ما هي الآليات التي تضمن دقة تكرار الحمض النووي؟

يحتوي حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، أو الحمض النووي ، على المعلومات الجينية التي يتم تناقلها من جيل إلى آخر. تحتوي كل خلية في جسمك على مجموعة واحدة على الأقل من المكمل الجيني بالكامل ، والموجودة في 23 كروموسومًا مختلفًا. في الواقع ، تحتوي معظم خلاياك على مجموعتين ، واحدة من كل والد. قبل أن تنقسم الخلية ، يجب أن تنسخ بدقة الحمض النووي الخاص بها بحيث تتلقى كل خلية ابنة معلومات وراثية كاملة وصحيحة. يتضمن استنساخ الحمض النووي عملية تدقيق لغوي تساعد على ضمان الدقة.

الحمض النووي هو جزيء طويل له عمود فقري يتناوب مجموعات السكر والفوسفات. واحدة من أربع قواعد للنيوكليوتيدات - الأدينين (A) ، الجوانين (G) ، السيتوزين (C) والثايمين (T) - تتدلى من كل وحدة سكر. يُنشئ تسلسل القواعد الأربع الكود الجيني لتصنيع البروتينات. ترتبط نيوكليوتيدات شريطين من الحمض النووي ببعضهما البعض لتشكيل هيكل اللولب المزدوج المألوف. تتطلب قواعد الاقتران الأساسي أن يرتبط A فقط بـ T و C فقط مع G. يجب أن تمتثل الخلية لقواعد الاقتران هذه أثناء النسخ المتماثل للحفاظ على الدقة وتجنب الطفرات.

النسخ المتماثل شبه محافظ: تحتوي الحلزونات المنسوخة حديثًا على خيط أصلي وآخر مركب حديثًا. تعمل الخصلة الأصلية كقالب لإنشاء الخصلة الجديدة. تقوم إنزيمات Helicase بفك ضغط هيكل اللولب المزدوج لفضح خيوط القالب. إن إنزيم DNA polymerase مسؤول عن قراءة كل نوكليوتيد على خيط قالب وإضافة القاعدة التكميلية على الخيط الجديد الممدود. على سبيل المثال ، عندما يصادف البوليميراز قاعدة G على خيط قالب ، فإنه يضيف إلى الخيط الجديد وحدة فوسفات السكر تحتوي على قاعدة C.

بوليميراز الدنا هو إنزيم رائع. فهو لا يقوم فقط بتجميع خيوط الحمض النووي الجديدة لقاعدة واحدة في كل مرة ، بل يقوم أيضًا بتدقيق الخيط الجديد أثناء تقدمه. يمكن للإنزيم اكتشاف قاعدة غير صحيحة على الخيط الجديد ، وعمل نسخة احتياطية من وحدة سكر واحدة ، وقص القاعدة السيئة ، واستبدالها بالقاعدة الصحيحة واستئناف تكرار حبلا القالب. إن القدرة على اقتطاع القاعدة غير الصحيحة ، التي تسمى نشاط نوكلياز خارجي ، مدمجة في معقدات بوليميراز الحمض النووي. ينتج عن التدقيق اللغوي معدل دقة يبلغ حوالي 99 بالمائة.

يعد الاستنساخ الدقيق مهمًا بما يكفي لأن الخلايا قد طورت آلية ثانوية لتصحيح الخطأ تسمى إصلاح عدم تطابق الحمض النووي لإصلاح الأخطاء التي يفوتها بوليميراز الحمض النووي. تكتشف آلية الإصلاح عدم التطابق من خلال فحص بنية حلزون الحمض النووي بحثًا عن التشوهات. تكتشف عائلة إنزيمات موت عدم التطابق ، وتحدد الخيط المنسوخ حديثًا ، وتجد موقعًا مناسبًا لشق الخصلة وتزيل الجزء الذي يحتوي على عدم التطابق. ثم يعيد بوليميريز الحمض النووي تركيب الجزء المزال. على عكس الإصلاح أحادي القاعدة الذي يقوم به بوليميراز الحمض النووي أثناء التدقيق اللغوي ، قد تحل آلية إصلاح عدم التطابق محل آلاف القواعد لإجراء إصلاح واحد.