل معظم بدائيات النوى (شكل 1). يبلغ أصل النسخ المتماثل حوالي 245 زوجًا أساسيًا وهو غني بتسلسلات AT. يتم التعرف على هذا التسلسل من أزواج القواعد بواسطة بروتينات معينة ترتبط بهذا الموقع. An enzyme called هيليكس يفك الحمض النووي عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين أزواج القاعدة النيتروجينية. التحلل المائي ATP مطلوب لهذه العملية لأنه يتطلب طاقة. عندما ينفتح الحمض النووي ، تسمى الهياكل على شكل Y شوكات النسخ المتماثل تتشكل (شكل 1). يتم تشكيل اثنين من شوكات النسخ المتماثل في أصل النسخ المتماثل ويتم تمديدهما ثنائي الاتجاه مع استمرار النسخ المتماثل. بروتينات ربط أحادية الخيط (الشكل 2) غلف خيوط الحمض النووي المفردة بالقرب من شوكة النسخ المتماثل لمنع الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل من الالتفاف مرة أخرى إلى حلزون مزدوج.

شكل 1: تكاثر الحمض النووي في بدائيات النوى ، والتي لها كروموسوم دائري واحد.

الانزيم المهم التالي هو بوليميريز الحمض النووي الثالث، المعروف أيضًا باسم DNA pol III ، والذي يضيف النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى إلى سلسلة الحمض النووي المتنامية (الشكل 2). تتطلب إضافة النيوكليوتيدات طاقة يتم الحصول عليها من النيوكليوتيدات التي تحتوي على ثلاثة فوسفات مرتبطة بها. من الناحية الهيكلية ، فإن ATP عبارة عن نيوكليوتيد أدينين يحتوي على ثلاث مجموعات فوسفات متصلة بقطع الفوسفات الثالث تطلق الطاقة. بالإضافة إلى ATP ، هناك أيضًا TTP و CTP و GTP. يتكون كل منها من النيوكليوتيدات المقابلة مع ثلاثة فوسفات مرفقة. عندما تنكسر الرابطة بين الفوسفات ، تُستخدم الطاقة المنبعثة لتشكيل رابطة الفوسفوديستر بين النوكليوتيدات الواردة والسلسلة الحالية.

في بدائيات النوى ، تُعرف ثلاثة أنواع رئيسية من البوليميرات: DNA pol I و DNA pol II و DNA pol III. DNA pol III هو الإنزيم المطلوب لتخليق الحمض النووي DNA pol I يستخدم لاحقًا في العملية ويستخدم DNA pol II بشكل أساسي للإصلاح (هذا مثال مزعج آخر للتسمية التي تم إجراؤها بناءً على ترتيب الاكتشاف بدلاً من الترتيب منطقي).

إن بوليميراز الدنا قادر على إضافة النيوكليوتيدات فقط في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 (يمكن تمديد حبلا DNA جديد فقط في هذا الاتجاه). يتطلب مجموعة 3 & # 8242-OH مجانية (موجودة على السكر) والتي يمكن أن تضيف إليها النيوكليوتيد التالي عن طريق تكوين رابطة فسفودايستر بين نهاية 3 & # 8242-OH و 5 & # 8242 فوسفات من النيوكليوتيد التالي. هذا يعني بشكل أساسي أنه لا يمكن إضافة النيوكليوتيدات إذا لم تتوفر مجموعة 3 & # 8242-OH المجانية. ثم كيف تضيف النوكليوتيدات الأولى؟ تم حل المشكلة بمساعدة أ التمهيدي التي توفر نهاية 3 & # 8242-OH المجانية. إنزيم آخر بريماز الحمض النووي الريبي، يقوم بتوليف RNA التمهيدي الذي يبلغ طوله حوالي خمسة إلى عشرة نيوكليوتيدات ومكمل للحمض النووي. لا يتطلب RNA primase مجموعة مجانية 3 & # 8242-OH. لأن هذا التسلسل يهيئ تركيب الحمض النووي ، فإنه يسمى بشكل مناسب التمهيدي. يمكن لبوليميراز الحمض النووي الآن تمديد هذا الحمض النووي الريبي التمهيدي ، مضيفًا النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى التي تكون مكملة لخيط القالب (الشكل 2).

الشكل 2 تتشكل شوكة النسخ عندما يفصل الهليكاز خيوط الحمض النووي عند أصل النسخ المتماثل. يميل الحمض النووي إلى الالتفاف بدرجة أكبر قبل شوكة النسخ المتماثل. يكسر Topoisomerase العمود الفقري للفوسفات في الحمض النووي ويصلح قبل شوكة النسخ ، وبالتالي يخفف الضغط الناتج عن هذا الالتفاف الفائق. ترتبط بروتينات الربط أحادية الخيط بالحمض النووي أحادي السلسلة لمنع إعادة تشكيل الحلزون. يصنع Primase مادة أولية من الحمض النووي الريبي (RNA). يستخدم DNA polymerase III هذا التمهيدي لتجميع خيط DNA الابنة. على الخيط الرئيسي ، يتم تصنيع الحمض النووي بشكل مستمر ، بينما على الشريط المتأخر ، يتم تصنيع الحمض النووي في امتدادات قصيرة تسمى شظايا أوكازاكي. بوليميريز الحمض النووي 1 يستبدل الحمض النووي الريبي التمهيدي بالحمض النووي. يقوم DNA ligase بسد الفجوات بين شظايا Okazaki ، وربط الأجزاء في جزيء DNA واحد. (الائتمان: تعديل العمل لماريانا رويز فيلاريال)

تتحرك شوكة النسخ بمعدل 1000 نيوكليوتيد في الثانية. يمكن أن يمتد بوليميراز الحمض النووي فقط في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، مما يشكل مشكلة بسيطة في شوكة النسخ المتماثل. كما نعلم ، فإن الحلزون المزدوج للحمض النووي مضاد للتوازي أي أن أحد الخيطين في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 والآخر موجه في الاتجاه 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242. يتم تصنيع خيط واحد ، وهو مكمل لجدول الحمض النووي الأبوي 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242 ، بشكل مستمر نحو شوكة النسخ لأن البوليميراز يمكن أن يضيف نيوكليوتيدات في هذا الاتجاه. يُعرف هذا الخيط المركب باستمرار باسم الساحل الرئيسي. الشريط الآخر ، المكمل للحمض النووي الأبوي 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، يمتد بعيدًا عن شوكة النسخ ، في أجزاء صغيرة تعرف باسم شظايا أوكازاكي, each requiring a primer to start the synthesis. تمت تسمية شظايا أوكازاكي على اسم العالم الياباني الذي اكتشفها لأول مرة. تُعرف الخصلة التي تحتوي على شظايا أوكازاكي باسم حبلا متخلفة.

يمكن تمديد الخيط الرئيسي بواسطة برايمر واحد فقط ، بينما يحتاج الخيط المتأخر إلى مادة أولية جديدة لكل جزء من أجزاء أوكازاكي القصيرة. سيكون الاتجاه العام للحبلة المتأخرة 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242 ، والاتجاه العام للخيط الرئيسي 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. بروتين يسمى sliding clamp يحمل بوليميراز الحمض النووي في مكانه حيث يستمر في إضافة النيوكليوتيدات. المشبك المنزلق عبارة عن بروتين على شكل حلقة يرتبط بالحمض النووي ويثبت البوليميراز في مكانه. توبويزوميراز يمنع الالتفاف المفرط للحلزون المزدوج للحمض النووي قبل شوكة النسخ حيث أن الحمض النووي ينفتح ، فإنه يفعل ذلك عن طريق التسبب في شقوق مؤقتة في حلزون الحمض النووي ثم إعادة ختمه. مع استمرار عملية التوليف ، يتم استبدال بادئات الحمض النووي الريبي بـ DNA pol I ، الذي يكسر الحمض النووي الريبي ويسد الفجوات بنيوكليوتيدات الحمض النووي. يتم ختم النكات المتبقية بين الحمض النووي المركب حديثًا (الذي حل محل RNA التمهيدي) والحمض النووي المركب مسبقًا بواسطة الإنزيم ligase DNA يحفز تكوين رابط الفوسفوديستر بين الطرف 3 & # 8242-OH لنيوكليوتيد واحد ونهاية الفوسفات 5 & # 8242 للجزء الآخر.

(ملاحظة Lisa & # 8217s: أعتقد أن هذه العملية يكاد يكون من المستحيل تصورها من قراءة النص. أوصي بشدة بمشاهدة اثنين من الرسوم المتحركة / مقاطع الفيديو مثل تلك المتوفرة هنا. هناك روابط إضافية في Blackboard)

بمجرد أن يتم تكرار الكروموسوم بالكامل ، تنتقل نسختا الحمض النووي إلى خليتين مختلفتين أثناء انقسام الخلية. يمكن تلخيص عملية تكرار الحمض النووي على النحو التالي:

  1. يستريح الحمض النووي عند أصل التكرار.
  2. يفتح Helicase شوكات النسخ المتماثل المكونة للحمض النووي والتي يتم تمديدها في كلا الاتجاهين.
  3. تقوم بروتينات الربط أحادية الخيط بتغطية الحمض النووي حول شوكة النسخ المتماثل لمنع إعادة لف الحمض النووي.
  4. يرتبط Topoisomerase بالمنطقة قبل شوكة النسخ المتماثل لمنع الالتفاف الفائق (الالتفاف الزائد).
  5. يصنع Primase مواد أولية من RNA مكملة لخيط DNA.
  6. يبدأ DNA polymerase III في إضافة النيوكليوتيدات إلى 3 & # 8242-OH (السكر) نهاية التمهيدي.
  7. يستمر استطالة كل من الخيط المتأخر والرائد.
  8. تتم إزالة بادئات الحمض النووي الريبي (RNA) وتملأ الثغرات بالحمض النووي بواسطة DNA pol I.
  9. يتم سد الفجوات بين شظايا الحمض النووي بواسطة DNA ligase.

الجدول 1: الإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي بدائية النواة ووظائف كل منها.

استنساخ الحمض النووي بدائية النواة: الإنزيمات ووظائفها
إنزيم / بروتين وظيفة محددة
بول أنا يزيل نشاط نوكلياز خارجي الحمض النووي الريبي التمهيدي ويستبدل بالحمض النووي المركب حديثًا
DNA pol II وظيفة الإصلاح
DNA pol III الإنزيم الرئيسي الذي يضيف النيوكليوتيدات في الاتجاه 5 & # 8242-3 & # 8242
هيليكاس يفتح حلزون الحمض النووي عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية
ليجاس يسد الفجوات بين شظايا أوكازاكي لإنشاء خيط DNA مستمر
بريماز يركب الاشعال RNA اللازمة لبدء النسخ المتماثل
انزلاق المشبك يساعد على تثبيت بوليميراز الحمض النووي في مكانه عند إضافة النيوكليوتيدات
توبويزوميراز يساعد في تخفيف الضغط الواقع على الحمض النووي عند الفك عن طريق التسبب في حدوث فواصل ثم إعادة ختم الحمض النووي
بروتينات الربط أحادية الخيط (SSB) يرتبط بالحمض النووي أحادي الجديلة لتجنب إرجاع الحمض النووي إلى الوراء.

تمت دراسة تكرار الحمض النووي بشكل جيد للغاية في بدائيات النوى ، ويرجع ذلك أساسًا إلى صغر حجم الجينوم والعدد الكبير من المتغيرات المتاحة. الإشريكية القولونية has 4.6 million base pairs in a single circular chromosome, and all of it gets replicated in approximately 42 minutes, starting from a single origin of replication and proceeding around the chromosome in both directions. هذا يعني أنه يتم إضافة ما يقرب من 1000 نيوكليوتيد في الثانية. The process is much more rapid than in eukaryotes.


شاهد الفيديو: Ответ Чемпиона (شهر نوفمبر 2022).