كم من الوقت يستغرق جزيء الحمض النووي لتكرار؟

حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، أو الحمض النووي ، هو جزيء الطبيعة لنقل المعلومات الجينية عبر الأجيال. تحتوي معظم الخلايا في جسمك على 46 كروموسومًا - مجموعة مكونة من 23 كروموسومًا من كل والد - والتي يجب على الخلية تكرارها قبل أن تتمكن من الانقسام.
اقرأ المزيد عن بنية ووظيفة وأهمية الحمض النووي.

من ناحية أخرى ، تحتوي البكتيريا (وبدائيات النوى الأخرى) عادةً على كروموسوم واحد. من المثير للدهشة أن الأمر يستغرق حوالي الساعة نفسها ، حوالي ساعة أو أقل ، بالنسبة لك أنت والبكتيريا لتكرار الحمض النووي من خلال خطوات تكرار الحمض النووي نفسها.

يعتمد توقيت النسخ المتماثل على سرعة تكرار الحمض النووي ، وكمية الحمض النووي في الخلية ، وعدد أصول النسخ في كل جزيء DNA. الحمض النووي عبارة عن بوليمر طويل له عمود فقري لمجموعات متناوبة من السكر والفوسفات. تتدلى واحدة من أربع قواعد للنيوكليوتيدات النيتروجينية من كل مجموعة سكر. تسلسل القواعد هو أبجدية من أربعة أحرف توضح تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات ، والجزيئات المسؤولة عن صفاتك الفيزيائية والكيمياء الحيوية.

الكروموسومات عبارة عن حزم مدمجة من الحمض النووي والبروتينات. يشكل خيطان من الحمض النووي حلزونًا مزدوجًا في قلب كل كروموسوم.
اقرأ المزيد عن ماهية الكروموسوم.

لاستمرار النسخ المتماثل ، يجب أن تقوم آلية الخلية بفك ضغط اللولب المزدوج واستخدام كل خيط مكشوف كقالب لبناء حبلا شريك جديد. هذا هو النسخ المتماثل شبه المتحفظ ، حيث يكون المنتج النهائي عبارة عن حلزونتين ، كل منهما بحبلا أصلي وآخر جديد. تحدد الأزواج الأساسية في حبلا القالب تلك الموجودة في الخيط الجديد من خلال عملية الاقتران التكميلي - لا يمكن أن يقترن كل نوع من قواعد النوكليوتيدات إلا بشريك معين.

هذه هي أساسيات الحمض النووي لتكرار الحمض النووي.

الخطوة 1: نماذج شوكة النسخ المتماثل. يقوم إنزيم يسمى DNA Helix "بفك ضغط" الحلزون المزدوج في تشكيل Y-forked.

الخطوة 2: برايمر بيند. ترتبط بادئات الحمض النووي بالمناطق التي سيبدأ فيها إنزيم النسخ المتماثل ، DNA polymerase ، في التكاثر. تعمل البادئات كإشارة إلى الإنزيم وتتيح له معرفة من أين يبدأ والاتجاه الذي يجب أن يسير فيه.

الخطوة الثالثة: الاستطالة. هذه هي المرحلة التي يتم فيها نسخ الحمض النووي بالفعل. يقوم بوليميراز الحمض النووي "بإطالة" الخيط الجديد ، مما يعني أنه يبدأ في صنع الخيط الجديد بناءً على كل خيط قالب.

الخطوة 4: الإنهاء. بمجرد اكتمال النسخ المتماثل ، يحدث أمران. أولاً ، يقوم إنزيم يسمى "نوكلياز خارجي" بإزالة البادئات من الحمض النووي ويتم ملء تلك البقع بتسلسل الحمض النووي المناسب.

بعد ذلك ، تحتاج خصلة واحدة (تسمى الخصلة "المتأخرة") DNA ligase لربط أجزاء الحمض النووي التي تم نسخها للتو. يأتي إنزيم آخر لفحص وإصلاح أي أخطاء تحدث أثناء النسخ المتماثل. آخر خطوات تكرار الحمض النووي هي عندما يضيف الإنزيم تيلوميراز تسلسلات خاصة تسمى "التيلوميرات" إلى نهاية الخيوط.

الكروموسوم الفردي للبكتيريا هو حلقة من الحمض النووي مزدوج الشريطة. يمكن أن يختلف عدد القواعد من نوع إلى آخر. البكتيريا المعروفة E. coli 4.7 مليون زوج أساسي يستغرق تكرارها حوالي 40 دقيقة ، مما يعني سرعة تزيد عن 1000 قاعدة في الثانية.

يبدأ النسخ المتماثل في موقع ثابت واحد ويستمر على كل خصلة في اتجاهين متعاكسين. تتضمن عملية النسخ خطوة تدقيق لغوي تضمن معدل خطأ لا يزيد عن واحد في المليار.

قامت خلايا البشر وحقيقيات النوى الأخرى بتنظيم نوى تحتوي على مجموعة من الكروموسومات. يحتوي الكروموسوم البشري النموذجي على حوالي 150 مليون زوج أساسي تتكاثر فيه الخلية بمعدل 50 زوجًا في الثانية. بهذه السرعة لتكرار الحمض النووي ، ستستغرق الخلية أكثر من شهر لنسخ الكروموسوم.

حقيقة أن الأمر يستغرق ساعة واحدة فقط بسبب أصول النسخ المتعددة. ينطلق النسخ المتماثل في نفس الوقت من العديد من النقاط المختلفة على الكروموسوم ، وتنضم الإنزيمات إلى الأقسام معًا لتشكيل النسخة النهائية السليمة. تتكاثر جميع الكروموسومات البشرية الـ 46 في نفس الوقت ، خلال المرحلة S من دورة الخلية.