07/02
سنتز DNA
چکیده
آنزیم پلی مراز نوکلئوتیدها را فقط به انتهای ۳ پریم یک رشته ی پلی نوکلئوتیدی در حال رشد، اضافه می کنند. نوکلئوتیدهای دارای سه گروه فسفات، مانند ATPو GTPسوبستراهای این واکنش پلی مریزاسیون هستند. RNAیا ریبونوکلئیک اسید، یک پلی مر نوکلئیک اسیدی است که شامل زیرواحد های نوکلئوتیدی بوده است. ممکن است ضروری به نظر آید که تکثیر یکی از رشته ها، از یک انتهای مارپیچ دو تایی آغاز شود و رشته ی دیگر از انتهای مقابل. DNAپلی مراز دیگر ( اما یکسان )، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم رشته ی دیگر اضافه می کند. این رشته که همواره برخلاف جهت حرکت چنگال همانندسازی در حال رشد است، رشته ی پیرو نامیده می شود. سنتز در هر چنگال همانندسازی تا رسیدن به یک رشته ی تازه ساخته شده که از جهت مقابل می اید ادامه دارد. در انتهای DNA، یک قطعه ی کوچک همانندسازی نشده باقی می ماند و قسمتی از قطعه ی تک رشته ای DNAدر هر چرخه ی سلولی حذف می شود. تلومراز، یک آنزیم ویژه ی همانندسازی DNAاست که می تواند DNAتلومری را دراز کند. تعداد تقسیم های سلولی، بستگی به سن افرادی دارد که سلول از انها گرفته شده است.
سنتز DNAهمواره در جهت پنج پریم به سه پریم پیش می رود.
می دانیم، DNAپلی مراز یعنی انزیم هایی که اتصال زیر واحد های نوکلئوتیدی را به یکدیگر کاتالیز می کنند. این انزیم ها نوکلئوتیدها را فقط به انتهای ۳ پریم یک رشته ی پلی نوکلئوتیدی در حال رشد، اضافه می کنند و این رشته ی در حال رشد باید با رشته ی الگو مکمل باشد. نوکلئوتیدهای دارای سه گروه فسفات، مانند ATP، GTPسوبستراهای این واکنش پلی مریزاسیون هستند. زمانی که نوکلئوتیدها به یکدیگر متصل می شوند. دو گروه فسفات ازاد می شوند. این واکنش ها انرژی زا هستند و نیاز به انرژی اضافی ندارند. زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی با اتصال فسفات ۵ پریم یک نوکلئوتید ازاد به گروه ۳ هیدروکسیل قند در انتهای رشته ی تازه ساخت دراز می شود. پس این رشته ی جدید DNAهمواره در جهت ۵ پریم با ۳ پریم رشد می کند.
سنتز DNAبه RNAپرایمر نیاز دارد.
قبلا به این موضوع اشاره شد، DNAپلی مرازها فقط به انتهای ۳ پریم یک رشه ی پلی نوکلئوتیدی از قبل موجود، نوکلئوتیدها را اضافه می کنند. پس وقتی که دو رشته ی DNAاز هم جدا می شوند. چگونه همانندسازی شروع می شود؟ جواب این است که در ابتدا یک قطعه ی کوتاه از RNAبه نام پرایمر در نقطه ی شروع همانندسازی ساخته می شود. RNAیا ریبونوکلئیک اسید یک پلیمر نوکلئیک اسیدی است که شامل زیرواحدهای نوکلئوتیدی بوده و براساس جفت شدن بازهای مکمل می تواند از روی DNAتک رشته ای الگو ساخته شود. RNAپرایمر توسط DNAپریماز ساخته می شود، این انزیم سنتز یک رشته ی جدید از RNAرا در مقابل رشته ی DNAانجام می دهد. بعد از انکه پریماز تعدادی نوکلئوتید اضافه کرد، DNAپلی مراز جایگزین پریماز می شود و بعد زیر واحد ها را به انتهای ۳ پریم RNAپرایمر اضافه می کند. در اخر انزیم های ویژه ای پرایمر را تجزیه، و شکاف به وجود امده را با DNAپر می کنند.
همانندسازی DNAدر یک رشته، ناپیوسته و در رشته ی دیگر پیوسته است.
می دانیم که رشته های مکمل DNAناهم سو هستند. سنتز DNAفقط در جهت ۵ پریم به ۳ پریم پیش می رود که در این روش رشته ای که تکثیر می شود در جهت ۳ پریم به ۵ پریم خوانده می شود. پس امکان دارد به نظر ضروری اید که تکثیر یکی از رشته ها از یک انتهای مارپیچ دوتایی شروع شود و رشته ی دیگر از انتهای مقابل. بعضی از ویروس ها با این روش DNAخود را تکثیر می کنند، ولی این روش برای همانندسازی مولکول های DNAبسیار بلند کروموزوم های یوکاریوتی کارایی ندارد. در عوض، همانندسازی DNA یوکاریوتی در محل های خاصی بر روی مولکول DNAبه نام نقاط اغاز همانندسازی شروع می شود و هر دو رشته همزمان در یک ساختار Vشکل به نام چنگال همانندسازی تکثیر می شوند. یکی از این انزیم ها، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم یک رشته ی تازه ساخت که همواره به سمت چنگال همانندسازی رشد می کند، اضافه می نماید. چون این رشته می تواند به اسانی و به طور پیوسته سنتز گردد، رشته ی پیشرو نامیده می شود. DNAپلیمراز دیگر اما یکسان، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم رشته ی دیگر اضافه می کند. این رشته که همواره برخلاف جهت حرکت چنگال همانندسازی در حال رشد است. رشته ی پیرو نامیده می شود. رشته ی پیرو، فقط به صورت قطعات کوتاه می تواند سنتز شود، چون اگر DNAپلی مراز همواره به انتهای ۳ این رشته، نوکلئوتید اضافه می کرد، لازم بود که DNAپلی مراز خیلی از چنگال همانندسازی دور شود. این قطعات ۱۰۰ تا ۲۰۰۰نوکلئوتیدی بعد از انکه توسط زیست شناس ژاپنی ریجی اکازاکی کشف شدند، قطعات اکازاکی نام گرفتند. یک RNAپرایمر مجزا برای شروع سنتز هر قطعه اکازاکی به کار می رود، بعد DNAپلی مراز ان را به سمت انتهای ۵ پریم قطعه ی سنتز شده قبلی گسترش می دهد. وقتی که DNAپلیمراز به RNAپرایمر قطعه ی سنتز شده ی قبلی رسید پرایمر را تجزیه و DNAرا جایگزین ان می کند. بعد قطعات به وسیله ی DNAلیگاز به یکدیگر متصل می شوند. این انزیم با اتصال ۳ پریم هیدروکسیل یک قطعه ی اکازاکی به فسفات ۵ پریم DNAمجاور ان، یک پیوند فسفودی استر به ومود می اید.
سنتز DNAدو جهتی است.
زمانی که دو رشته ی DNAاز همدیگر جدا می شوند. دو چنگال همانندسازی به وجود می اید و مولکول در دو جهت مختلف از محل شروع، همانندسازی می کند. در باکتری، معمولا هر مولکول DNAحلقوی، فقط یک محل اغاز همانندسازی دارد. پس د چنگال همانندسازی در امتداد حلقه پیش می روند و سرانجام در نقطه ی مقابل محل شروع به هم می رسند تا تشکیل دو مولکول جدید را به اتمام برسانند. یک کروموزوم یوکاریوتی شامل یک مولکول DNAخطی طویل است، پس چندین محل شروع همانندسازی دارد. که فرایند همانندسازی را تسریع می کنند. سنتز در هر چنگال همانندسازی تا رسیدن به یک رشته ی تازه ساخته شده که از جهت مقابل می اید ادامه دارد.
تلومرها دو انتهای کروموزوم هایی یوکاریوتی را کلاهک گذاری می کنند.
کروموزوم های یوکاریوتی دو انتهای ازاد دارند ولی DNAباکتریایی حلقوی هستند. چون همانندسازی DNAدر رشته ی پیرو ناپیوسته است، DNAپلی مرازها همانندسازی این رشته را به طور دقیق کامل نمی کنند. در انتهای DNAیک قطعه ی کوچک همانندسازی نشده باقی می ماند وقتی از قطعه ی تک رشته ای DNAدر هر چرخه ی سلولی حذف می شود. اطلاعات ژنتیکی مهم به این دلیل حفظ می شوند که انتهای کروموزوم های یوکاریوتی پوششی به نام تلومر دارند که هرگونه ژن رمزکننده ی پروتئین را ندارند. تلومرها دارای توالی هایی از DNAفاقد رمز، کوتاه و ساده اند که چندین بار تکرار شده اند. پس اگرچه مقدار کمی از DNAتلومری در هنگام همانندسازی هر چرخه ی سلولی حذف می شود، ولی یک سلول می تواند قبل از حذف اطلاعات ژنتیکی مهم، بارها و بارها تقسیم شود. تلومراز، یک انزیم ویژه ی همانندسازی DNAاست که می تواند DNAتلومری را دراز کند. این انزیم که محققان در سال ۱۹۸۴ کشف کردند، در سلول هایی یافت می شود که محدودیتی در تقسیم ندارند، مانند سلول های پروتوزوا و دیگر تک سلولی های یوکاریوتی و بیشتر انواع سلول های سرطانی که به روش سریع و کنترل نشده تکثیر می شوند. در انسان و پستانداران دیگر، تلومراز فعال معمولا در دودمان سلول های زایا ۵ پریم وجود دارد سلول هایی که اسپرم ها و تخمک ها را تولید می کنند، ولی در سلول های معمول پیکری وجود ندارد.
نتیجه گیری
شواهد ازمایشگاهی نشان می دهند که کوتاه شدن تلومرها، ممکن است به پیری سلول و اپوپتوزیس ( مرگ برنامه ریزی شده ی سلول ) کمک کند. یک زیست شناس امریکایی به نام لئونارد های فلیک نشان داد که وقتی سلول های پیکری طبیعی بدن انسان در محیط کشت رشد می کنند، توانایی تقسیم سلولی را پس از انجام تعداد محدودی تقسیم از دست می دهند.
منابع
1. To Understand The Machinery Of Life, This Scientist Breaks It On Purpose, http://astrobiology.com
2. Evolutionary stalling and a limit on the power of natural selection to improve a cellular module, https://www.pnas.org
3. جلد دوم بیولوژی سولومون. مصطفی پویان، سامان حسینخانی. انتشارات خانه زیست شناسی. ۱۳۹۲
چکیده
آنزیم پلی مراز نوکلئوتیدها را فقط به انتهای ۳ پریم یک رشته ی پلی نوکلئوتیدی در حال رشد، اضافه می کنند. نوکلئوتیدهای دارای سه گروه فسفات، مانند ATPو GTPسوبستراهای این واکنش پلی مریزاسیون هستند. RNAیا ریبونوکلئیک اسید، یک پلی مر نوکلئیک اسیدی است که شامل زیرواحد های نوکلئوتیدی بوده است. ممکن است ضروری به نظر آید که تکثیر یکی از رشته ها، از یک انتهای مارپیچ دو تایی آغاز شود و رشته ی دیگر از انتهای مقابل. DNAپلی مراز دیگر ( اما یکسان )، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم رشته ی دیگر اضافه می کند. این رشته که همواره برخلاف جهت حرکت چنگال همانندسازی در حال رشد است، رشته ی پیرو نامیده می شود. سنتز در هر چنگال همانندسازی تا رسیدن به یک رشته ی تازه ساخته شده که از جهت مقابل می اید ادامه دارد. در انتهای DNA، یک قطعه ی کوچک همانندسازی نشده باقی می ماند و قسمتی از قطعه ی تک رشته ای DNAدر هر چرخه ی سلولی حذف می شود. تلومراز، یک آنزیم ویژه ی همانندسازی DNAاست که می تواند DNAتلومری را دراز کند. تعداد تقسیم های سلولی، بستگی به سن افرادی دارد که سلول از انها گرفته شده است.
سنتز DNAهمواره در جهت پنج پریم به سه پریم پیش می رود.
می دانیم، DNAپلی مراز یعنی انزیم هایی که اتصال زیر واحد های نوکلئوتیدی را به یکدیگر کاتالیز می کنند. این انزیم ها نوکلئوتیدها را فقط به انتهای ۳ پریم یک رشته ی پلی نوکلئوتیدی در حال رشد، اضافه می کنند و این رشته ی در حال رشد باید با رشته ی الگو مکمل باشد. نوکلئوتیدهای دارای سه گروه فسفات، مانند ATP، GTPسوبستراهای این واکنش پلی مریزاسیون هستند. زمانی که نوکلئوتیدها به یکدیگر متصل می شوند. دو گروه فسفات ازاد می شوند. این واکنش ها انرژی زا هستند و نیاز به انرژی اضافی ندارند. زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی با اتصال فسفات ۵ پریم یک نوکلئوتید ازاد به گروه ۳ هیدروکسیل قند در انتهای رشته ی تازه ساخت دراز می شود. پس این رشته ی جدید DNAهمواره در جهت ۵ پریم با ۳ پریم رشد می کند.
سنتز DNAبه RNAپرایمر نیاز دارد.
قبلا به این موضوع اشاره شد، DNAپلی مرازها فقط به انتهای ۳ پریم یک رشه ی پلی نوکلئوتیدی از قبل موجود، نوکلئوتیدها را اضافه می کنند. پس وقتی که دو رشته ی DNAاز هم جدا می شوند. چگونه همانندسازی شروع می شود؟ جواب این است که در ابتدا یک قطعه ی کوتاه از RNAبه نام پرایمر در نقطه ی شروع همانندسازی ساخته می شود. RNAیا ریبونوکلئیک اسید یک پلیمر نوکلئیک اسیدی است که شامل زیرواحدهای نوکلئوتیدی بوده و براساس جفت شدن بازهای مکمل می تواند از روی DNAتک رشته ای الگو ساخته شود. RNAپرایمر توسط DNAپریماز ساخته می شود، این انزیم سنتز یک رشته ی جدید از RNAرا در مقابل رشته ی DNAانجام می دهد. بعد از انکه پریماز تعدادی نوکلئوتید اضافه کرد، DNAپلی مراز جایگزین پریماز می شود و بعد زیر واحد ها را به انتهای ۳ پریم RNAپرایمر اضافه می کند. در اخر انزیم های ویژه ای پرایمر را تجزیه، و شکاف به وجود امده را با DNAپر می کنند.
همانندسازی DNAدر یک رشته، ناپیوسته و در رشته ی دیگر پیوسته است.
می دانیم که رشته های مکمل DNAناهم سو هستند. سنتز DNAفقط در جهت ۵ پریم به ۳ پریم پیش می رود که در این روش رشته ای که تکثیر می شود در جهت ۳ پریم به ۵ پریم خوانده می شود. پس امکان دارد به نظر ضروری اید که تکثیر یکی از رشته ها از یک انتهای مارپیچ دوتایی شروع شود و رشته ی دیگر از انتهای مقابل. بعضی از ویروس ها با این روش DNAخود را تکثیر می کنند، ولی این روش برای همانندسازی مولکول های DNAبسیار بلند کروموزوم های یوکاریوتی کارایی ندارد. در عوض، همانندسازی DNA یوکاریوتی در محل های خاصی بر روی مولکول DNAبه نام نقاط اغاز همانندسازی شروع می شود و هر دو رشته همزمان در یک ساختار Vشکل به نام چنگال همانندسازی تکثیر می شوند. یکی از این انزیم ها، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم یک رشته ی تازه ساخت که همواره به سمت چنگال همانندسازی رشد می کند، اضافه می نماید. چون این رشته می تواند به اسانی و به طور پیوسته سنتز گردد، رشته ی پیشرو نامیده می شود. DNAپلیمراز دیگر اما یکسان، نوکلئوتیدها را به انتهای ۳ پریم رشته ی دیگر اضافه می کند. این رشته که همواره برخلاف جهت حرکت چنگال همانندسازی در حال رشد است. رشته ی پیرو نامیده می شود. رشته ی پیرو، فقط به صورت قطعات کوتاه می تواند سنتز شود، چون اگر DNAپلی مراز همواره به انتهای ۳ این رشته، نوکلئوتید اضافه می کرد، لازم بود که DNAپلی مراز خیلی از چنگال همانندسازی دور شود. این قطعات ۱۰۰ تا ۲۰۰۰نوکلئوتیدی بعد از انکه توسط زیست شناس ژاپنی ریجی اکازاکی کشف شدند، قطعات اکازاکی نام گرفتند. یک RNAپرایمر مجزا برای شروع سنتز هر قطعه اکازاکی به کار می رود، بعد DNAپلی مراز ان را به سمت انتهای ۵ پریم قطعه ی سنتز شده قبلی گسترش می دهد. وقتی که DNAپلیمراز به RNAپرایمر قطعه ی سنتز شده ی قبلی رسید پرایمر را تجزیه و DNAرا جایگزین ان می کند. بعد قطعات به وسیله ی DNAلیگاز به یکدیگر متصل می شوند. این انزیم با اتصال ۳ پریم هیدروکسیل یک قطعه ی اکازاکی به فسفات ۵ پریم DNAمجاور ان، یک پیوند فسفودی استر به ومود می اید.
سنتز DNAدو جهتی است.
زمانی که دو رشته ی DNAاز همدیگر جدا می شوند. دو چنگال همانندسازی به وجود می اید و مولکول در دو جهت مختلف از محل شروع، همانندسازی می کند. در باکتری، معمولا هر مولکول DNAحلقوی، فقط یک محل اغاز همانندسازی دارد. پس د چنگال همانندسازی در امتداد حلقه پیش می روند و سرانجام در نقطه ی مقابل محل شروع به هم می رسند تا تشکیل دو مولکول جدید را به اتمام برسانند. یک کروموزوم یوکاریوتی شامل یک مولکول DNAخطی طویل است، پس چندین محل شروع همانندسازی دارد. که فرایند همانندسازی را تسریع می کنند. سنتز در هر چنگال همانندسازی تا رسیدن به یک رشته ی تازه ساخته شده که از جهت مقابل می اید ادامه دارد.
تلومرها دو انتهای کروموزوم هایی یوکاریوتی را کلاهک گذاری می کنند.
کروموزوم های یوکاریوتی دو انتهای ازاد دارند ولی DNAباکتریایی حلقوی هستند. چون همانندسازی DNAدر رشته ی پیرو ناپیوسته است، DNAپلی مرازها همانندسازی این رشته را به طور دقیق کامل نمی کنند. در انتهای DNAیک قطعه ی کوچک همانندسازی نشده باقی می ماند وقتی از قطعه ی تک رشته ای DNAدر هر چرخه ی سلولی حذف می شود. اطلاعات ژنتیکی مهم به این دلیل حفظ می شوند که انتهای کروموزوم های یوکاریوتی پوششی به نام تلومر دارند که هرگونه ژن رمزکننده ی پروتئین را ندارند. تلومرها دارای توالی هایی از DNAفاقد رمز، کوتاه و ساده اند که چندین بار تکرار شده اند. پس اگرچه مقدار کمی از DNAتلومری در هنگام همانندسازی هر چرخه ی سلولی حذف می شود، ولی یک سلول می تواند قبل از حذف اطلاعات ژنتیکی مهم، بارها و بارها تقسیم شود. تلومراز، یک انزیم ویژه ی همانندسازی DNAاست که می تواند DNAتلومری را دراز کند. این انزیم که محققان در سال ۱۹۸۴ کشف کردند، در سلول هایی یافت می شود که محدودیتی در تقسیم ندارند، مانند سلول های پروتوزوا و دیگر تک سلولی های یوکاریوتی و بیشتر انواع سلول های سرطانی که به روش سریع و کنترل نشده تکثیر می شوند. در انسان و پستانداران دیگر، تلومراز فعال معمولا در دودمان سلول های زایا ۵ پریم وجود دارد سلول هایی که اسپرم ها و تخمک ها را تولید می کنند، ولی در سلول های معمول پیکری وجود ندارد.
نتیجه گیری
شواهد ازمایشگاهی نشان می دهند که کوتاه شدن تلومرها، ممکن است به پیری سلول و اپوپتوزیس ( مرگ برنامه ریزی شده ی سلول ) کمک کند. یک زیست شناس امریکایی به نام لئونارد های فلیک نشان داد که وقتی سلول های پیکری طبیعی بدن انسان در محیط کشت رشد می کنند، توانایی تقسیم سلولی را پس از انجام تعداد محدودی تقسیم از دست می دهند.
منابع
1. To Understand The Machinery Of Life, This Scientist Breaks It On Purpose, http://astrobiology.com
2. Evolutionary stalling and a limit on the power of natural selection to improve a cellular module, https://www.pnas.org
3. جلد دوم بیولوژی سولومون. مصطفی پویان، سامان حسینخانی. انتشارات خانه زیست شناسی. ۱۳۹۲
نیلوفر ترکزاده، کارشناسی ارشد بیوشیمی، دانشگاه ازاد واحد فلاورجان، اصفهان