מה מזלג השכפול? - ביולוגיה - 2025

מזלג השכפול הוא הנקודה שבה שכפול ה- DNA מתרחשת, זה נקרא גם נקודת צמיחה. הוא בצורת Y, וככל שמתרחש שכפול, סיכת השיער עוברת מולקולת ה- DNA.

שכפול DNA הוא התהליך הסלולרי הכרוך בשכפול של חומר גנטי בתא. מבנה ה- DNA הוא סליל כפול, וכדי לשכפל את תוכנו יש לפתוח אותו. כל אחד מהגדילים יהיה חלק משרשרת הדנ"א החדשה, מכיוון שכפול הוא תהליך שמרני למחצה.

מקור: מסור מבוסס על גלון (גרסה ספרדית מאת אלחנדרו פורטו)

מזלג השכפול נוצר בדיוק בין הצומת בין התבנית או גדילי התבנית שזה עתה נפרדו לבין ה- DNA הדופלקס שטרם הוכפל. כאשר יוזמים שכפול של DNA, ניתן לשכפל בקלות את אחד הגדילים, בעוד שהגדול השני מתמודד עם בעיית קוטביות.

האנזים האחראי על פילמור השרשרת - פולימראז DNA - מסנתז רק את גדיל ה- DNA בכיוון 5'-3 '. לפיכך, גדיל אחד הוא רציף והשני עובר שכפול בלתי-פוסק, ויוצר שברי אוקזאקי.

מזלג שכפול ושכפול DNA

ה- DNA הוא המולקולה המאחסנת את המידע הגנטי הדרוש לכל האורגניזמים החיים - למעט נגיפים מסוימים.

הפולימר העצום הזה המורכב מארבעה נוקליאוטידים שונים (A, T, G ו- C) שוכן בגרעין האוקריוטות, בכל אחד מהתאים המרכיבים את רקמות היצורים הללו (למעט בתאי הדם האדומים הבוגרים של יונקים, חסרים הליבה).

בכל פעם שתא מתחלק, DNA צריך לשכפל כדי ליצור תא בת עם חומר גנטי.

שכפול חד כיווני ושני כיוונים

שכפול יכול להיות חד כיווני או דו כיווני, תלוי בהיווצרות מזלג השכפול בנקודת המוצא.

באופן הגיוני, במקרה של שכפול לכיוון אחד נוצרת רק סיכת שיער אחת ואילו בשכפול דו כיווני נוצרים שתי סיכות שיער.

אנזימים מעורבים

לצורך תהליך זה, יש צורך במכונות אנזימטיות מורכבות, העובדות במהירות ויכולות לשכפל די.אן.איי בצורה מדויקת. האנזימים החשובים ביותר הם פולימראז DNA, פרימזה DNA, מסיק DNA, ליגאז DNA וטופואיזומראז.

התחלת שכפול ויצירת סיכות ראש

שכפול DNA אינו מתחיל בשום מקום אקראי במולקולה. ישנם אזורים ספציפיים ב- DNA המסמנים את תחילת הכפול.

ברוב החיידקים, לכרומוזום החיידקי יש נקודת התחלה עשירה ב- AT. הרכב זה הוא הגיוני, מכיוון שהוא מאפשר את פתיחת האזור (זוגות ה- AT מצטרפים לשני קשרי מימן ואילו הזוג GC זוג לשלושה).

כאשר ה- DNA מתחיל להיפתח, נוצר מבנה בצורת Y: מזלג השכפול.

התארכות מזלג ותנועה

DNA פולימראז לא יכול להתחיל סינתזת שרשרת בת מהתחלה. אתה זקוק למולקולה שיש לה סוף 3 'כך שלפולימראז יש מקום להתחיל לבצע פולימר.

סוף 3 'חופשי זה מוצע על ידי מולקולה קטנה של נוקליאוטידים הנקראת פריימר או פריימר. הראשון משמש כמעין וו עבור הפולימרז.

במהלך ההעתקה יש למזלג השכפול יכולת לנוע לאורך ה- DNA. מעבר מזלג השכפול משאיר שתי מולקולות DNA חד-להקות המכוונות את היווצרותן של מולקולות הבת בעלת הפס הכפול.

סיכת השיער יכולה לנוע קדימה הודות לפעולה של אנזימים מסוקיים שמסירים את מולקולת ה- DNA. אנזים זה מפר את קשרי המימן בין זוגות הבסיס ומאפשר לסיכת השיער לנוע.

סיום

ההעתקה הושלמה כאשר שני סיכות השיער נמצאות ב 180 מעלות צלזיוס מהמקור.

במקרה זה, אנו מדברים על אופן התהליך של שכפול הזורם בחיידקים ויש צורך להדגיש את כל תהליך הפיתול של המולקולה המעגלית שמשמעותה שכפול. טופואיזומראזות ממלאות תפקיד חשוב בהתרגלות המולקולה.

שכפול ה- DNA הוא שמרני למחצה

האם תהית אי פעם איך שכפול מתרחש ב- DNA? במילים אחרות, סליל כפול נוסף חייב לצאת מתוך הסליל הכפול, אך איך זה קורה? במשך כמה שנים זו הייתה שאלה פתוחה בקרב הביולוגים. יכולות להיות מספר פרמוטציות: שני גדילים ישנים יחד ושני גדילים חדשים יחד, או גדיל אחד חדש ואחד ישן ליצירת הסליל הכפול.

בשנת 1957, על שאלה זו נענו החוקרים מתיו מסלסון ופרנקלין סטאהל. מודל השכפול שהוצע על ידי המחברים היה השמרני למחצה.

מסלסון וסטהל טענו כי תוצאת ההעתקה היא שתי מולקולות סליל כפול של DNA. כל אחת מהמולקולות המתקבלות מורכבת מחוט ישן (מהמולקולה האבית או הראשונית) ומיתר חדש שסונתז.

בעיית הקוטביות

איך הפולימראז עובד?

סליל ה- DNA מורכב משתי שרשראות הפועלות אנטי-פראלליות: האחת הולכת לכיוון 5'-3 'והשנייה 3'-5'.

האנזים הבולט ביותר בתהליך השכפול הוא פולימראז DNA, האחראי לזרז את איחוד הנוקלאוטידים החדשים שיוספו לשרשרת. פולימראז DNA יכול להאריך את השרשרת רק בכיוון 5'-3 '. עובדה זו מעכבת את הכפילות בו זמנית של השרשראות במזלג השכפול.

למה? תוספת של נוקליאוטידים מתרחשת בסוף החופשי 3 'שם יש קבוצה הידרוקסיל (-OH). לפיכך, ניתן להגביר בקלות רק את אחד הגדילים על ידי תוספת סופנית של הנוקלאוטיד לקצה ה- 3 '. זה נקרא גדיל מוליך או רציף.

הפקת שומרי אוקזאקי

לא ניתן להאריך את הגדיל האחר, מכיוון שהקצה החופשי הוא 5 'ולא 3' ושום פולימרז לא מזרז את תוספת הנוקלאוטידים לקצה 5 '. הבעיה נפתרת בעזרת סינתזה של שברים קצרים מרובים (בין 130 ל -200 נוקלאוטידים), כל אחד בכיוון שכפול הרגיל מ- 5´ ל- 3´.

סינתזה בלתי-רציפה זו של השברים מסתיימת באיחוד של כל אחד מהחלקים, תגובה המסווגת על ידי ליגאז DNA. לכבוד מגלה המנגנון הזה, רייג'י אוקזאקי, הקטעים המסונתזים הקטנים נקראים שברי אוקזאקי.

הפניות

1. אלברטס, ב., בריי, ד., הופקין, ק., ג'ונסון, א.ד., לואיס, ג'., רף, מ., … & וולטר, פ. (2015). ביולוגיה חיונית של תאים. גרלנד מדע.
2. Cann, IK ו- Ishino, Y. (1999). שכפול DNA ארכאי: זיהוי החלקים לפתרון חידה. גנטיקה, 152 (4), 1249-67.
3. קופר, GM ו- Hausman, RE (2004). התא: גישה מולקולרית. Medicinska naklada.
4. גרסיה-דיאז, מ ', ובבנק, ק' (2007). פונקציות מרובות של פולימראזות DNA. ביקורות ביקורתיות במדעי הצמח, 26 (2), 105-122.
5. לוין, ב '(2008). גנים IX. מק גראוו-היל אינטרמריקנה.
6. ששרבקובה, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). פונקציות של פולימראזות DNA אאוקריוטיות. SAGE KE של המדע, 2003 (8), 3.
7. סטיץ, ת"א (1999). פולימראזות DNA: גיוון מבני ומנגנונים נפוצים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 274 (25), 17395-17398.
8. ווטסון, ג'יי.די (2006). ביולוגיה מולקולרית של הגן. פנמריקנית רפואית אד.
9. וו, ש., בירד, וושינגטון, פדרסן, LG, ווילסון, ש. (2013). השוואה מבנית של אדריכלות DNA פולימראז מרמזת על שער נוקליאוטידים לאתר הפעיל של הפולימראז. ביקורות כימיות, 114 (5), 2759-74.