يتم تنفيذ معظم العمل الذي يتم في الخلية الحية بواسطة بروتيناتها. شيء واحد يجب أن تفعله الخلية هو تكرار الحمض النووي.
في جسمك ، على سبيل المثال ، تكرر الحمض النووي تريليونات المرات. تقوم البروتينات بهذه المهمة ، وأحد هذه البروتينات هو إنزيم يسمى ligase DNA. أدرك العلماء أن الليغاز يمكن أن يكون مفيدًا في بناء الحمض النووي المؤتلف في المختبر ، لذلك قاموا بدمج خطوة ربط في عملية تكوين الحمض النووي المؤتلف.
هيكل الحمض النووي
يتكون خيط واحد من الحمض النووي من تسلسل القواعد النيتروجينية التي تمر بالاختصارات A و T و G و C. عادة ، يتم العثور على الحمض النووي في خيط مزدوج ، حيث يتم مطابقة تسلسل طويل من القواعد مع خيط آخر طويل بنفس القدر من القواعد.
يكون الخصلان متكاملين ، حيث يكون أحدهما يحتوي على حرف A والآخر به حرف T ، وحيث يكون أحدهما به حرف G والآخر يحتوي على حرف C. يتطابق A و T مع بعضهما البعض من خلال رابطة كيميائية ضعيفة تسمى a رابطة الهيدروجين، و G و C يفعلون الشيء نفسه.
معا ، الاثنان خيوط تكميلية مع بعضها البعض من خلال العديد من الروابط الهيدروجينية. يحتفظ كل من الخيطين الفرديين بقواعدهما النووية مع رابطة أقوى على شكل سلسلة طويلة من مجموعات السكر والفوسفات المرتبطة تساهميًا.
وظيفة Ligase
يمكنك التفكير في خيط DNA كسوار طويل ساحر بأربعة أنواع مختلفة من التعويذات. تتدلى الحليات فقط من السلسلة القوية التي تربطهم ببعضهم البعض.
يبني تكرار الحمض النووي سوارًا ساحرًا آخر مطابقًا للأول. أينما يوجد سحر A على السوار الأول ، يتناسب سحر T مع السوار الثاني ، وينطبق نفس الشيء على C و G.
يمكن أن تتطابق حليات السوار الثاني مع السوار الأول دون أن تكون على سوار بحد ذاتها. أي يمكنهم الاتصال بالسلسلة المعاكسة من خلال اتصال ضعيف دون وجود سلسلة قوية لربطهم بجيرانهم.
DNA ligase إنزيم يكتشف الأماكن التي يتم فيها كسر سلسلة السكر والفوسفات ، ويعيد بناء الرابط ، ويربط مجموعات السكر والفوسفات في رابطة قوية.
الحمض النووي معاد التركيب
الحمض النووي المؤتلف هو نتيجة قطع شريط مزدوج من الحمض النووي وربطه بحبل مزدوج آخر. غالبًا ما يتم قطع كل خصلة مزدوجة بشكل غير متساوٍ ، حيث تنتهي خصلة واحدة ببضع قواعد قليلة عن الأخرى.
هناك قواعد إضافية تتدلى من طرف واحد ، كما هو الحال في TTAA ، على سبيل المثال. يحتوي الشريط المزدوج الآخر على قواعد إضافية في تسلسل مثل AATT. مجموعتا القواعد الإضافية - تسمى "نهايات لزجة"- تمسك ببعضها البعض من خلال روابطها الهيدروجينية الضعيفة.
عند التفكير في الأساور الساحرة مرة أخرى ، تخيل أن لديك سوارًا مزدوجًا ساحرًا به سلسلتان متصلتان فقط من خلال سحرهما. تقوم بقص النهاية ، لكنك تقص طرفًا بأربع تعويذات قصيرة من الطرف الآخر ، لذلك هناك ذيل صغير معلق.
أنت تفعل الشيء نفسه مع سوار سحر مزدوج آخر. إذا كانت التعويذات الأربعة تكمل بعضها البعض ، فسيتم توصيل هاتين التعويذات المقصوصة ، ولكن فقط من خلال سحرهما.
إنزيم Ligase المستخدم في إعادة التركيب
في الخطوة السابقة من إعادة تركيب الحمض النووي، النهايات اللاصقة المتطابقة لجزيئين مختلفين من الحمض النووي مزدوج الشريطة متصلة ببعضها البعض. ومع ذلك ، فإن الصلة الوحيدة بين القسمين هي من خلال الروابط الضعيفة. مثل سوار السحر المتصل فقط من خلال السحر المطابق ، سيكون من السهل تفكيكهما.
يجد إنزيم DNA ligase الأماكن التي لا ترتبط فيها مجموعات السكر والفوسفات معًا ويربطها معًا. مرة أخرى ، مثل السوار الساحر ، بعد أن يمر DNA ligase وربط القواعد معًا ، يرتبط جزيء DNA الجديد الأطول والمزدوج بقوة ببعضه البعض.