القدرة على المعالجة
في علم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية ، تُعرف القدرة على المعالجة بأنها قدرة الإنزيم على تحفيز "التفاعلات المتتالية دون إطلاق الركيزة الخاصة به ". [ 1 ]
على سبيل المثال، تُعرف خاصية استمرارية التضاعف بأنها متوسط عدد النيوكليوتيدات التي يضيفها إنزيم البوليميراز ، مثل بوليميراز الحمض النووي ، في كل عملية ارتباط مع الشريط القالب. ولأن ارتباط البوليميراز بالشريط القالب هو الخطوة المحددة لمعدل تخليق الحمض النووي ، فإن المعدل الإجمالي لتضاعف الحمض النووي خلال طور S من دورة الخلية يعتمد على استمرارية بوليميرازات الحمض النووي التي تقوم بعملية التضاعف. تُعد بروتينات تثبيت الحمض النووي مكونات أساسية لآلية تضاعف الحمض النووي، وتعمل على زيادة استمرارية البوليميرازات المرتبطة بها. تضيف بعض البوليميرازات أكثر من 50,000 نيوكليوتيد إلى شريط الحمض النووي المتنامي قبل انفصالها عن الشريط القالب، مما يُعطي معدل تضاعف يصل إلى 1,000 نيوكليوتيد في الثانية.
تفاعلات ربط الحمض النووي
تتفاعل البوليميرازات مع العمود الفقري الفوسفاتي والأخدود الصغير للحمض النووي، لذا فإن تفاعلاتها لا تعتمد على تسلسل النيوكليوتيدات المحدد. [ 2 ] يتم الارتباط بشكل أساسي عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية بين الحمض النووي ومجالي "الإبهام" و"راحة اليد" لجزيء بوليميراز الحمض النووي الذي يشبه اليد مجازيًا. عندما يتقدم البوليميراز على طول تسلسل الحمض النووي بعد إضافة نيوكليوتيد، تنفصل التفاعلات مع الأخدود الصغير، لكن تلك مع العمود الفقري الفوسفاتي تظل أكثر استقرارًا، مما يسمح بإعادة الارتباط السريع بالأخدود الصغير عند النيوكليوتيد التالي.
تُسهّل بروتينات مشبك الحمض النووي التفاعلات مع الحمض النووي ، وهي بروتينات متعددة الوحدات تُحيط بالحمض النووي تمامًا، وترتبط به عند شوكات التضاعف . تتميز مسامها المركزية بحجمها الكبير الذي يسمح بمرور خيوط الحمض النووي وبعض جزيئات الماء المحيطة، مما يُتيح للمشبك الانزلاق على طول الحمض النووي دون الانفصال عنه ودون إضعاف الروابط البروتينية التي تُحافظ على شكله الحلقي. عند ارتباطه بمشبك الحمض النووي، يُصبح إنزيم بوليميراز الحمض النووي أكثر كفاءة بشكل ملحوظ؛ فبدون المشبك، لا تتجاوز كفاءة معظم إنزيمات البوليميراز 100 نيوكليوتيد. تكون التفاعلات بين البوليميراز والمشبك أكثر ثباتًا من تلك بين البوليميراز والحمض النووي. لذا، عندما ينفصل البوليميراز عن الحمض النووي، يظل مرتبطًا بالمشبك ويمكنه الارتباط به مجددًا بسرعة. ومن أمثلة هذه المشابك بروتين PCNA (مستضد النواة للخلايا المتكاثرة) الموجود في الخميرة S. cervesiae .
قدرة البوليميراز على العمل بكفاءة
تؤدي العديد من بوليميرازات الحمض النووي أدوارًا متخصصة في عملية تضاعف الحمض النووي. في بكتيريا الإشريكية القولونية ، التي تُضاعف جينومها بالكامل من شوكة تضاعف واحدة، يُعد بوليميراز الحمض النووي III (DNA Pol III) الإنزيم المسؤول بشكل أساسي عن تضاعف الحمض النووي، ويُشكّل مُركّب تضاعف يتميز بكفاءة عالية للغاية. أما بوليميراز الحمض النووي I (DNA Pol I) فيمتلك نشاطًا نوكليازيًا خارجيًا ، ويعمل على تحليل بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المُستخدمة لبدء تخليق الحمض النووي. بعد ذلك، يُصنّع بوليميراز الحمض النووي I شظايا قصيرة من الحمض النووي بدلًا من شظايا الحمض النووي الريبوزي السابقة. ولذلك، فإن بوليميراز الحمض النووي I أقل كفاءة من بوليميراز الحمض النووي III، لأن وظيفته الأساسية في تضاعف الحمض النووي هي إنشاء العديد من مناطق الحمض النووي القصيرة بدلًا من عدد قليل من المناطق الطويلة جدًا.
في حقيقيات النوى ، التي تتميز بتنوع أكبر بكثير في بوليميرازات الحمض النووي، يُطلق على إنزيم البدء ذي القدرة المنخفضة على المعالجة اسم بوليميراز ألفا (Pol α) ، بينما تُسمى إنزيمات الاستطالة ذات القدرة العالية على المعالجة بوليميراز دلتا (Pol δ) وبوليميراز إبسيلون (Pol ε) . يجب على كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى "تبادل" البوليميرازات المرتبطة بها للانتقال من مرحلة البدء إلى مرحلة الاستطالة. تُسمى هذه العملية بتبديل البوليميراز. [ 3 ] [ 4 ]
مراجع
- ^ سترير، ل . بيرج، JM. Tymoczko، JL (2002)، الكيمياء الحيوية (الطبعة الخامسة )، نيويورك: WH Freeman، ISBN 0716746840§ 27.4.4
- ↑ موراليس، خوان سي؛ كول، إريك تي (1999). "تفاعلات الأخدود الصغير بين البوليميراز والحمض النووي: هل هي أكثر أهمية للتضاعف من روابط واتسون-كريك الهيدروجينية؟" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 121 (10): 2323-2324 . doi : 10.1021/ja983502+ . PMC 2939743. PMID 20852718 .
- ↑ تسوريموتو، توشيكي؛ ستيلمان، بروس (1991). "عوامل التضاعف اللازمة لتضاعف الحمض النووي SV40 في المختبر" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 266 (3): 1961-1968 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)52386-3 . PMID 1671046 .
- ↑ ماغا، جيوفاني؛ ستوكي، مانويل؛ سباداري، سيلفيو؛ هوبشر، أولريش (يناير 2000). "تبديل بوليميراز الحمض النووي: 1. عامل التضاعف C يحل محل بوليميراز الحمض النووي α قبل تحميل PCNA". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 295 (4): 791-801 . doi : 10.1006/jmbi.1999.3394 . PMID 10656791 .
للمزيد من القراءة
- واتسون جيه دي، بيكر تي إيه، بيل إس بي، جان إيه، ليفين إم، لوسيك آر. (2004). البيولوجيا الجزيئية للجين، الطبعة الخامسة. بنجامين كامينغز: مطبعة مختبر كولد سبرينغ هاربور.
روابط خارجية
- https://web.archive.org/web/20060517085321/http://opbs.okstate.edu/~melcher/mg/MGW4/Mg424.html
- بيدفورد، إي؛ تابور، إس؛ ريتشاردسون، سي سي (1997). "يُضفي نطاق ارتباط الثيوريدوكسين في بوليميراز الحمض النووي لبكتيريا العاثية T7 خاصية الاستمرارية على بوليميراز الحمض النووي I لبكتيريا الإشريكية القولونية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 94 (2): 479-484 . Bibcode : 1997PNAS...94..479B . doi : 10.1073/pnas.94.2.479 . PMC 19538. PMID 9012809 .
- تابور، س؛ ريتشاردسون، س.س. (1987). "تحليل تسلسل الحمض النووي باستخدام بوليميراز الحمض النووي لفيروس T7 البكتيري المُعدَّل" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 84 (14): 4767-4771 . Bibcode : 1987PNAS...84.4767T . doi : 10.1073/pnas.84.14.4767 . PMC 305186. PMID 3474623 .
- تضاعف الحمض النووي
- الإنزيمات