معلومة

2: بوليميراز الحمض النووي ، بوليميراز الحمض النووي الريبي ، النسخ - علم الأحياء


قارن وقارن بين بوليميرات الحمض النووي البكتيري وبوليميرات الحمض النووي الريبي

ملاحظة: ss = حبلا مفرد ds = حبلا مزدوج P = فوسفات

ملخص:

تقوم بوليميرات الحمض النووي بتوليف الحمض النووي التكميلي باستخدام قالب / دليل الحمض النووي

___________________الحمض النووي

على سبيل المثال ، التسلسل الأساسي لقالب ssDNA: A T A G G C

تسلسل الحمض النووي التكميلي T A T C C G DNA

تم تصنيعه بواسطة بوليميراز الحمض النووي

تقوم بوليميرات الحمض النووي الريبي بتجميع تسلسل الحمض النووي الريبي التكميلي باستخدام الحمض النووي كقالب / دليل

___________________الحمض النووي

على سبيل المثال ، التسلسل الأساسي لقالب ssDNA: A T A G G C

تسلسل الحمض النووي الريبي التكميلي U A U C C G RNA

توليفها بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي

يتطلب تخليق الحمض النووي والحمض النووي الريبي مدخلات من الطاقة ، كل من ATP والسلائف المشحونة (انظر أدناه)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

بوليميراز الحمض النووي الريبي بوليميراز

قالب / دليل ss DNA ssDNA

تجميع الحمض النووي الريبي التكميلي

السلائف المشحونة deoxyadenosine tri-P = dATP adenosine tri-P = ATP

deoxythymidine tri-P = dTTP uridine tri-P = UTP

deoxycytodine tri-P = dCTP cytodine tri-P = CTP

deoxyguanosine tri-P = dGTP guanosine tri-P = GTP

التمهيدي المطلوب؟ نعم / لا

التدقيق اللغوي / التحرير؟ نعم / لا

-------------------------------------------------------------------------------------------------

* تدقيق / تحرير DNA بوليميراز

البوليميرات لها معدل خطأ "طبيعي" أو "جوهري" تقريبًا

10 -4 – 10 -5 النيوكليوتيدات (وهذا يعني أن البوليميرات تقدم النيوكليوتيدات غير الصحيحة كل 10000 إلى 100000 نيوكليوتيد). تتمتع بوليميرات الحمض النووي بالقدرة على "تصحيح الأخطاء وتحريرها". إذا قاموا بإدخال النيوكليوتيدات الخاطئة ، فيمكنهم إزالة أو "استئصال" النوكليوتيدات الخاطئة ومحاولة إجراء تطابق صحيح مرة أخرى. هذا يقلل من معدل الخطأ لبوليميرات الحمض النووي إلى ما يقرب من 10-9 – 10 -10 (أو فقط نيوكليوتيد واحد غير صحيح كل 1،000،000،000 - 10،000،000،000 نيوكليوتيدات). لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي تدقيق عملهم أو تعديله ، لذا فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي يرتكب العديد من الأخطاء (أحد أسباب تحور العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية ، بسرعة كبيرة ... .. لاحقًا)

قسم النسخ المتكرر بدائية النواة

مراجعة تدفق المعلومات في الخلية

DNA --------> RNA ---------> بروتين

تكرار النسخ ترجمة

أنا. الكود الجيني: علاقة فردية بين كودون محدد (تسلسل أساسي 3 محدد) وحمض أميني

II. النسخ: استخدام الحمض النووي كقالب / دليل لتجميع الحمض النووي الريبي التكميلي. تتم إعادة كتابة معلومات الحمض النووي في تسلسل الحمض النووي الريبي.

A. الخطوة الأولى في التعبير الجيني

ب- منتجات النسخ

1. رسول RNA = مرنا: سيتم ترجمتها إلى تسلسل حمض أميني محدد للبروتين

2. نقل RNA = tRNA: جزيء "مترجم" فعلي ، يتعرف على كودون معين وحمض أميني محدد

3. RNA الريبوسوم = الرنا الريباسي: مع بروتينات الريبوسوم ، سيشكل الريبوسوم ، "طاولة العمل" التي يتم فيها ترجمة الرنا المرسال إلى تسلسل حمض أميني محدد / بولي ببتيد / بروتين

ثالثا. المروجين وبوليميراز الحمض النووي الريبي

أ. المروجين: تسلسلات DNA محددة تشير إلى نقاط "البداية" لنسخ الجينات. يرتبط عامل سيغما / الوحدة الفرعية لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالمحفزات لبدء النسخ

ب. بوليميرات الحمض النووي الريبي: مركب إنزيمي يتعرف على محفزات الحمض النووي ، ويرتبط بالمروج ويجمع نسخة الحمض النووي الريبي التكميلية باستخدام الحمض النووي كقالب / دليل

بكتريا قولونية بوليميراز الحمض النووي الريبي: 2 وحدات فرعية، الوحدة الفرعية سيجما والأساسية

أ. وحدة سيجما / عامل= "أدمغة" من بوليميراز الحمض النووي الريبي. يسافر على طول الحمض النووي حتى يصل إلى المحفز ، ويربط المحفز

ب. الوحدة الفرعية الأساسية: يرتبط بـ سيجما يعلق على المروج. "العمود الفقري" لبوليميراز RNA ، ينفذ تخليق RNA الفعلي. يتطلب سلائف نشطة وحبلا قالب ، لا يتطلب PRIMER (قارن مع DNA Polymerase). يقوم بتوليف الحمض النووي الريبي في 5 "-to-> 3" ، على غرار بوليميريز الحمض النووي. لا توجد القدرة على التدقيق اللغوي لذلك سوف يرتكب أخطاء أكثر من DNA Polymerase

ج. ستسقط وحدة سيغما الفرعية بعد ربط أول عدد قليل من الريبونوكليوتيدات معًا ، ويستمر القلب وحده. ملاحظة: ستبدأ النواة في النسخ العشوائي للحمض النووي دون توجيه وحدة سيجما الفرعية. مرنا متعدد الكريات (prok. فقط)

رابعا. إنهاء النسخ

إنهاء: تسلسلات الحمض النووي التي تشير إلى إشارات التوقف عن النسخ. يطلق RNA polymerase DNA عند مواجهة تسلسل فاصل النسخ


تحتوي كل خلية نواة ثنائية الصبغيات في الجسم على نفس الحمض النووي ، أو الجينوم ، ومع ذلك تظهر خلايا مختلفة ملتزمة بمهام متخصصة مختلفة ، فعلى سبيل المثال ، تمتص خلايا الكلى الصوديوم ، بينما تنتج خلايا البنكرياس الأنسولين. كيف يكون هذا ممكنا؟ تكمن الإجابة في الاستخدام التفاضلي للجينوم ، بمعنى آخر ، تعبر الخلايا المختلفة داخل الجسم عن أجزاء مختلفة من الحمض النووي الخاص بها. هذه العملية ، التي تبدأ بنسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، تؤدي في النهاية إلى تغييرات في وظيفة الخلية. وبالتالي ، فإن التغييرات في النسخ هي وسيلة أساسية يتم من خلالها تنظيم وظيفة الخلية عبر الأنواع. في الواقع ، حتى الكائنات وحيدة الخلية ، مثل البكتيريا ، تنظم نسخ الجينات اعتمادًا على الإشارات الموجودة في بيئاتها. لذلك ، فإن فهم كيفية تنظيم النسخ أمر أساسي لفك رموز ألغاز الجينوم.

مركز عملية النسخ هو مجمع البروتينات المعروف باسم بوليميراز RNA. تم العثور على بوليميرات الحمض النووي الريبي في جميع الأنواع ، لكن عدد هذه البروتينات وتكوينها يختلف باختلاف الأصناف. على سبيل المثال ، تحتوي البكتيريا على نوع واحد من بوليميريز الحمض النووي الريبي ، بينما تحتوي حقيقيات النوى (الكائنات الحية متعددة الخلايا والخمائر) على ثلاثة أنواع متميزة. على الرغم من هذه الاختلافات ، هناك أوجه تشابه مذهلة بين آليات النسخ. على سبيل المثال ، تتطلب جميع الأنواع آلية يمكن من خلالها تنظيم النسخ من أجل تحقيق تغييرات مكانية وزمنية في التعبير الجيني. من أجل فهم ما يعنيه هذا تمامًا ، من الضروري أولاً فحص آليات نسخ الحمض النووي الريبي بمزيد من التفصيل.


1 إجابة 1

كما أشرت في تعليقي ، ليس من الواضح ما إذا كانت المصادر المذكورة تتعلق بحقيقيات النوى أم بدائيات النوى ، على افتراض أنها صحيحة. أنا رجل ترجمة ، ولست رجل نسخ ، ولذا فأنا أجيب على هذا من طبعة 2002 من بيرج وآخرون. "الكيمياء الحيوية" ، حيث كان لدي نسخة خاصة بي (هدية مجانية من عندما كنت لا أزال أدرس) وهذه الطبعة متاحة مجانًا على الإنترنت. نشجع أعضاء القائمة الذين يتمتعون بمزيد من الخبرة في هذا المجال على نشر التعليقات لتصحيح أي أخطاء في إجابتي أو توفير التحديثات.

في لا بدائيات النوى ولا حقيقيات النوى هيليكاز الحمض النووي التي تعمل أثناء تكرار الحمض النووي المتضمنة في النسخ على الرغم من أن البروتينات الأخرى الضرورية للنسخ لها نشاط هليكاز الحمض النووي.

في بدائيات النوى يبدو أن holoenzyme RNA polymerase (المكون من أربع وحدات فرعية فقط) مسؤول عن فك حوالي 17 زوجًا أساسيًا من قالب DNA. نقلا عن القسم 28.1.3:

يقوم كل جزيء بوليميراز مرتبط بفك جزء من 17 نقطة أساس من الحمض النووي ، والذي يتوافق مع 1.6 دورة من حلزون B-DNA

قد يكون هناك بعض الغموض الناجم عن وصف كيفية تحديد هذه القيمة تجريبياً لأنها تضمنت إضافة توبويزوميراز II. ومع ذلك ، يتضح من المناقشة في مكان آخر أن هذا إنزيم لتكرار الحمض النووي ولا يشارك في النسخ.

في حقيقيات النواة يعتبر النسخ أكثر تعقيدًا ، حيث يشتمل على بوليميرات منفصلة لفئات مختلفة من منتج RNA ومجموعة متنوعة من عوامل النسخ المساعدة في حالة RNA polymerase II ، والتي تقوم بنسخ mRNA. وفقًا للقسم 28.2.4:

يرتبط صندوق TATA الخاص بالحمض النووي بالسطح المقعر لـ TBP [بروتين ربط صندوق TATA]. يؤدي هذا الارتباط إلى تغييرات توافقية كبيرة في الحمض النووي المرتبط. اللولب المزدوج غير ملفوف إلى حد كبير لتوسيع أخدوده الصغير ، مما يمكّنه من إجراء اتصال واسع النطاق مع الخيوط المضادة على الجانب المقعر من TBP.

لذا فإن التعرف الأولي على صندوق TATA يسبب بعض الفك. ومع ذلك ، يبدو أن اللاعب الرئيسي هو عامل النسخ TFIIF:

هيليكاز تعتمد على ATP والتي تفصل مبدئيًا مزدوج الحمض النووي للبوليميراز


عملية النسخ

يبدأ النسخ بربط إنزيم RNAP بجزء محدد من الحمض النووي ، المعروف أيضًا باسم منطقة المروج. يتطلب هذا الارتباط وجود عدد قليل من البروتينات الأخرى - عامل سيجما في بدائيات النوى وعوامل النسخ المختلفة في حقيقيات النوى. مجموعة واحدة من البروتينات تسمى عوامل النسخ العامة ضرورية لجميع أنشطة النسخ حقيقية النواة وتشمل عامل بدء النسخ II A و II B و II D و II E و II F و II H. يتم استكمالها بجزيئات إشارات محددة تنظم التعبير الجيني من خلال امتدادات من الحمض النووي غير المشفر الموجود في المنبع. غالبًا ما يتم إجهاض البدء عدة مرات قبل بلمرة امتداد من عشرة نيوكليوتيدات. بعد ذلك ، ينتقل البوليميراز إلى ما وراء المحفز ويفقد معظم عوامل البدء.

يتبع ذلك تفكيك الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل ، والمعروف أيضًا باسم & # 8216 ذوبان & # 8217 ، لتشكيل نوع من الفقاعة حيث يحدث النسخ النشط. يبدو أن هذه & # 8216 فقاعة & # 8217 تتحرك على طول حبلا DNA بينما يستطيل بوليمر RNA. بمجرد اكتمال النسخ ، يتم إنهاء العملية ومعالجة حبلا RNA. تتطلب RNAP بدائية النواة وبوليمرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة الأول والثاني بروتينات إضافية لإنهاء النسخ. ينهي RNAP III النسخ عندما يكون هناك امتداد لقواعد الثايمين على الشريط غير القوالب للحمض النووي.


عوامل النسخ العامة وبدء النسخ بواسطة RNA Polymerase II

نظرًا لأن RNA polymerase II مسؤول عن تخليق mRNA من جينات ترميز البروتين ، فقد كان محور معظم دراسات النسخ في حقيقيات النوى. أشارت المحاولات المبكرة لدراسة هذا الإنزيم إلى أن نشاطه يختلف عن نشاط بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائية النواة. النسخ الدقيق للجينات البكتيرية التي يمكن تحقيقها في المختبر ببساطة عن طريق إضافة بوليميراز الحمض النووي الريبي المنقى إلى الحمض النووي المحتوي على محفز غير ممكن في الأنظمة حقيقية النواة. تم توضيح أساس هذا الاختلاف في عام 1979 ، عندما اكتشف روبرت رويدر وزملاؤه أن RNA polymerase II قادر على بدء النسخ فقط إذا تمت إضافة بروتينات إضافية إلى التفاعل. وبالتالي ، يبدو أن النسخ في نظام حقيقيات النوى يتطلب عوامل بدء متميزة (على عكس العوامل البكتيرية & # x003c3) لم تكن مرتبطة بالبوليميراز.

أدى التجزيء الكيميائي الحيوي للمستخلصات النووية الآن إلى تحديد بروتينات معينة (تسمى عوامل النسخ) المطلوبة لـ RNA polymerase II لبدء النسخ. في الواقع ، يمثل تحديد وتوصيف هذه العوامل جزءًا كبيرًا من الجهود المستمرة لفهم النسخ في الخلايا حقيقية النواة. تم تحديد نوعين عامين من عوامل النسخ. تشارك عوامل النسخ العامة في النسخ من جميع محفزات البلمرة II وبالتالي تشكل جزءًا من آلية النسخ الأساسية. ترتبط عوامل النسخ الإضافية (التي تمت مناقشتها لاحقًا في الفصل) بتسلسلات الحمض النووي التي تتحكم في التعبير عن الجينات الفردية وبالتالي فهي مسؤولة عن تنظيم التعبير الجيني.

هناك حاجة إلى خمسة عوامل نسخ عامة لبدء النسخ بواسطة RNA polymerase II في إعادة التكوين في المختبر أنظمة (الشكل 6.12). تحتوي محفزات العديد من الجينات التي تم نسخها بواسطة polymerase II على تسلسل مشابه لـ TATAA 25 إلى 30 نيوكليوتيد في بداية موقع بدء النسخ. يشبه هذا التسلسل (المسمى صندوق TATA) عنصر التسلسل -10 للمحفزات البكتيرية ، وقد أظهرت نتائج إدخال الطفرات في تسلسلات TATAA دورها في بدء النسخ. تتمثل الخطوة الأولى في تكوين مجمع النسخ في ربط عامل النسخ العام المسمى TFIID بصندوق TATA (TF يشير رالفدية Fالممثل II يشير إلى البوليميراز II). يتكون TFIID نفسه من وحدات فرعية متعددة ، بما في ذلك بروتين ربط TATA (TBP) ، والذي يرتبط بشكل خاص بتسلسل إجماع TATAA ، و 10-12 بولي ببتيدات أخرى ، تسمى العوامل المرتبطة بـ TBP (TAFs). ثم يربط TBP عامل نسخ عام ثان (TFIIB) مكونًا مركب TBP-TFIIB في المروج (الشكل 6.13). يعمل TFIIB بدوره كجسر لـ RNA polymerase ، والذي يرتبط بمركب TBP-TFIIB بالاشتراك مع عامل ثالث ، TFIIF.

الشكل 6.12

تشكيل معقد نسخ البلمرة الثاني. العديد من معززات البوليميراز II لديها صندوق TATA (تسلسل إجماعي TATAA) من 25 إلى 30 نيوكليوتيد في بداية موقع بدء النسخ. يتم التعرف على هذا التسلسل بواسطة عامل النسخ TFIID ، والذي (أكثر.)

الشكل 6.13

نموذج لمجمع TBP-TFIIB مرتبط بالحمض النووي. يظهر الحمض النووي كشكل عصا يتكون من خيوط صفراء وخضراء ، مع تحديد موقع بدء النسخ +1. يتكون TBP من مكررين ، لونهما أزرق فاتح وأزرق غامق. يتكرر TFIIB (المزيد)

بعد توظيف RNA polymerase II للمروج ، يلزم ربط عاملين إضافيين (TFIIE و TFIIH) لبدء النسخ. TFIIH هو عامل متعدد الوحدات يبدو أنه يلعب دورين مهمين على الأقل. أولاً ، وحدتان فرعيتان من TFIIH هما الهليكازات ، والتي قد تفكك الحمض النووي حول موقع البدء. (هذه الوحدات الفرعية من TFIIH مطلوبة أيضًا لإصلاح استئصال النوكليوتيدات ، كما تمت مناقشته في الفصل 5.) وحدة فرعية أخرى من TFIIH هي بروتين كيناز الذي يفسفر التسلسلات المتكررة الموجودة في المجال الطرفي C لأكبر وحدة فرعية من RNA polymerase II. يُعتقد أن الفسفرة لهذه التسلسلات تحرر البوليميراز من ارتباطه بمركب البدء ، مما يسمح له بالمضي قدمًا على طول القالب لأنه يطيل سلسلة الحمض النووي الريبي المتنامية.

بالإضافة إلى مربع TATA ، تحتوي محفزات العديد من الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase II على عنصر تسلسل مهم ثان (بادئ ، أو تسلسل Inr) يمتد إلى موقع بدء النسخ. علاوة على ذلك ، تحتوي بعض محفزات RNA polymerase II على عنصر Inr فقط ، بدون علبة TATA. لا يزال البدء في هذه المروجين يتطلب TFIID (و TBP) ، على الرغم من أن TBP من الواضح لا يتعرف على هذه المحفزات من خلال الارتباط مباشرة بتسلسل TATA. بدلاً من ذلك ، يبدو أن الوحدات الفرعية الأخرى لـ TFIID (TAFs) ترتبط بتسلسلات Inr. يقوم هذا الربط بتجنيد TBP للمروج ، ثم يتم تجميع TFIIB و polymerase II وعوامل النسخ الإضافية كما هو موصوف بالفعل. وبالتالي يلعب TBP دورًا مركزيًا في بدء نسخ البوليميراز II ، حتى على المحفزات التي تفتقر إلى صندوق TATA.

على الرغم من تطور في المختبر وتوصيف العديد من عوامل النسخ العامة ، لا يزال يتعين تعلم الكثير فيما يتعلق بآلية نسخ البوليميراز الثاني في الخلايا حقيقية النواة. يمثل التوظيف المتسلسل لعوامل النسخ الموصوفة هنا الحد الأدنى من النظام المطلوب للنسخ في المختبر قد تكون هناك حاجة لعوامل إضافية داخل الخلية. علاوة على ذلك ، يبدو أن RNA polymerase II قادر على الارتباط ببعض عوامل النسخ في الجسم الحي قبل تجميع مجمع النسخ على الحمض النووي. على وجه الخصوص ، تم اكتشاف مجمعات مسبقة التشكيل من RNA polymerase II مع TFIIB و TFIIE و TFIIF و TFIIH وبروتينات تنظيمية نسخية أخرى في كل من خلايا الخميرة والثدييات. يمكن تجنيد هذه المجمعات الكبيرة (تسمى الإنزيمات البوليميراز II holoenzymes) لمروج عبر التفاعل المباشر مع TFIID (الشكل 6.14). وبالتالي تظل المساهمات النسبية للتجميع التدريجي للعوامل الفردية مقابل توظيف الإنزيم الهولندي RNA polymerase II للمروجين داخل الخلية قيد التحديد.

الشكل 6.14

إنزيم بوليميريز RNA II. يتكون holoenzyme من مركب مُشكل مسبقًا من RNA polymerase II وعوامل النسخ العامة TFIIB و TFIIE و TFIIF و TFIIH والعديد من البروتينات الأخرى التي تنشط النسخ. يمكن تجنيد هذا المجمع (المزيد).


استنتاج:

في عام 1956 ، اكتشف Arther Kornberg أول بوليميريز DNA. كلا البوليميراز مهمان للخلية.

ينتج عن الخطأ في وظيفة البوليميراز (إما بوليميريز الحمض النووي أو بوليميريز الحمض النووي الريبي) بعض التشوهات. قد تسبب هذه التشوهات بعض المشاكل الوراثية الخطيرة.

تؤدي إضافة النوكليوتيدات الخاطئة أثناء النسخ المتماثل للنسخ إلى سلسلة غير طبيعية من عديد الببتيد وتؤدي إلى بروتين غير طبيعي أو غير وظيفي.


الفرق بين DNA POLYMERASE و RNA POLYMERASE

إن الوظيفة الرئيسية للبوليميراز وهو إنزيم تشبه إلى حد ما بوليمرات الحمض النووي مثل تلك الموجودة في DNA و RNA. البوليمر مركب به جزيئات صغيرة متكررة حيث يكون مركبًا طبيعيًا أو اصطناعيًا يتكون من جزيئات كبيرة مصنوعة من العديد من الجزيئات المتماثلة الأصغر كيميائيًا مثل النشا والنايلون. في هذا القسم ، سوف نكشف عن الاختلافات بين بوليميريز الحمض النووي وبوليميراز الحمض النووي الريبي.

تتشكل خيوط الحمض النووي بشكل جيد عندما تخضع نواتج أوكسي ريبونوكليوتيدات للبلمرة بمساعدة بوليميرات الحمض النووي التي يُعتقد أنها إنزيمات تسرع من عملية البلمرة. من الواضح أن بوليميراز الحمض النووي يلعب دورًا حيويًا في تكرار الحمض النووي حيث تعمل كعوامل تكشف عن خيوط الحمض النووي غير التالفة كنماذج أولية قد تستخدمها لاحقًا لتكون قادرة على إنشاء خيوط جديدة. بعد ذلك ، سيتم نسخ جزء جديد من الحمض النووي من خلال هذه العملية. هذا الجزيء الذي تم بلمرته مؤخرًا هو النظير الفعلي لخيط القالب الذي له نفس الهوية تمامًا لذلك الشريك في القالب الأصلي. من ناحية أخرى ، من المعروف أن بوليميراز الحمض النووي الريبي هو إنزيم معقد يشارك في إنتاج الحمض النووي الريبي من الحمض النووي عبر عملية النسخ. إن بوليميرات الحمض النووي الريبي مسؤولة أيضًا عن إمداد ريبونوكليوتيدات للنصوص المتزايدة من الحمض النووي الريبي في الجزء النهائي. يتم ذلك عن طريق تحفيز تطوير روابط الفوسفوديستر التي تعمل كموصلات للنيوكليوتيدات لتثبيتها معًا. على النقيض من بوليميراز الحمض النووي ، لا تتطلب بوليميرات الحمض النووي الريبي بالضرورة ما يسمى التمهيدي لبدء العملية وليس لديهم في الواقع أنظمة تدقيق. ومع ذلك ، يوجد فرق كبير بين هذين النوعين من الإنزيمات: إن بوليميرات الحمض النووي ليست قادرة على بدء حبلا جديد بينما تتمتع بوليميرات الحمض النووي الريبي بالقدرة. لا يوجد بوليميريز DNA معروف قادر على بدء سلسلة جديدة. وبالتالي ، في سياق تكرار الحمض النووي ، هناك قليل النوكليوتيد (المعروف باسم التمهيدي) الذي يجب تصنيعه أولاً بواسطة إنزيم مختلف.

للمضي قدمًا ، فإن بوليميرات الحمض النووي قادرة على إضافة نيوكليوتيدات خالية فقط إلى الجزء النهائي من الخيط الذي تم تشكيله حديثًا. قد يؤدي هذا في الواقع إلى إطالة الخصلة بطريقة تتبع 5 & # 8242-3 & # 8242. يمكن إضافة نوكليوتيد إلى بوليميريز DNA فقط على مجموعة 3’-OH الموجودة مسبقًا والتي تتطلب مادة أولية بحيث يمكن أن تضيف إلى النيوكليوتيد. تحتوي البادئات المسماة على قاعدة DNA و RNA. يحتوي الحمض النووي على الثايمين الأساسي بينما يحتوي الحمض النووي الريبي على اليوراسيل كقاعدته. الحمض النووي مزدوج تقطعت به السبل في حين أن الحمض النووي الريبي واحد تقطعت بهم السبل. يحتوي الحمض النووي على سكر البنتوز ديوكسيريبوز بينما يحتوي الحمض النووي الريبي على سكر البنتوز ريبوز. سيستمر بوليميريز الحمض النووي حتى يتم الانتهاء من العمل أخيرًا حيث ستستمر بوليميراز الحمض النووي الريبي ، ولكن في النهاية قد تنكسر في حالة وصولها إلى دورة & # 8220 إيقاف & # 8221. يجب أن تقوم الوحدات الفرعية الموجودة في بوليميرات الحمض النووي الريبي بفك قوالب الحمض النووي ، كما أن بوليميرات الحمض النووي تلتزم بالفعل بالهليكاز الذي قد يكون الحلزون المزدوج مفتوحًا أمامه مباشرة. أخيرًا ، يُقال أن بوليميراز الحمض النووي الريبي أبطأ كثيرًا مقارنةً ببوليميراز الحمض النووي. 50 نيوكليوتيد في ثانية واحدة لبوليميراز RNA بينما 800 نيوكليوتيدات لبوليميراز DNA في ثانية واحدة.

1. يقوم بوليميراز الحمض النووي بتوليف الحمض النووي بينما يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي بتوليف الحمض النووي الريبي.

2- على النقيض من بوليميراز الدنا ، لا تتطلب بوليميراز الرنا بالضرورة ما يسمى بالتمهيدي لبدء العملية وليس لديها في الواقع أنظمة تدقيق.

2- إن بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) قادرة على بدء خيط جديد لكن بوليميرات الدنا لا تستطيع ذلك.

3- يحتوي الحمض النووي على الثايمين الأساسي بينما يحتوي الحمض النووي الريبي على اليوراسيل كقاعدته.

4. الحمض النووي مزدوج تقطعت بهم السبل في حين أن الحمض النووي الريبي واحد تقطعت بهم السبل.

5- يحتوي الحمض النووي على سكر البنتوز ديوكسيريبوز بينما يحتوي الحمض النووي الريبي على ريبوز سكر البنتوز.

6.ستمر بوليميراز الحمض النووي إلى أن يتم الانتهاء من العمل أخيرًا حيث ستستمر بوليميراز الحمض النووي الريبي ولكن في النهاية قد تنكسر في حالة وصولها إلى دورة & # 8220 إيقاف & # 8221.

7- يجب أن تفك الوحدات الفرعية الموجودة في بوليميراز الحمض النووي الريبي قوالب الحمض النووي ، كما أن بوليميراز الدنا تلتزم فعليًا بالهليكاز الذي قد يكون اللولب المزدوج مفتوحًا أمامه مباشرة.


على عكس البلمرة بدائية النواة التي يمكن أن ترتبط بقالب الحمض النووي من تلقاء نفسها ، تتطلب حقيقيات النوى عدة بروتينات أخرى ، تسمى عوامل النسخ ، للارتباط أولاً بمنطقة المروج ومن ثم المساعدة في تجنيد البوليميراز المناسب.

ثلاثة بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة

تعتبر ميزات تخليق الرنا المرسال حقيقية النواة أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ من تلك الموجودة في بدائيات النوى. بدلاً من بوليميراز واحد يشتمل على خمس وحدات فرعية ، تحتوي حقيقيات النوى على ثلاثة بوليميرات يتكون كل منها من 10 وحدات فرعية أو أكثر. يتطلب كل بوليميراز حقيقي النواة أيضًا مجموعة مميزة من عوامل النسخ لإحضاره إلى قالب الحمض النووي.

يقع RNA polymerase I في النواة ، وهي بنية أساسية نووية متخصصة يتم فيها نسخ RNA الريبوسومي (rRNA) ومعالجته وتجميعه في ريبوسومات (الجدول 1). تعتبر جزيئات الرنا الريباسي RNAs بنيوية لأن لها دورًا خلويًا ولكن لا تترجم إلى بروتين. إن الرنا الريباسي هي مكونات الريبوسوم وهي ضرورية لعملية الترجمة. يقوم بوليميريز الحمض النووي الريبي بتجميع جميع الرنا الريباسي باستثناء جزيء الرنا الريباسي 5S. ينطبق التعيين & # 8220S & # 8221 على وحدات & # 8220Svedberg & # 8221 ، وهي قيمة غير مضافة تميز السرعة التي تترسب بها الجسيمات أثناء الطرد المركزي.

الجدول 1. مواقع ومنتجات وحساسيات بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة الثلاثة
بوليميراز الحمض النووي الريبي مقصورة خلوية نتاج النسخ حساسية α-Amanitin
أنا النواة جميع الرنا الريباسي باستثناء الرنا الريباسي 5S غير حساس
II نواة جميع ما قبل الرنا المرسال النووي المشفر للبروتين حساسة للغاية
ثالثا نواة 5S rRNA و tRNAs و RNAs النووية الصغيرة حساس إلى حد ما

يقع RNA polymerase II في النواة ويقوم بتوليف جميع وحدات pre-mRNAs النووية المشفرة للبروتين. تخضع حقيقيات النوى pre-mRNAs لمعالجة مكثفة بعد النسخ ولكن قبل الترجمة (الشكل 1). من أجل الوضوح ، ستستخدم هذه الوحدة & # 8217s مناقشة النسخ والترجمة في حقيقيات النوى المصطلح & # 8220mRNAs & # 8221 لوصف الجزيئات الناضجة والمعالجة الجاهزة للترجمة فقط. RNA polymerase II مسؤول عن نسخ الغالبية العظمى من الجينات حقيقية النواة.

الشكل 1. يحتوي مرنا حقيقيات النوى على إنترونات يجب تقسيمها. تمت إضافة غطاء 5 & # 8242 و 3 & # 8242 poly-A.

يقع RNA polymerase III أيضًا في النواة. يقوم هذا البوليميراز بنسخ مجموعة متنوعة من الحمض النووي الريبي البنيوي الذي يتضمن 5S pre-rRNA ، ونقل ما قبل RNAs (pre-tRNAs) ، و نووي صغير قبلالحمض النووي الريبي. تلعب الحمض الريبي النووي النقال دورًا مهمًا في الترجمة ، فهي تعمل كجزيئات محول بين قالب الرنا المرسال وسلسلة البولي ببتيد المتنامية. تمتلك RNAs النووية الصغيرة مجموعة متنوعة من الوظائف ، بما في ذلك & # 8220splicing & # 8221 pre-mRNAs وتنظيم عوامل النسخ.

يمكن للعالم الذي يميز جينًا جديدًا تحديد البوليميراز الذي ينسخه عن طريق اختبار ما إذا كان الجين يتم التعبير عنه في وجود سم معين للفطر ، وهو α-amanitin (الجدول 1). ومن المثير للاهتمام أن α-amanitin أنتج بواسطة أمانيتا فالويدسيؤثر فطر قبعة الموت على البوليميرات الثلاثة بشكل مختلف تمامًا. إن بوليميريز RNA غير حساس تمامًا لـ α-amanitin ، مما يعني أن البوليميراز يمكنه نسخ الحمض النووي في المختبر في وجود هذا السم. في المقابل ، فإن RNA polymerase II حساس للغاية لـ α-amanitin ، و RNA polymerase III حساس بشكل معتدل. إن معرفة البوليميراز الناسخ يمكن أن يرشد الباحث إلى الوظيفة العامة للجين الذي تتم دراسته. نظرًا لأن RNA polymerase II ينسخ الغالبية العظمى من الجينات ، فسوف نركز على هذا البوليميراز في مناقشاتنا اللاحقة حول عوامل النسخ والمحفزات حقيقية النواة.

محفزات RNA Polymerase II وعوامل النسخ

محفزات حقيقيات النوى أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا من محفزات بدائية النواة. ومع ذلك ، كلاهما له تسلسل مشابه لتسلسل -10 من بدائيات النوى. في حقيقيات النوى ، يُطلق على هذا التسلسل صندوق TATA ، وله تسلسل إجماع TATAAA على شريط الترميز. وهي تقع في -25 إلى -35 قاعدة بالنسبة لموقع البدء (+1) (الشكل 2). هذا التسلسل غير مطابق لـ بكتريا قولونية -10 ، لكنه يحافظ على عنصر A-T الغني. الثبات الحراري لروابط A-T منخفض وهذا يساعد قالب الحمض النووي على الاسترخاء محليًا استعدادًا للنسخ.

بدلاً من العامل البسيط الذي يساعد على ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائية النواة بمحفزها ، تجمع حقيقيات النوى مجموعة معقدة من عوامل النسخ المطلوبة لتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي II في جين ترميز البروتين. تسمى عوامل النسخ التي ترتبط بالمروج عوامل النسخ القاعدية. تسمى جميع هذه العوامل القاعدية TFII (لعامل النسخ / بوليميراز II) بالإضافة إلى حرف إضافي (A-J). المركب الأساسي هو TFIID ، والذي يتضمن بروتين ربط TATA (TBP). تقع عوامل النسخ الأخرى بشكل منهجي في مكانها في قالب الحمض النووي ، حيث يعمل كل عامل على زيادة استقرار مجمع ما قبل البدء والمساهمة في توظيف RNA polymerase II.

الشكل 2. ويرد مروج معمم للجين نسخها من قبل RNA polymerase II. تتعرف عوامل النسخ على المروج. ثم يربط RNA polymerase II ويشكل مجمع بدء النسخ.

سؤال الممارسة

يقوم عالم بتقسيم محفز حقيقيات النوى أمام الجين البكتيري وإدخال الجين في كروموسوم بكتيري. هل تتوقع أن تقوم البكتيريا بنسخ الجين؟

تحتوي بعض محفزات حقيقيات النوى أيضًا على مربع CAAT (GGCCAATCT) في حوالي -80. علاوة على ذلك ، قد تحتوي محفزات حقيقية النواة على واحد أو أكثر من صندوق TATA صناديق GC-rich (GGCG) أو صناديق ثماني (أتجكات). ترتبط هذه العناصر بالعوامل الخلوية التي تزيد من كفاءة بدء النسخ وغالبًا ما يتم تحديدها في الجينات "النشطة" التي يتم التعبير عنها باستمرار بواسطة الخلية.

تعتبر عوامل النسخ القاعدية حاسمة في تكوين مركب مسبق على قالب DNA الذي يقوم لاحقًا بتجنيد RNA polymerase II لبدء النسخ. لا ينتهي تعقيد النسخ حقيقيات النوى بالبوليميراز والمُروّجات. كما يساعد جيش من عوامل النسخ الأخرى ، التي ترتبط مع المعززات وكاتمات الصوت ، في تنظيم التردد الذي يتم به تصنيع الجين قبل الرنا المرسال. تؤثر المعززات وكواتم الصوت على كفاءة النسخ ولكنها ليست ضرورية لمواصلة النسخ.

تطور المروجين

قد يكون تطور الجينات مفهومًا مألوفًا. يمكن أن تحدث الطفرات في الجينات أثناء تكرار الحمض النووي ، وقد تكون النتيجة مفيدة للخلية وقد لا تكون كذلك. من خلال تغيير إنزيم أو بروتين هيكلي أو بعض العوامل الأخرى ، يمكن لعملية الطفرة أن تحول الوظائف أو السمات الفيزيائية. ومع ذلك ، قد تتطور أيضًا محفزات حقيقيات النوى والتسلسلات التنظيمية الأخرى للجينات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الجين الذي ، على مدى عدة أجيال ، يصبح أكثر قيمة للخلية. ربما يقوم الجين بتشفير البروتين البنيوي الذي تحتاجه الخلية لتكوينه بكثرة لوظيفة معينة. إذا كانت هذه هي الحالة ، فسيكون من المفيد للخلية لمحفز هذا الجين & # 8217s تجنيد عوامل النسخ بشكل أكثر كفاءة وزيادة التعبير الجيني.

أبلغ العلماء الذين يفحصون تطور تسلسل المحفز عن نتائج متباينة. يعود ذلك جزئيًا إلى صعوبة استنتاج المكان الذي يبدأ فيه محفز حقيقيات النوى بالضبط وينتهي. تحدث بعض المحفزات داخل الجينات ، بينما يوجد البعض الآخر بعيدًا جدًا عن الجينات التي تنظمها ، أو حتى في اتجاه مجرى النهر. ومع ذلك ، عندما قصر الباحثون فحصهم على متواليات المحفز الأساسية البشرية التي تم تعريفها تجريبياً على أنها متواليات تربط معقد ما قبل التأسيس ، وجدوا أن المحفزات تتطور بشكل أسرع من الجينات المشفرة للبروتين.

لا يزال من غير الواضح كيف يمكن أن يتوافق تطور المروج مع تطور البشر أو الكائنات الحية الأعلى الأخرى. ومع ذلك ، فإن تطور المروج لإنتاج أكثر أو أقل من منتج جيني معين هو بديل مثير للاهتمام لتطور الجينات نفسها. [1]

الهياكل المروجة لبوليميراز RNA الأول والثالث

تتضمن عمليات إحضار بوليميرا RNA الأول والثالث إلى قالب الحمض النووي مجموعات أقل تعقيدًا من عوامل النسخ ، لكن الموضوع العام هو نفسه.

تختلف عناصر المروج المحفوظة للجينات التي تم نسخها بواسطة البوليميراز الأول والثالث عن تلك المنسوخة بواسطة RNA polymerase II. RNA polymerase I ينسخ الجينات التي لها تسلسلان محفزان غنيان بالـ GC في منطقة -45 إلى +20. هذه التسلسلات وحدها كافية لحدوث بدء النسخ ، لكن المحفزات ذات التسلسلات الإضافية في المنطقة من -180 إلى -105 في بداية موقع البدء ستعزز البدء بشكل أكبر. الجينات التي يتم نسخها بواسطة RNA polymerase III لها محفزات أو محفزات أولية تحدث داخل الجينات نفسها.

النسخ حقيقيات النوى هو عملية منظمة بإحكام تتطلب مجموعة متنوعة من البروتينات للتفاعل مع بعضها البعض ومع حبلا الحمض النووي. على الرغم من أن عملية النسخ في حقيقيات النوى تنطوي على استثمار أيضي أكبر من بدائيات النوى ، إلا أنها تضمن أن تقوم الخلية بنسخ ما قبل mRNAs التي تحتاجها لتخليق البروتين.

استطالة وإنهاء

بعد تكوين معقد ما قبل الاستنشاق ، يتم تحرير البوليميراز من عوامل النسخ الأخرى ، ويسمح للاستطالة بالمضي قدمًا كما هو الحال في بدائيات النوى مع توليف البوليميراز pre-mRNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. كما تمت مناقشته سابقًا ، يقوم RNA polymerase II بنسخ الحصة الرئيسية من الجينات حقيقية النواة ، لذلك سيركز هذا القسم على كيفية تحقيق هذا البوليميراز للاستطالة والإنهاء.

على الرغم من أن عملية الاستطالة الأنزيمية هي نفسها بشكل أساسي في حقيقيات النوى وبدائيات النوى ، فإن قالب الحمض النووي أكثر تعقيدًا. عندما لا تنقسم الخلايا حقيقية النواة ، توجد جيناتها ككتلة منتشرة من الحمض النووي والبروتينات التي تسمى الكروماتين. يتم حزم الحمض النووي بإحكام حول بروتينات هيستون المشحونة على فترات متكررة. يتم تباعد معقدات الدنا هيستون هذه ، والتي تسمى مجتمعة النيوكليوسومات ، بانتظام وتتضمن 146 نيوكليوتيد من الحمض النووي ملفوفًا حول ثمانية هيستون مثل الخيط حول بكرة.

لكي يحدث تخليق عديد النوكليوتيد ، تحتاج آلية النسخ إلى تحريك الهيستونات بعيدًا عن الطريق في كل مرة تواجه فيها جسيمًا نوويًا. يتم تحقيق ذلك عن طريق مركب بروتين خاص يسمى حقيقة، الذي يرمز إلى & # 8220 يسهل نسخ الكروماتين. & # 8221 يسحب هذا المركب الهستونات بعيدًا عن قالب الحمض النووي بينما يتحرك البوليميراز على طوله. بمجرد تصنيع ما قبل mRNA ، يستبدل مجمع FACT الهستونات لإعادة تكوين الجسيمات النووية.

يختلف إنهاء النسخ باختلاف البوليميرات. على عكس بدائيات النوى ، فإن الاستطالة بواسطة بوليميريز RNA في حقيقيات النوى تحدث 1000-2000 نيوكليوتيد بعد نهاية الجين الذي يتم نسخه. تتم إزالة هذا الذيل pre-mRNA لاحقًا عن طريق الانقسام أثناء معالجة mRNA. من ناحية أخرى ، تتطلب بوليمرات الرنا الأول والثالث إشارات إنهاء. تحتوي الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase I على تسلسل محدد من 18 نيوكليوتيد يتم التعرف عليه بواسطة بروتين إنهاء. تتضمن عملية الإنهاء في RNA polymerase III دبوس شعر mRNA مشابه لإنهاء النسخ المستقل عن rho في بدائيات النوى.


مراجع

Tan L و Wiesler S و Trzaska D و Carney HC و Weinzierl ROJ: تولد اضطرابات حلزون الجسر وحلقات الزناد بوليمرات RNA فائقة النشاط. J بيول. 2008 ، 7: 40-10.1186 / jbiol98.

Vassylyev DG و Vassylyeva MN و Zhang J و Palangat M و Artsimovitch I و Landick R: الأساس الإنشائي لتحميل الركيزة في بوليميريز الحمض النووي الريبي البكتيري. طبيعة سجية. 2007 ، 448: 163-168. 10.1038 / Nature05931.

Wang D ، Bushnell D ، Westover K ، Kaplan C ، Kornberg R: الأساس الهيكلي للنسخ: دور حلقة الزناد في خصوصية الركيزة والحفز. زنزانة. 2006 ، 127: 941-954. 10.1016 / j.cell.2006.11.023.

سفيتلوف الخامس ، نودلر إي: تشويش سقاطة النسخ. نات هيكل مول بيول. 2008 ، 15: 777-779. 10.1038 / nsmb0808-777.

Westover KD، Bushnell DA، Kornberg RD: الأساس البنيوي للنسخ: اختيار النوكليوتيدات بالتناوب في المركز النشط لـ RNA polymerase II. زنزانة. 2004 ، 119: 481-489. 10.1016 / j.cell.2004.10.016.

Kettenberger H ، Armache KJ ، Cramer P: بنية مجمع استطالة RNA polymerase II الكامل وتفاعلاته مع NTP و TFIIS. خلية مول. 2004 ، 16: 955-965. 10.1016 / j.molcel.2004.11.040.

Nottebaum S ، Tan L ، Trzaska D ، Carney HC ، Weinzierl RO: مصنع RNA polymerase: روبوت في المختبر منصة تجميع للإنتاج عالي الإنتاجية لمجمعات البروتين المؤتلف. الدقة الأحماض النووية. 2008 ، 36: 245-252. 10.1093 / نار / gkm1044.

Vassylyev DG و Sekine S و Laptenko O و Lee J و Vassylyeva MN و Borukhov S و Yokoyama S: التركيب البلوري لبكتيريا بوليميريز هولونزيم بوليميريز RNA بدقة 2.6. طبيعة سجية. 2002 ، 417: 712-719. 10.1038 / الطبيعة 752.

Tuske S، Sarafianos SG، Wang X، Hudson B، Sineva E، Mukhopadhyay J، Birktoft JJ، Leroy O، Ismail S، Clark AD، Dharia C، Napoli A، Laptenko O، Lee J، Borukhov S، Ebright RH، Arnold E : تثبيط بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري بواسطة الستربتوليدين: تثبيت التشكل النشط المركز الحلزوني الجسر المستقيم. زنزانة. 2005 ، 122: 541-552. 10.1016 / j.cell.2005.07.017.

Vassylyev DG و Vassylyeva MN و Perederina A و Tahirov TH و Artsimovitch I: الأساس الهيكلي لاستطالة النسخ بواسطة بوليميريز الحمض النووي الريبي البكتيري. طبيعة سجية. 2007 ، 448: 157-162. 10.1038 / Nature05932.

Gnatt AL ، Cramer P ، Fu J ، Bushnell DA ، Kornberg RD: الأساس البنيوي للنسخ: مجمع استطالة RNA polymerase II بدقة 3.3. علم. 2001 ، 292: 1876-1882. 10.1126 / العلوم 1059495.


شاهد الفيديو: تضاعف الحمض النووي- محاضرة تفاعلية-الجزء 1 DNA replication سمير عبداللطيف (ديسمبر 2021).