موضوع مقاله: رپلیزوم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # رپلیزوم | مقدمه: این مجموعه مانند یک «دستگاه کپی‌برداری زنده» عمل می‌کند: رشتهٔ دی‌ان‌ای را باز می‌کند، از روی آن الگو می‌گیرد و یک نسخهٔ جدید و مشابه می‌سازد. | ## بخش 1: رپلیزوم | به بیان ساده، رپلیزوم کمک می‌کند تا هنگام تقسیم سلول، اطلاعات ژنتیکی به‌درستی و کامل به سلول‌های جدید منتقل شود. برای هر یک از رشته‌های تک‌رشته‌ای حاصل، یک توالی دی‌ان‌ای مکمل جدید سنتز می‌شود. نتیجه نهایی، تشکیل دو توالی دی‌ان‌ای دو رشته‌ای جدید است که کپی‌های دقیقی از توالی دی‌ان‌ای دو رشته‌ای اصلی هستند.متن مرجع در اینجا قرار می‌گیرد از نظر ساختاری، رپلیزوم از دو مجتمع پلیمراز همانندسازی تشکیل شده است که یکی از آن‌ها رشته پیشرو (leading strand) را سنتز می‌کند، در حالی که دیگری رشته پیرو (lagging strand) را می‌سازد. نمای کلی فرایند همانندسازی دی‌ان‌ای در پروکاریوت‌ها در پروکاریوت‌ها، هر نوکلئوئید در حال تقسیم (ناحیه‌ای حاوی مواد ژنتیکی که هسته نیست) برای همانندسازی دوطرفه به دو رپلیزوم نیاز دارد. رپلیزوم در یک مکان ثابت در وسط سلول، متصل به غشا باقی می‌ماند و دی‌ان‌ای الگو از درون آن عبور می‌کند. نمای کلی فرایند همانندسازی دی‌ان‌ای در یوکاریوت‌ها در یوکاریوت‌ها، تعداد زیادی حباب همانندسازی در مبدأهای همانندسازی در سراسر کروموزوم تشکیل می‌شود. همانند پروکاریوت‌ها، به دو رپلیزوم نیاز است که هر کدام در یک دوراهی همانندسازی واقع در انتهای حباب همانندسازی قرار دارند. به دلیل تفاوت‌های قابل‌توجه در اندازه کروموزوم‌ها و پیچیدگی‌های مرتبط با کروموزوم‌های بسیار متراکم، جنبه‌های مختلف فرایند همانندسازی دی‌ان‌ای در یوکاریوت‌ها، از جمله مراحل پایانی آن، نسبت به پروکاریوت‌ها کمتر شناخته شده است. چالش‌های همانندسازی دی‌ان‌ای رپلیزوم سامانه‌ای است که در آن عوامل مختلف برای حل چالش‌های ساختاری و شیمیایی همانندسازی دی‌ان‌ای با یکدیگر همکاری می‌کنند. اندازه و ساختار کروموزوم در بین جانداران متفاوت است، اما از آنجا که مولکول‌های دی‌ان‌ای مخزن اطلاعات ژنتیکی برای همه اشکال حیات هستند، بسیاری از چالش‌ها و راه‌حل‌های همانندسازی برای جانداران مختلف یکسان است. در نتیجه، فاکتورهای همانندسازی که این مشکلات را حل می‌کنند از نظر ساختار، شیمی، عملکرد یا توالی بسیار حفظ‌شده (کنسروشده) هستند. چالش‌های کلی ساختاری و شیمیایی شامل موارد زیر است: مونتاژ کارآمد رپلیزوم در مبدأهای همانندسازی (کمپلکس‌های شناسایی مبدأ یا توالی‌های خاص مبدأ همانندسازی در برخی از جانداران) جداسازی دی‌ان‌ای دورشته‌ای به رشته‌های الگوی پیشرو و پیرو (هلیکازها) محافظت از رشته‌های پیشرو و پیرو در برابر آسیب پس از جداسازی دورشته‌ای (فاکتورهای SSB و RPA) پرایمرگذاری رشته‌های الگوی پیشرو و پیرو (پریماز یا دی‌ان‌ای پلیمراز آلفا) اطمینان از پیش‌روندگی (فاکتورهای بارگیری گیره، پروتئین‌های گیره حلقه‌ای‌شکل، پروتئین‌های متصل‌شونده به رشته) همانندسازی دی‌ان‌ای با وفاداری بالا (دی‌ان‌ای پلیمراز ۳، دی‌ان‌ای پلیمراز دلتا، دی‌ان‌ای پلیمراز اپسیلون. همه این‌ها به دلیل ساختار و شیمی خود دارای نرخ خطای ذاتاً پایینی هستند) تصحیح خطا (جایگاه‌های فعال پلیمرازِ همانندساز، خطاها را حس می‌کنند؛ دامنه‌های اگزونوکلئازی '۳ به '۵ در پلیمرازهای همانندساز خطاها را برطرف می‌کنند) بسپارش همگام رشته‌های پیشرو و پیرو با وجود ساختار ضدموازی (ساختار دوراهی همانندسازی، دایمری شدن پلیمرازهای همانندساز) برداشتن پرایمر (دی‌ان‌ای پلیمراز ۱، RNAse H، اندونوکلئازهای فلپ مانند FEN1، یا سایر فاکتورهای ترمیم دی‌ان‌ای) تشکیل پیوندهای فسفودی‌استر در شکاف‌های بین قطعات اکازاکی (لیگاز) به‌طور کلی، چالش‌های همانندسازی دی‌ان‌ای شامل ساختار مولکول‌ها، شیمی مولکول‌ها و از منظر سیستمی، روابط بنیادین بین ساختار و شیمی است. حل چالش‌های همانندسازی دی‌ان‌ای بسیاری از مشکلات ساختاری و شیمیایی مرتبط با همانندسازی دی‌ان‌ای توسط ماشین‌های مولکولی مدیریت می‌شوند که در بین جانداران به شدت حفظ شده‌اند. این بخش به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه فاکتورهای رپلیزوم چالش‌های ساختاری و شیمیایی همانندسازی دی‌ان‌ای را حل می‌کنند. مونتاژ رپلیزوم همانندسازی دی‌ان‌ای در جایگاه‌هایی به نام مبدأ همانندسازی آغاز می‌شود. در جانداران دارای ژنوم کوچک و ساختار کروموزومی ساده، مانند باکتری‌ها، ممکن است تنها چند مبدأ همانندسازی روی هر کروموزوم وجود داشته باشد. جانداران با ژنوم‌های بزرگ و ساختار کروموزومی پیچیده، مانند انسان، ممکن است صدها یا حتی هزاران مبدأ همانندسازی پراکنده در چندین کروموزوم داشته باشند. ساختار دی‌ان‌ای با زمان، مکان و توالی متفاوت است و تصور می‌شود که این تنوعات، علاوه بر نقششان در بیان ژن، نقش فعالی در مونتاژ رپلیزوم در طول سنتز دی‌ان‌ای نیز ایفا می‌کنند. DnaA به کمپلکس شناسایی مبدأ متصل می‌شود و دی‌ان‌ای دورشته‌ای را از هم جدا می‌کند. فاکتورهای MCM به کمپلکس شناسایی مبدأ متصل می‌شوند و دی‌ان‌ای دورشته‌ای را از هم جدا می‌کنند و یک حباب همانندسازی را تشکیل می‌دهند. RFC گیره لغزان (PCNA) را قرار می‌دهد و دی‌ان‌ای پلیمرازهایی مانند آلفا (α)، دلتا (δ) و اپسیلون (ε) را جذب می‌کند. برای هر دو گروه باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها، مرحله بعدی عموماً به عنوان «طویل‌شدن» شناخته می‌شود و در این مرحله است که بخش عمده سنتز دی‌ان‌ای اتفاق می‌افتد. جداسازی دورشته‌ای دی‌ان‌ای یک مولکول دورشته‌ای است که از دو رشته ضدموازی تشکیل شده است. بر اساس آزمایش مزلسون-استال، فرایند همانندسازی دی‌ان‌ای نیمه‌حفاظتی است، به طوری که در طول همانندسازی، دی‌ان‌ای دورشته‌ای اصلی به دو رشته دختر (که به عنوان الگوهای رشته پیشرو و پیرو شناخته می‌شوند) جدا می‌شود. هلیکازها هلیکاز آنزیمی است که پیوندهای هیدروژنی بین جفت‌بازها را در وسط دی‌ان‌ای دورشته‌ای می‌شکند. ساختار دونات‌مانند آن به دور دی‌ان‌ای می‌پیچد و رشته‌ها را پیش از سنتز دی‌ان‌ای از هم جدا می‌کند. در یوکاریوت‌ها، کمپلکس Mcm2-7 به عنوان یک هلیکاز عمل می‌کند، اگرچه مشخص نیست کدام زیرواحدها برای فعالیت هلیکازی به‌طور کامل مورد نیاز هستند.متن مرجع در اینجا قرار می‌گیرد این هلیکاز در همان جهت دی‌ان‌ای پلیمراز (از '۳ به '۵ نسبت به رشته الگو) جابجا می‌شود. در جانداران پروکاریوتی، هلیکازها بهتر شناسایی شده‌اند و شامل dnaB هستند که در جهت '۵ به '۳ روی رشته مقابل دی‌ان‌ای پلیمراز حرکت می‌کند. باز کردن ابرمارپیچ‌ها و جداسازی هنگامی که هلیکاز مارپیچ دوگانه را باز می‌کند، تغییرات توپولوژیک ناشی از حرکت چرخشی هلیکاز منجر به تشکیل ابرمارپیچ (supercoil) در جلوی هلیکاز می‌شود (شبیه به اتفاقی که هنگام پیچاندن یک تکه نخ می‌افتد). ژیراز و توپوایزومرازها دی‌ان‌ای ژیراز (نوعی توپوایزومراز) ابرمارپیچ ایجادشده توسط هلیکاز را شل و باز می‌کند. این آنزیم این کار را با برش رشته‌های دی‌ان‌ای، فراهم کردن امکان چرخش و آزادسازی ابرمارپیچ و سپس اتصال مجدد رشته‌ها انجام می‌دهد. ژیراز معمولاً در بالادست دوراهی همانندسازی، جایی که ابرمارپیچ‌ها تشکیل می‌شوند، یافت می‌شود. محافظت از رشته‌های پیشرو و پیرو دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای بسیار ناپایدار است و می‌تواند با خودش پیوندهای هیدروژنی تشکیل دهد که به آن‌ها «سنجاق‌سر» (hairpin) می‌گویند (یا رشته منفرد ممکن است به طور نامناسب به رشته منفرد دیگر متصل شود). برای مقابله با این ناپایداری، پروتئین‌های پیوندشونده به تک‌رشته (SSB در پروکاریوت‌ها و پروتئین همانندسازی A در یوکاریوت‌ها) به بازهای در معرض دید متصل می‌شوند تا از اتصال نامناسب جلوگیری کنند. اگر هر رشته را به عنوان یک «رشته پویا و کشسان» در نظر بگیرید، پتانسیل ساختاری برای اتصال نامناسب آشکار می‌شود. | ## بخش 2: رپلیزوم | نمای شماتیک از رشته‌های دی‌ان‌ای تازه جداشده بدون پروتئین‌های پیوندشونده به رشته. رشته پیرو پوشیده‌شده با پروتئین‌های پیوندشونده (*) که از اتصال نامناسب جلوگیری می‌کنند. پرایمرگذاری رشته‌های پیشرو و پیرو هم از منظر ساختاری و هم از منظر شیمیایی، یک تک‌رشته دی‌ان‌ای به تنهایی (و پروتئین‌های پیوندشونده به تک‌رشته مرتبط با آن) برای پلیمریزاسیون مناسب نیست. این بدان دلیل است که واکنش‌های شیمیایی کاتالیزشده توسط پلیمرازهای همانندساز، برای آغاز طویل شدن زنجیره نوکلئوتیدی به یک گروه 'OH ۳ آزاد نیاز دارند. از نظر ساختاری، ترکیب جایگاه‌های فعال پلیمراز همانندساز (که به شدت به دقت ذاتی پلیمرازهای همانندساز مرتبط است) به این معنی است که این فاکتورها نمی‌توانند طویل شدن زنجیره را بدون یک زنجیره از پیش موجود از نوکلئوتیدها آغاز کنند، زیرا هیچ پلیمراز همانندساز شناخته‌شده‌ای نمی‌تواند طویل شدن زنجیره را از ابتدا (de novo) شروع کند. آنزیم‌های پرایمرگذار (که نوعی آران‌ای پلی‌مراز وابسته به دی‌ان‌ای هستند) این مشکل را با ایجاد یک پرایمر آران‌ای (RNA) روی رشته‌های پیشرو و پیرو حل می‌کنند. رشته پیشرو یک بار پرایمرگذاری می‌شود و رشته پیرو تقریباً هر ۱۰۰۰ (+/- ۲۰۰) جفت‌باز یک بار پرایمرگذاری می‌شود (یک پرایمر برای هر قطعه اکازاکی روی رشته پیرو). بدین ترتیب، پلیمرازهای همانندساز می‌توانند طویل شدن زنجیره را در (*A) آغاز کنند. پریماز در پروکاریوت‌ها، دی‌ان‌ای پریماز یک پرایمر آران‌ای در ابتدای رشته‌های پیشرو و پیرو که تازه جدا شده‌اند ایجاد می‌کند. دی‌ان‌ای پلیمراز آلفا در یوکاریوت‌ها، دی‌ان‌ای پلیمراز آلفا یک پرایمر آران‌ای در ابتدای رشته‌های پیشرو و پیرو که تازه جدا شده‌اند ایجاد می‌کند و برخلاف پریماز، دی‌ان‌ای پلیمراز آلفا یک زنجیره کوتاه از دئوکسی‌نوکلئوتیدها را نیز پس از ایجاد پرایمر سنتز می‌کند. اطمینان از پیش‌روندگی و همگام‌سازی پیش‌روندگی به سرعت و پیوستگی همانندسازی دی‌ان‌ای اشاره دارد و پیش‌روندگی بالا لازمه همانندسازی به‌موقع است. پیش‌روندگی بالا تا حدودی توسط پروتئین‌های حلقوی‌شکلی به نام «گیره» تضمین می‌شود که به پلیمرازهای همانندساز کمک می‌کنند تا متصل به رشته‌های پیشرو و پیرو باقی بمانند. متغیرهای دیگری نیز وجود دارند: از دیدگاه شیمیایی، پروتئین‌های پیوندشونده به رشته، پلیمریزاسیون را تحریک می‌کنند و انرژی ترمودینامیکی اضافی برای واکنش فراهم می‌آورند. از دیدگاه سیستمی، ساختار و شیمی بسیاری از فاکتورهای رپلیزوم (مانند ویژگی‌های AAA+ ATPase در زیرواحدهای منفرد بارگیری‌کننده گیره، همراه با ترکیب مارپیچی که به خود می‌گیرند) و ارتباط بین فاکتورهای بارگیری گیره و سایر فاکتورهای جانبی نیز پیش‌روندگی را افزایش می‌دهد. در این راستا، طبق تحقیقات کوریان و همکاران، به دلیل نقش آن‌ها در جذب و اتصال فاکتورهای دیگر مانند آنزیم‌های پرایمرگذار و پلیمرازهای همانندساز، بارگیری‌کننده‌های گیره و گیره‌های لغزان در قلب ماشین رپلیزوم قرار دارند. تحقیقات نشان داده است که فاکتورهای بارگیری‌کننده گیره و گیره لغزان برای همانندسازی کاملاً ضروری هستند، که این مسئله توضیح‌دهنده درجه بالای حفاظت ساختاری مشاهده‌شده برای این فاکتورهاست. این حفاظت معماری و ساختاری در جانداران بسیار متنوعی مانند باکتری‌ها، فاژها، مخمرها و انسان‌ها دیده می‌شود. اینکه چنین درجه قابل‌توجهی از حفاظت ساختاری بدون همولوژی توالی مشاهده می‌شود، بیش از پیش بر اهمیت این راه‌حل‌های ساختاری برای چالش‌های همانندسازی تأکید می‌کند. بارگیری‌کننده گیره بارگیری‌کننده گیره یک اصطلاح عمومی است که به فاکتورهای همانندسازی به نام گاما (در باکتری‌ها) یا RFC (در یوکاریوت‌ها) اشاره دارد. ترکیب دی‌ان‌ای الگو و پرایمر آران‌ای به عنوان «دی‌ان‌ای نوع A» شناخته می‌شود و تصور می‌شود که پروتئین‌های همانندسازی بارگیری‌کننده گیره (هتروپنتامرهای مارپیچی) به دلیل شکل (ساختار شیار بزرگ/کوچک) و شیمی (الگوهای دهندگان و پذیرندگان پیوند هیدروژنی) دی‌ان‌ای نوع A، تمایل به اتصال به آن دارند. بدین ترتیب، پروتئین‌های بارگیری‌کننده گیره به ناحیه پرایمرگذاری‌شده رشته متصل می‌شوند که این امر باعث هیدرولیز ای‌تی‌پی (ATP) شده و انرژی لازم برای باز کردن گیره و اتصال آن به رشته را فراهم می‌کند. گیره لغزان گیره لغزان یک اصطلاح عمومی است که به فاکتورهای همانندسازی حلقوی‌شکلی به نام بتا (در باکتری‌ها) یا PCNA (در یوکاریوت‌ها و باستانیان) اشاره دارد. پروتئین‌های گیره، پلیمرازهای همانندساز مانند دی‌ان‌ای پلیمراز ۳ را جذب کرده و نگه می‌دارند تا مدت زمانی را که یک پلیمراز همانندساز متصل به رشته باقی می‌ماند، افزایش دهند. از دیدگاه شیمیایی، این گیره دارای بار کمی مثبت در مرکز خود است که تطابق تقریباً کاملی با بار کمی منفی رشته دی‌ان‌ای دارد. صرف‌نظر از این موضوع، معماری حلقوی حفظ‌شده به گیره اجازه می‌دهد تا رشته را در بر بگیرد. دایمری شدن پلیمرازهای همانندساز پلیمرازهای همانندساز با اتصال به زیرواحدهای فاکتور بارگیری گیره، یک دایمر نامتقارن را در دوراهی همانندسازی تشکیل می‌دهند. این ترکیب نامتقارن قادر به همانندسازی همزمان رشته‌های پیشرو و پیرو است و مجموعه فاکتورهایی که شامل پلیمرازهای همانندساز می‌شود، به طور کلی «هولوآنزیم» نامیده می‌شود. با این حال، چالش‌های قابل‌توجهی باقی می‌ماند: رشته‌های پیشرو و پیرو ضدموازی هستند. این بدان معناست که سنتز نوکلئوتید روی رشته پیشرو به طور طبیعی در جهت '۵ به '۳ رخ می‌دهد. با این حال، رشته پیرو در جهت مخالف قرار دارد و این یک چالش بزرگ است زیرا هیچ پلیمراز همانندساز شناخته‌شده‌ای نمی‌تواند دی‌ان‌ای را در جهت '۳ به '۵ سنتز کند. دایمری شدن پلیمرازهای همانندساز، مشکلات مربوط به همگام‌سازی کارآمد سنتز رشته‌های پیشرو و پیرو در دوراهی همانندسازی را حل می‌کند، اما جفت‌شدن فضایی-ساختاری نزدیک پلیمرازهای همانندساز، در حالی که مسئله دشوار همگام‌سازی را حل می‌کند، چالش دیگری را ایجاد می‌کند: دایمری شدن پلیمرازهای همانندساز در دوراهی همانندسازی به این معنی است که سنتز نوکلئوتید برای هر دو رشته باید در یک مکان فضایی یکسان صورت گیرد، با وجود این واقعیت که رشته پیرو باید به سمت عقب نسبت به رشته پیشرو سنتز شود. سنتز رشته پیرو پس از آن اتفاق می‌افتد که هلیکاز مقدار کافی از رشته پیرو را باز کرده باشد و این «مقدار کافی از رشته پیرو» در زنجیره‌های نوکلئوتیدی مجزایی به نام قطعات اکازاکی پلیمریزه می‌شود. موارد زیر را در نظر بگیرید: هلیکاز به طور مداوم دی‌ان‌ای دورشته‌ای والد را باز می‌کند، اما رشته پیرو باید در جهت مخالف پلیمریزه شود. این بدان معناست که در حالی که بسپارش رشته پیشرو پیش می‌رود، بسپارش رشته پیرو تنها پس از آن رخ می‌دهد که به اندازه کافی از رشته پیرو توسط هلیکاز باز شده باشد. در این مرحله، پلیمراز همانندساز رشته پیرو برای شروع بسپارش با گیره و پرایمر متصل می‌شود. در طول سنتز رشته پیرو، پلیمراز همانندساز، رشته پیرو را به سمت دوراهی همانندسازی بازمی‌گرداند. | ## بخش 3: رپلیزوم | هلیکاز به باز کردن دی‌ان‌ای دورشته‌ای والد ادامه می‌دهد، آنزیم پرایمرگذار پرایمر دیگری را متصل می‌کند و پلیمراز همانندساز زمانی که مقدار کافی از رشته پیرو باز شد، دوباره به گیره و پرایمر متصل می‌شود. همانندسازی دی‌ان‌ای با وفاداری بالا جانداران پروکاریوتی و یوکاریوتی از انواع مختلفی از پلیمرازهای همانندساز استفاده می‌کنند که برخی از آن‌ها به خوبی شناخته شده‌اند: دی‌ان‌ای پلیمراز ۳ دی‌ان‌ای پلیمراز دلتا دی‌ان‌ای پلیمراز اپسیلون دی‌ان‌ای پلیمراز ۳ این پلیمراز رشته‌های پیشرو و پیرو دی‌ان‌ای را در باکتری‌ها سنتز می‌کند. دی‌ان‌ای پلیمراز دلتا این پلیمراز دی‌ان‌ای رشته پیرو را در یوکاریوت‌ها سنتز می‌کند. (تصور می‌شود که یک دایمر نامتقارن با دی‌ان‌ای پلیمراز اپسیلون تشکیل می‌دهد.) دی‌ان‌ای پلیمراز اپسیلون این پلیمراز دی‌ان‌ای رشته پیشرو را در یوکاریوت‌ها سنتز می‌کند. (تصور می‌شود که یک دایمر نامتقارن با دی‌ان‌ای پلیمراز دلتا تشکیل می‌دهد.) تصحیح و برطرف‌کردن خطا اگرچه نادر است، اما پلیمریزاسیون با جفت‌بازهای نادرست در طول طویل شدن زنجیره رخ می‌دهد. (ساختار و شیمی پلیمرازهای همانندساز به این معنی است که خطاها بعید هستند، اما اتفاق می‌افتند.) بسیاری از پلیمرازهای همانندساز حاوی یک مکانیسم «تصحیح خطا» به شکل یک دامنه اگزونوکلئازی '۳ به '۵ هستند که قادر به حذف جفت‌بازها از انتهای '۳ در معرض دید از زنجیره در حال رشد است. تصحیح خطا به این دلیل امکان‌پذیر است که خطاهای جفت‌باز، موقعیت یون‌های منیزیم را در زیرواحد پلیمریزاسیون مخدوش می‌کنند و این اعوجاج ساختاری-شیمیایی واحد پلیمریزاسیون، فرایند پلیمریزاسیون را با کند کردن واکنش عملاً متوقف می‌کند. در ادامه، واکنش شیمیایی در واحد اگزونوکلئازی کنترل را در دست گرفته و نوکلئوتیدها را از انتهای '۳ در معرض دید از زنجیره در حال رشد حذف می‌کند. به محض حذف یک خطا، ساختار و شیمی واحد پلیمریزاسیون به حالت عادی بازمی‌گردد و همانندسازی دی‌ان‌ای ادامه می‌یابد. خطاهای جفت‌باز، جایگاه فعال پلیمراز را برای ۴ تا ۶ نوکلئوتید مخدوش می‌کنند، که به این معنی است که بسته به نوع عدم تطابق، تا شش فرصت برای تصحیح خطا وجود دارد. ویژگی‌های حس‌کردن خطا و تصحیح خطا، همراه با دقت ذاتی ناشی از ساختار و شیمی پلیمرازهای همانندساز، به نرخ خطایی در حدود ۱ عدم تطابق جفت‌باز در هر ۱۰۸ تا ۱۰۱۰ جفت‌باز کمک می‌کنند. نمای شماتیک از جفت‌بازهای صحیح که به دنبال آن ۸ عدم تطابق جفت‌باز احتمالی آمده است. شیمی هر عدم تطابق متفاوت است و رفتار پلیمراز همانندساز نسبت به فعالیت حس‌کردن عدم تطابق آن نیز متفاوت است. در طول دوره افزایش نمایی دی‌ان‌ای در ۳۷ درجه سانتی‌گراد، نرخ طویل شدن ۷۴۹ نوکلئوتید در ثانیه است. برداشتن پرایمر و اتصال شکاف‌ها پس از سنتز رشته‌های پیشرو و پیرو، دو مشکل وجود دارد: آران‌ای در دی‌ان‌ای دورشته‌ای باقی می‌ماند و بین هر قطعه اکازاکی در دی‌ان‌ای دورشته‌ای پیرو شکاف‌هایی (nick) وجود دارد. این مشکلات توسط انواع مختلفی از آنزیم‌های ترمیم دی‌ان‌ای که در هر جاندار متفاوت است حل می‌شوند، از جمله: دی‌ان‌ای پلیمراز ۱، دی‌ان‌ای پلیمراز بتا، آران‌از اچ (RNAse H)، لیگاز و DNA2. این فرایند در باکتری‌ها به خوبی شناخته شده است و در بسیاری از یوکاریوت‌ها بسیار کمتر شناخته شده است. به طور کلی، آنزیم‌های ترمیم دی‌ان‌ای، قطعات اکازاکی را از طریق روش‌های مختلفی کامل می‌کنند، از جمله: برش جفت‌باز و فعالیت اگزونوکلئازی '۵ به '۳ که ریبونوکلئوتیدهای ناپایدار از نظر شیمیایی را از دی‌ان‌ای دورشته‌ای پیرو حذف کرده و آن‌ها را با دئوکسی‌نوکلئوتیدهای پایدار جایگزین می‌کند. این فرایند «بلوغ قطعات اکازاکی» نامیده می‌شود و لیگاز (به پایین مراجعه کنید) مرحله نهایی فرایند بلوغ را تکمیل می‌کند. دورشته‌ای آران‌ای-دی‌ان‌ای با ریبونوکلئوتیدهای افزوده‌شده توسط آنزیم پرایمرگذار (-) و دئوکسی‌نوکلئوتیدهای افزوده‌شده توسط پلیمراز همانندساز (+). =========================================== همراه با پرایمر، ستون فقرات قند-فسفات از ریبوز و دئوکسی‌ریبوز ساخته شده است. +++++++++++++++++++++++++++++++ - نشان‌دهنده ریبونوکلئوتید و + نشان‌دهنده دئوکسی‌نوکلئوتید است برداشتن پرایمر و اتصال شکاف‌ها می‌تواند به عنوان فرایندهای ترمیم دی‌ان‌ای در نظر گرفته شود که یک دی‌ان‌ای دورشته‌ای پایدار از نظر شیمیایی و بدون خطا تولید می‌کنند. در این راستا، با توجه به شیمی یک دورشته‌ای آران‌ای-دی‌ان‌ای، علاوه بر حضور یوراسیل در این دورشته‌ای، حضور ریبوز (که دارای یک 'OH ۲ واکنش‌پذیر است) تمایل دارد که دورشته‌ای را از نظر شیمیایی بسیار ناپایدارتر از یک دورشته‌ای حاوی تنها دئوکسی‌ریبوز (که دارای 'H ۲ غیرواکنش‌پذیر است) کند. آران‌از اچ آران‌از اچ آنزیمی است که آران‌ای را از دورشته‌ای آران‌ای-دی‌ان‌ای حذف می‌کند. لیگاز پس از اینکه فاکتورهای ترمیم دی‌ان‌ای ریبونوکلئوتیدهای پرایمر را با دئوکسی‌نوکلئوتیدها جایگزین کردند، یک شکاف در ستون فقرات قند-فسفات بین هر قطعه اکازاکی در دی‌ان‌ای دورشته‌ای پیرو باقی می‌ماند. آنزیمی به نام دی‌ان‌ای لیگاز با تشکیل یک پیوند فسفودی‌استر بین هر شکاف که قطعات اکازاکی را از هم جدا می‌کند، این بریدگی را در ستون فقرات به هم متصل می‌کند. نمای شماتیک از دی‌ان‌ای دورشته‌ای دختر جدید، یعنی رشته پیرو، به همراه ستون فقرات قند-فسفات در زیر نشان داده شده است. ========|=============|============|======= پس از فعالیت فاکتور ترمیم دی‌ان‌ای، ستون فقرات دئوکسی‌ریبوز-فسفات خالص با شکاف‌هایی بین هر قطعه اکازاکی است. یک نوع استرس همانندسازی ناشی از آسیب‌های دی‌ان‌ای مانند اتصالات متقاطع بین‌رشته‌ای (ICLs) است. یک اتصال متقاطع بین‌رشته‌ای می‌تواند به دلیل عدم موفقیت در جداسازی رشته‌های دی‌ان‌ای، از پیشرفت دوراهی همانندسازی جلوگیری کند. در سلول‌های مهره‌داران، همانندسازی یک الگوی کروماتینی حاوی ICL، باعث جذب بیش از ۹۰ فاکتور ترمیم دی‌ان‌ای و نگهداری ژنوم می‌شود. این فاکتورها شامل پروتئین‌هایی هستند که برش‌های متوالی و نوترکیبی هم‌ساخت را انجام می‌دهند. تاریخچه کاترین لمون و آلن گراسمن با استفاده از باسیلوس سوبتیلیس نشان دادند که رپلیزوم‌ها مانند قطار روی ریل حرکت نمی‌کنند، بلکه دی‌ان‌ای در واقع از درون یک جفت رپلیزوم ثابت مستقر در غشای سلول عبور می‌کند. subtilis هر کدام با پروتئین فلورسنت سبز برچسب‌گذاری شدند و مکان این کمپلکس در سلول‌های در حال همانندسازی با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس ردیابی شد. اگر رپلیزوم‌ها مانند قطار روی یک ریل حرکت می‌کردند، پروتئین پلیمراز-GFP در هر سلول در موقعیت‌های مختلفی یافت می‌شد. اما در عوض، در هر سلول در حال همانندسازی، رپلیزوم‌ها به صورت کانون‌های فلورسنت مجزا واقع در میانه سلول یا نزدیک به آن مشاهده شدند. | ## جمع‌بندی | دی‌ان‌ای سلولی که با یک رنگ فلورسنت آبی (DAPI) رنگ‌آمیزی شده بود، به وضوح بیشتر فضای سیتوپلاسمی را اشغال کرده بود.