موضوع مقاله: همانندسازی دی‌ان‌ای | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # همانندسازی دی‌ان‌ای | مقدمه: همتاسازی از مراحل ضروری در تقسیم سلول‌ها است که طی تقسیم سلول در مرحلهٔ اینترفاز انجام می‌شود. | ## بخش 1: همانندسازی دی‌ان‌ای | هر رشته مولکول اصلی DNA به عنوان الگوی رشتهٔ مکمل خود عمل می‌کند، در همتاسازیِ DNA، دو مولکولِ DNA تولید می‌شود که هر یک، دارای یک رشتهٔ جدید و یک رشتهٔ قدیمی هستند (ردیف نوکلئوتیدها در هر یک از مولکول‌هایِ DNA حاصل، یکسان است) که باعث می‌شودِ DNAهای دختر دقیقاً مشابهِ DNA مادر باشند. به این روش تکثیر که هرِ DNA دختر از یک رشته ازِ DNA مادر و یک رشتهٔ نو ساخته شده است، روش همتاسازی همانندسازی نیمه‌حفاظتی می‌گویند.مکانیزم‌های تصحیح سلولی و تشخیص خطا تقریباً اطمینان حاصل می‌کنند که رشتهِ DNA جدید کاملاً مشابه با قبلی باشد. تکثیرِ DNA می‌تواند در آزمایشگاه و به‌صورت درون کشتگاهی و خارج از بدن جاندار انجام شود. برای این کار ِDNA پلیمراز، از سلول جدا شده و پرایمر (آغازگر) مصنوعیِ DNA می‌تواند برای شروع سنتزِ DNA در توالی‌های شناخته شده در یک مولکولِ DNA نمونه استفاده شود. واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR), واکنش زنجیره‌ای لیگاز (LCR) و تکثیر از طریق رونویسی (TMA)، نمونه‌هایی از همتاسازی در آزمایشگاه هستند. هلیکاز با هیدرولیز کردن آدنوزین تری‌فسفات (ATP) انرژی لازم برای حرکت در طولِ DNA و بازکردن مارپیچ دورشته‌ای را امکان‌پذیر می‌کند. یکی با الگو قرار دادن یک رشتهِ DNA، رشته دوم را از نوکلئوتیدهای آزاد می‌سازد (فعالیت پلیمرازی) و دیگری در صورتی که خطایی در فرایند همتاسازی رخ داده باشد که نوکلئوتیدهای غیر مکمل روبروی یکدیگر قرار گرفته باشند، آن را اصلاح می‌کند (فعالیت نوکلئازی). چگونگی همتاسازی ِDNA پلیمراز در حال حرکت بر روی یک رشتهِ DNA، دو رشتهِ DNA را به یاری آنزیم هلیکاز مانند زیپ از یکدیگر جدا کرده و سپس از روی هر رشته، یک رشتهٔ نو ساخته می‌شود؛ به این گونه که یک آنزیم به نام ِDNA پلیمراز (دنا بسپاراز) بر روی نوار پلی‌نوکلئوتیدی حرکت می‌کند و با به‌کارگیری نوکلئوتیدهای آزاد که در سیتوپلاسم هستند (دارای ۲ یا ۳ گروه فسفات) هر نوکلئوتید را در برابر نوکلئوتید مکمل خود می‌گذارد. ِDNA پلیمراز تنها در سوی انتهای بدون فسفات به سوی انتهای فسفات‌دار نوار پلی‌نوکلئوتیدی حرکت می‌کند. از آن‌جا که دو رشتهِ DNA هم پادسو هستند، در یک رشته، همتاسازی پیوسته انجام می‌شود و در رشته دیگر ('۵ به '۳) به‌شکلی پاره‌پاره انجام می‌شود که در پایان، آنزیم لیگاز، قطعات مجاور را به هم می‌پیوندد (پیوند فسفودی‌استر رخ می‌دهد). آنزیم ِDNA پلیمراز توانایی دیگری نیز دارد و آن ویرایش است: در صورتی که نوکلئوتید اشتباهی بهِ DNAهای دختر اضافه‌شود، یعنی مکمل نباشد، این آنزیم برمی‌گردد و نوکلئوتید غلط را جدا و آن را با نوکلئوتید صحیح تعویض می‌کند. اگر این اشتباهات تصحیح نشوند درِ DNAهای دختر باقی مانده و به نسل بعد منتقل می‌شوند. اتصال پروتئین‌ها به آن، تنها هنگامی صورت می‌گیرد که دنا دارای ابر مارپیچ منفی یا در واقع در حالت وضعیت طبیعی کروموزوم اشریشیاکلای است. در ابتدا، ۱۲ پروتئین شامل ۶ نسخه از دنا B و ۶ نسخه از دنا C تشکیل می‌شود دنا C دارای یک نقش تراوایی است و پس از تشکیل آزاد می‌شود دنا B یک هلیکاز است و جفت بازها را می‌شکند. وقتی دنا از هم باز شد پروتئین‌های SSBP به حالت ۴تایی به تک‌رشته متصل می‌شوند؛ وزن هریک حدود ۱۸ هزار دالتون است و اتصال آن‌ها از نوع تعاونی است. | ## بخش 2: همانندسازی دی‌ان‌ای | پروتئین n´مسئول شناسایی عملی است که اجزای هم‌آرای پیش‌آغازگر بایستی در آن‌جا اجتماع کنند، همچنین فعالیت هلیکازی وابسته به آدنوزین تری فسفات هم از خود نشان می‌دهد و SSBPها را از دنا تک‌رشته‌ای جدا می‌کند؛ پرایماز ۶۰ هزار دالتون است و در هر سلول ۷۵ مولکول از آن وجود دارد؛ پرایماز محصول ژن دنا G است و به آن پروتئین دنا G نیز گفته می‌شود. پرایماز را نوعی آران‌ای پلیمراز می‌نامند که تنها می‌تواند بخش‌های کوچکی از رنا به نام رنای آغازگر که دارای ۳ تا ۴ و ۵ تا ۱۰ نوکلئوتید هستند را رونویسی کند. پروتئین‌های rep با وزن مولکولی ۶۵۰۰۰ دالتون نقش باز کردن مارپیچ دنا را دارند به طوری‌که در مراحل بعدی همتاسازی، که سرعت باز شدن باید بالا باشد؛ این پروتئین‌ها به‌کار گرفته می‌شوند. دوراهی همتاسازی در باکتری‌ها که ِDNA حلقوی دارند همتاسازی معمولاً از دو دوراهی همتاسازی آغاز می‌شود. دوراهی‌های همتاسازی به تدریج از هم دور می‌شوند، تا این که در نقطهٔ مقابل جایگاه آغاز همتاسازی به هم می‌رسند. اما طولِ DNA آن‌قدر زیاد است که اگر قرار باشد یک کروموزوم انسان، مانند باکتری همتاسازی را از یک نقطه آغاز کند، همتاسازی هر کروموزوم ۳۳ روز طول می‌کشید! از این رو همتاسازی در سلول‌های یوکاریوتی و انسان در نقاط مختلف انجام می‌شود (در چند نقطه). دوراهی‌های همتاسازی مختلف، سبب می‌شوند تا یک کروموزوم انسان در حدود ۸ ساعت به‌طور کامل همتاسازی کند. آغاز گیره‌های لغزنده موجب افزایش چشم گیر پیش روندگی دنا پلیمرازها می‌شوند؛ این پروتئین‌ها شامل زیر واحدهای منفردی هستند که به شکل نان شیرینی‌های حلقوی سر هم می‌شوند. سوراخ موجود در مرکز حلقه به اندازه‌ای بزرگ است که بتواند مار پیچ دو رشته‌ای دنا را در بر بگیرد. ترارسان گیرهٔ لغزنده باز شده و روی دنا جای‌گیری می‌شود ترارسان گیره و دنا پلیمرازها نمی‌توانند هم‌زمان با گیرهٔ لغزنده میان‌کنش دهند و جایگاه اتصال آن‌ها بر روی یک سمت از گیرهٔ لغزنده با یکدیگر هم پوشانی دارند بنابراین این گیره که به دنا وصل است از آن جدا نمی‌شود. انتخاب توالی همتاسازی با تشکیل هم آرای پیش همتاساز Pre_Rc انجام می‌شود؛ که ترکیبی از ۴ پروتئین مجزا است و با ترتیب ویژه‌ای به هر ترادف همتاساز متصل می‌شوند. نخستین مرحله از تشکیل آن شناسایی ترادف همتاساز به وسیلهٔ آغاز گر یوکاریوت‌ها یعنی ORCاست. این کینازها در G۱غیرفعال اند و در مرحلهٔ سنتز فعال می‌شوند فسفریلاسیون این پروتئین‌ها سبب جذب سایر پروتئین‌های همتاسازی هوهسته‌ای به نقطهٔ شروع همتاسازی می‌شود. این پروتئین‌ها ی جدید شامل ۳دنا پلی مراز هوهسته‌ای و سایر پروتئین‌های لازم برای به‌کارگیری آن‌ها ست. | ## بخش 3: همانندسازی دی‌ان‌ای | ابتداِ DNA پلیمراز سیگما و بعد اپسیلون و به دنبال آن دنا پلیمراز آلفا پرایماز متصل می‌شوند به این ترتیب اطمینان حاصل می‌شود که هر ۳ دنا پلیمراز در ابتدا همتاسازی و قبل از ساخت رنا حضور دارند. مرحلهٔ سوم:وقتی رشتهٔ پیرو ساخته شد دنا پلیمراز از گیرهٔ لغزنده و دنا آزاد می‌شود. مرحلهٔ چهارم: قسمتی دیگر از پیرو که قرار است همتاسازی شود به عنوان هدف برای ترارسان گیره عمل می‌کند به این ترتیب گیرهٔ لغزندهٔ جدید به هم آرای پرایمر _الگو متصل می‌شود. مرحلهٔ پنجم: هم آرای پرایمر الگو با گیرهٔ لغزنده متصل به آن‌ها به دنا پلیمراز از رشتهٔ پیرو متصل می‌شود و به این ترتیب ساخت قطعهٔ اکازاکی بعدی شروع می‌شود. میان‌کنش بین پروتئین‌ها در طی این فرایند نقش به‌سزایی دارد، از جمله میان‌کنش‌ها می‌توان به میان‌کنش هلیکاز با دنا پلیمراز ۳اشاره کرد، که توسط حامل گیره به عنوان جزئی از هالوآنزیم وساطت می‌شود بنابراین هلیکاز اگر از دنا پلیمراز ۳جدا باشد حرکت آهسته‌ای دارد. پرایماز اتصال محکمی با چنگال همتاسازی ندارد ولی در عوض در فاصلهٔ زمانی حدود ۱ مرتبه در ثانیه پرایماز به هلیکاز و دنا پوشیده شده با SSBمتصل می‌شود و پرایمر جدید ساخته می‌شود. پایان انتهای رشته در یوکاریوت‌ها تلومر نام دارد؛ که به‌طور معمول تکرارهایی از ترادف‌های غنی از ترادف‌های TG هستند برای نمونه مورد انسانی تکرارهایی از ترادف ´۵TTAGGG۳ می‌باشد. پروتئین‌هایی وجود دارند که به دقت طول رشته را وارسی می‌کنند و به‌عنوان مهارکننده برای تلومراز عمل می‌کنند؛ البته بسیاری از آن‌ها نیز فعالیت تلومراز را تعدیل می‌کنند، برای مثال پروتئین Cdc۱۳ به ناحیهٔ تک‌رشته‌ای تلومر متصل می‌شود و سبب اتصال تلومرازها روی رشته می‌شوند. پروتئینPOT۱ باعث مهار فعالیت تلومرازی می‌شود این پروتئین به تک رشته‌ای تارک دنا وصل می‌شود. تکمیل قطعه‌های اکازاکی در یوکاریوت‌ها بالغ‌سازی قطعات اکازاکی شامل چندین مرحلهٔ مجزا است که این مراحل عبارتند از برداشت آران‌ای پرایمر، پر نمودن شکاف حد فاصل ۲ قطعهٔ اکازاکی و نهایتاً اتصال ۲ دنا به یکدیگر است که ۲ مدل برای آن داده شده است. الف: RNAaseH قطعهٔ آران‌ای متصل به انتهای قطعهٔ اوکازاکی را برمی‌دارد و از آن‌جا که این ریز مایه فقط می‌تواند اتصال بین ۲ ریبونوکلئوتید را بشکند، ریبونوکلئیکی در محل اتصال آران‌ای پرایمر وِ DNA باقی می‌ماند و سپس FEN۱ آن را برمی‌دارد. ب: هلیکاز DNA۲ قطعهِ DNA_آران‌ای را جابه‌جا می‌کند، سپس FEN۱ با خاصیت اندونوکلئازی خود نقطهٔ انشعاب را برش می‌دهد و آران‌ای جابه‌جا شده را برش می‌دهد. در هر ۲ مدل شکاف ایجاد شده با به‌کارگیری ِDNA پلیمراز اپسیلون و سیگما، پر شده و لیگاز اتصال لازم را برقرار می‌کند. | ## جمع‌بندی | در پروکاریوت‌ها: ِDNA پلیمراز ۱ با خاصیت اگزونوکلئازی این مراحل را طی می‌کند و مراحل بعدی با به‌کارگیریِ DNA پلیمراز لازم و لیگاز انجام می‌شود.