تضاعف أو تناسخ

تضاعف أو تناسخ ( تكرار ) المادة الوراثية

مقدمة :

تناسخ الحامض النووى DNA أى تكرره سواء تكرر متطابق أو شبه متطابق أو متشتت يعتبر مركز لجميع العمليات البيولوجية فى أى كائن حى وذلك لأنه يعتبر المركز الوحيد للمعلومات الوراثية Genetic Informations التى تنتقل بطريقة دقيقة من الآباء إلى النسل الناتج.وتكرر(أو تناسخ) الحامض النووى الديزوكس ريبوزى DNA يتم بثلاثة طرق هى : ـ

1- الطريقة الشبه محافظة
2- الطريقة المحافظة
3- الطريقة التشتتية

الطريقة الشبة محافظة لتكرر المادة الوراثية Semiconservative Replication of DNA

أصبح من الواضح الآن أن الحامض النووى DNA يتكون من حلزون مزدوج تتزاوج فيه القواعد الأزوتية بنظام محدد ومعين فالقاعدة الأزوتية أدنين ( A )لا ترتبط إلا بالثيمين ( T ) وأيضا القاعدة الأزوتية جوانين ( G )لا ترتبط إلا بالسيتورزين ( C ) . وبالتالى فتزاوج القواعد هذا يمدنا بالآلية البسيطة لتكرر الحامض النووى DNA. فلو تكسرت الروابط الهيدروجينية بين الخطين وانفصلت السلسلتين عن بعضهما . فكل نصف حلزون فى هذه الحالة يمكن أن يتكامل مع نيوكليوتيدات جديدة لتحل محل النيوكليوتيدات التى كانت متزاوجة معه فى الخيط القديم . وبعبارة أخرى أنه يمكن لكل خيط أبوى فى هذه الحالة أن يدير عملية تكوين خليط مكمل جديد على أساس شروط نظام تزاوج القواعد الأزوتية السابق ذكره. وبالتالى فكل خيط أبوى يعمل كقالب لخيط جديد . فمثلا الجوانين ( G ) فى الخيط الأبوى يعمل كقالب لوضع السيتوزين ( C ) وأيضا الثيمين ( T ) فى الخيط الأبوى يعمل كقالب لوضع الأدنين ( A ). وسميت هذه الطريقة فى تكرر DNA بالطريقة الشبه محافظة للتكرر نظرا لأن الحلزون الأبوى المزدوج يحافظ عليه جزئيا أثناء تكرر الحامض النووىDNA وآلية التكرر شبه المحافظة Semiconservative Replication Mechanism هذه قد تم اقتراحها بواسطة العالمان واتسن وكريك . وهى طريقة بسيطة وتوضح كيفية مضاعفة الحامض النووى DNA .

الشكل يوضح الطريقة الشبه محافظة فى تكرر الحامض النووى DNA ويوضح الشكل أن الجزئ الأصلى ( أعلى الشكل ) ينفصل إلى خيطين ( وسط الشكل ) كل منهما يكمل نفسه بخيط جديد مطابق لنفس الخيط الأبوى ثم تتكرر نفس العملية أسفل الشكل .

الطريقة المحافظة لتكرر المادة الوراثية Conservative Replication of DNA

آلية الطريقة المحافظة Conservative Replication Mechanism هنا تعنى بقاء الحلزونات الأبوية المزدوجة كما هى بدون أن تنفصل أى بدون تكسر الروابط الهيدروجينية الموجودة بين القواعد الآزوتية ومن هنا جاءت التسمية أنها محافظ عليها تماما . وفى هذه الطريقة فإن الحلزون المزدوج يقوم بتكوين حلزون مزدوج جديد مكون من خيطين مخلقين ( لاحظ أن الحلزون الابوى المزدوج استخدام كقالب لتكوين هذان الخيطان ) .

الشكل يوضح الآلية المحافظة لتكرر ( مضاعفة ) DNA ويتضح فى الشكل أن الحلزون الأبوى يبقى كما هو دون أن تنفصل السلسلتين ويستخدم كقالب وتطبع عليه القواعد المقابلة للقواعد النيتروجينية الموجودة فى القالب الأبوى . و بالتالى ينتج قالب جديد من DNA ( وهو المرسوم بالنقط وليس بخطوط متصلة ) .

الطريقة التشتتية لتكرر المادة الوراثية Dispersive Replication of DNA

الآلية التشتتية للتكرر Dispersive Replication mechanism يتم فيها تداخل أجزاء من الخيوط الأبوية والخيوط الجديدة من خلال عمليات تكسير وتخليق والتحام هذه الأجزاء ويجدر الإشارة أن هذا التداخل بين أجزاء الخيوط بطريقة عشوائية .

أ - تكرر الحامض النووى DNA هو عملية متخصصة جدا ولها آليات فريدة خاصة بها :

بالرغـم مـن أن آليـة تكـرر الحامـض النـووى الديـزوكس ريبوزى Replication mechanism of DNA هـى عمليـة بسيطـة ( راجـع الآليـات المشروحـة سابقـا ) ، إلا أن عمليـة التكـرر هـذه تحـتاج إلـى تركـيب متخصص يحتوى على عـدد كـبير من البروتينـات والإنزيمـات والتـى تعمـل مـع بعضهـا البعض مثل الجهاز المتكامل مع بعضه ولذا يطلق عليها العلماء Replication machine . ويجب ملاحظة أن هناك بعض الفروق التى توجد بين الخلايا مميزة النواة Eukaryotic Cells والخلايا غير مميزة النواة Prokaryotic Cells حيث أن تعض الحامض النووى DNA يختلف فى كلا منهما . ففى الخلايا غير مميزة النواة يوجد الـ DNA على شكل خيط دائرى مفرد وغير مغلف بغشاء نووى . أما فى الخلايا مميزة النواة فيوجد بداخل نواتها الكروموسومات وكل كروموسوم مفرد ( فى الوقت الذى يكون فيه لا يتكرر ) يحتوى على جزئ من حلزون مزدوج مكون من خيطين ملتفين حول بعضهما على شكل حلزون ومعهم كمية كبيرة من البروتين والحامض النووى الريبوزى RNA .

الشكل يوضح التداخل العشوائى ( تكسير ـ تخليق ـ إعادة التحام ) أثناء الطريقة التشتتية لتكرر الحامض النووى الديزوكس ريبوزى DNA .

ويجدر الإشارة أن الخيطين المكونين لجزئ DNA والملتفين حول بعضهما على شكل حلزون يجب أن يعودوا فى هذا الإلتفاف ليبتعد الخيطين المكونين للحلزون عن بعضهما أثناء عملية تكرر DNA . فكما ذكرنا من قبل عن نموذج واتسن وكريك للحلزون المزدوج المتكون من التفاف خطين DNA حول بعضهما مثل الحبل . ولو أردنا نزع ( إبعاد ) هاذين الخيطين عن بعضهما فلابد أن يلف أحدهما عكسيا حول الخيط الآخر . ويحفز عملية الإلتفاف لفصل خيطى DNA ( المكملين لبعضها ) إنزيمات تسمى DNA Helicase Enzymes والتى تنتقل على طول الحلزون وكلما إنتقلت لمكان على حلزون تقوم بفك الخيطين عن بعضهما , وفى نفس اللحظة التى ينفصل فيها الخيطان عن بعضهما تقوم بروتينات يطلق عليها أسم Helix -Destabilzing Proteins بالارتباط على خيط DNA المفرد وذلك لتلاقى ارتباطه مره أخرى بالخيط المكمل( لتكوين الحلزون مرة أخرى ) حتى تتم عملية أخذ نسخة ( صورة Copy ) من كلا الخيطين . ولأن جزئيات DNA طويلة جدا ورفيعة لذا فيجب أن تتم هذه العملية بحيث تبقى الصفات المحمولة على جزئ DNAدون تغير. ولذلك فهناك إنزيمات متخصصة يطلق عليها Topoisomerases وهذه المجموعة من الإنزيمات تقوم بقطع الجزء من DNA ثم إعادة وصله (لحمه ) مرة أخرى بعد إجراء عملية التكرر .

ب - عملية تخليق DNA دائما تتم فى إتجاه 5^/ _______3^/ :

الإنزيمات التى تحفز عملية ربط النيوكليوتيدات ببعضها يطلق عليها DNA Polymerases وهذه انزيمات لها عدة خصائص تجعلها موائمة لتخصصية عملية التكرر بمواصفات وحدود معينة ، فهى قادرة على إضافة نيوكليوتيد Nucleotide فقط إلى النهاية 3^/ ( 3^\ end ) من الخيط عديد النيوكليوتيد Ploynucleotide Strand والذى يتم تخليقة كنسخة من الخيط الأصلى ( لاحظ أن النسخة التى يتم تخليقها تكون بها القواعد المكتملة للقواعد الموجودة بالخيط الأصلى ) .

وهناك نيوكليوتيدات Nucleotides تعرف باسم Nucleoside Triphosphates وهذه تستخدم كمادة لازمة لتفاعلات البلمرة Ploymerization Reactions ، وهذه الجزئيات مشابهة لحامل الطاقة ATP من ناحية أن كلا الجزيئين يحتوى على ثلاثة مجاميع فوسفات مرتبطة بذرة الكربون الخامسة بمجموعة السكر والقاعدة . ومع كل إرتباط عدد إثنين نيوكليوتيد مع بعضهما يتم نزع مجموعتين فوسفات من جزئ الـ Nucleoside Triphosphates . وبالضبط مثل عملية تحلل جزئ ATP فعملية زرع مجموعتين الفوسفات من جزء Nucleoside Triphosphates تعتبر تفاعل منتج للطاقة Exergonic Reaction قوى ولا يحتاج إلى طاقة إضافية .

ويجدر الإشارة أنه لأن سلسلة عديد النيوكليوتيد Ploynucleotide Chain المخلقة تمتد لتطول بواسطة ربط 5^\ Phosphate group للنيوكليوتيد القادم بالـ 3`Hydroxyl Group of the Sugar عند نهاية الخيط . لذا فالخيط الجديد المخلق من DNA عادة ما ينمو فى اتجاه 5^/ _______ 3^/ .

عملية تخليق DNAتحتاج إلى RNAبادئ ( RNA Primer ) :

المحدد الثانى للـ DNA Polymerases أنهم يستطيعوا إضافة النيوكليوتيد فقط للنهاية 3^/Termination Signalsأى إرشارات خاصة بنهاية تخليق البروتين . ويعقب ذلك تعاقبات غير شافرة أيضا Noncoding 3^\ trailing Sequences والتى يمكن أن تختلف فى الطول .