تضاعف الحمض النووي

الموسوعة الحرة
تضاعف الحمض النووي: يُفكّ اللولب المزدوج ، ثم يعمل كل خيط منفصل (باللون الفيروزي) كقالب لتضاعف خيط جديد (باللون الأخضر). تُطابق النيوكليوتيدات (القواعد) لتكوين خيطين مزدوجين جديدين.

تضاعف الحمض النووي هو العملية التي تقوم بها الخلية بنسخ حمضها النووي بدقة . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] تحدث هذه العملية في جميع الكائنات الحية ، وهي ضرورية للوراثة البيولوجية ، وانقسام الخلايا ، وإصلاح الأنسجة التالفة. يضمن تضاعف الحمض النووي حصول كل خلية من الخلايا البنت المنقسمة حديثًا على نسختها الخاصة من كل جزيء من الحمض النووي. [ 5 ]

يوجد الحمض النووي (DNA) في الغالب على شكل خيطين، يتكونان من خيطين متكاملين مرتبطين معًا عن طريق اقتران القواعد النيتروجينية المكونة لكل خيط. عادةً ما يلتف الخيطان الخطيان لجزيء الحمض النووي المزدوج معًا على شكل حلزون مزدوج . [ 6 ] أثناء عملية التضاعف، ينفصل الخيطان، ثم يعمل كل خيط من جزيء الحمض النووي الأصلي كقالب لإنتاج خيط مكمل له، وهي عملية تُعرف بالتضاعف شبه المحافظ . ونتيجة لذلك، يتكون كل جزيء حمض نووي مُضاعف من خيط أصلي وخيط مُصنّع حديثًا. [ 7 ] تضمن آليات التدقيق الخلوي وآليات التحقق من الأخطاء دقةً شبه مثالية في تضاعف الحمض النووي. [ 8 ] [ 9 ]

تبدأ عملية تضاعف الحمض النووي عادةً في مواقع محددة تُعرف باسم مواقع بدء التضاعف [ 10 ] ، وهي منتشرة في جميع أنحاء الجينوم . [ 11 ] يتم فك التفاف الحمض النووي عند موقع البدء بواسطة إنزيمات تُعرف باسم الهيليكاز ، مما يؤدي إلى نمو شوكات التضاعف في كلا الاتجاهين من موقع البدء. ترتبط العديد من البروتينات بشوكة التضاعف للمساعدة في بدء واستمرار عملية تخليق الحمض النووي . ومن أبرز هذه البروتينات، إنزيم بوليميراز الحمض النووي الذي يُصنّع السلاسل الجديدة عن طريق دمج النيوكليوتيدات التي تُكمل نيوكليوتيدات السلسلة الأصلية. يحدث تضاعف الحمض النووي خلال مرحلة التخليق (S) من الطور البيني . [ 12 ]

يمكن أيضًا إجراء تضاعف الحمض النووي في المختبر (اصطناعيًا، خارج الخلية). [ 13 ] يمكن استخدام بوليميرازات الحمض النووي المعزولة من الخلايا وبادئات الحمض النووي الاصطناعية لبدء تخليق الحمض النووي عند تسلسلات معروفة في جزيء الحمض النووي القالب. يُعد تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) وتفاعل سلسلة الليغاز (LCR) والتضخيم بوساطة النسخ (TMA) أمثلة شائعة لهذه التقنية. في مارس 2021، أفاد باحثون بوجود أدلة تشير إلى أن شكلًا أوليًا من الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA )، وهو عنصر ضروري للترجمة (التخليق البيولوجي للبروتينات الجديدة وفقًا للشيفرة الوراثية )، ربما كان جزيئًا مُضاعِفًا بحد ذاته في المراحل المبكرة لنشأة الحياة البدائية. [ 14 ] [ 15 ]

بنية الحمض النووي

بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي (النوع B-DNA ). تم ترميز الذرات في البنية بالألوان حسب العنصر ، وتظهر البنى التفصيلية لزوجين من القواعد في أسفل اليمين.

الحمض النووي DNA عبارة عن بنية مزدوجة السلاسل، حيث تلتف السلسلتان معًا لتشكيل الحلزون المزدوج المميز . كل سلسلة مفردة من الحمض النووي DNA عبارة عن سلسلة من أربعة أنواع من النيوكليوتيدات . تحتوي النيوكليوتيدات في الحمض النووي DNA على سكر ديوكسي ريبوز ، ومجموعة فوسفات ، وقاعدة نووية . تتوافق أنواع النيوكليوتيدات الأربعة مع القواعد النووية الأربعة : الأدينين ، والسيتوزين ، والجوانين ، والثايمين ، والتي تُختصر عادةً إلى A، وC، وG، وT على التوالي. الأدينين والجوانين من قواعد البيورين [ 16 ] ، بينما السيتوزين والثايمين من قواعد البيريميدين . تُشكل هذه النيوكليوتيدات روابط فوسفاتية ثنائية الإستر ، مما يُكوّن هيكل الفوسفات-ديوكسي ريبوز للحلزون المزدوج للحمض النووي DNA، حيث تتجه القواعد النووية نحو الداخل (أي باتجاه السلسلة المقابلة). تتطابق القواعد النووية المتكاملة بين السلسلتين من خلال روابط هيدروجينية لتشكيل أزواج القواعد . يرتبط الأدينين بالثايمين (رابطتان هيدروجينيتان)، ويرتبط الجوانين بالسيتوزين (ثلاث روابط هيدروجينية ). [ 17 ]

تتميز خيوط الحمض النووي (DNA) باتجاهية محددة ، ويُطلق على طرفي الخيط الواحد اسم "الطرف 3′" (الطرف الثالث) و"الطرف 5′" (الطرف الخامس). اصطلاحًا، إذا عُلم تسلسل القواعد لخيط مفرد من الحمض النووي، فإن الطرف الأيسر من التسلسل هو الطرف 5′، بينما الطرف الأيمن هو الطرف 3′. تكون خيوط الحلزون المزدوج متوازية عكسيًا، حيث يكون أحدها من 5′ إلى 3′، والآخر من 3′ إلى 5′. تشير هذه المصطلحات إلى الاصطلاح الكيميائي لترقيم ذرات الكربون المكونة لجزيء الديوكسي ريبوز، وتُحدد ذرة الكربون التي يرتبط بها الفوسفات التالي في السلسلة. للاتجاهية تأثير في تخليق الحمض النووي، لأن إنزيم بوليميراز الحمض النووي (DNA polymerase) لا يستطيع تخليق الحمض النووي إلا في اتجاه واحد، وذلك بإضافة النيوكليوتيدات إلى الطرف 3′ من خيط الحمض النووي. [ 18 ]

يؤدي اقتران القواعد المتكاملة في الحمض النووي (عبر الروابط الهيدروجينية ) إلى تكرار المعلومات الموجودة داخل كل سلسلة. وتكون روابط الفوسفودايستر (داخل السلسلة) أقوى من الروابط الهيدروجينية (بين السلاسل). وتتمثل وظيفة روابط الفوسفودايستر في ربط ذرة الكربون 5' في نيوكليوتيد بذرة الكربون 3' في نيوكليوتيد آخر، بينما تعمل الروابط الهيدروجينية على تثبيت اللوالب المزدوجة للحمض النووي على طول محور اللولب، وليس في اتجاه المحور الطولي. [ 19 ] وهذا ما يُتيح فصل السلاسل عن بعضها. وبالتالي، يمكن استخدام النيوكليوتيدات الموجودة على سلسلة واحدة لإعادة بناء النيوكليوتيدات على سلسلة شريكة مُصنّعة حديثًا. [ 20 ]

بوليميراز الحمض النووي

تُضيف بوليميرازات الحمض النووي النيوكليوتيدات إلى الطرف 3′ من سلسلة الحمض النووي. [ 21 ] إذا تم إدخال نيوكليوتيد غير متطابق عن طريق الخطأ، فإن البوليميراز يُثبط عن مواصلة التمديد. تقوم عملية التدقيق بإزالة النيوكليوتيد غير المتطابق، ويستمر التمديد.

بوليميرازات الحمض النووي هي عائلة من الإنزيمات التي تُنفذ جميع أنواع تضاعف الحمض النووي. [ 22 ] لا تستطيع بوليميرازات الحمض النووي عمومًا بدء تخليق سلاسل جديدة، بل تقتصر وظيفتها على إطالة سلسلة الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي الموجودة والمرتبطة بسلسلة قالب. لبدء عملية التخليق، يجب إنشاء قطعة قصيرة من الحمض النووي الريبي، تُسمى البادئ ، وربطها بسلسلة قالب الحمض النووي.

يُضيف إنزيم بوليميراز الحمض النووي (DNA polymerase) سلسلة جديدة من الحمض النووي (DNA) عن طريق إطالة الطرف 3′ لسلسلة نيوكليوتيدية موجودة، مُضيفًا نيوكليوتيدات جديدة مُطابقة للسلسلة الأصلية، واحدة تلو الأخرى، عبر تكوين روابط فوسفاتية ثنائية الإستر . وتأتي الطاقة اللازمة لهذه العملية من تحلل روابط الفوسفات عالية الطاقة (الفوسفوأنهيدريد) بين مجموعات الفوسفات الثلاث المرتبطة بكل قاعدة غير مُدمجة . تُسمى القواعد الحرة المرتبطة بجزيء سكر (ديوكسي ريبوز في حالة الحمض النووي DNA) بالنيوكليوسيدات ، وتُسمى النيوكليوسيدات المرتبطة بمجموعة فوسفات واحدة أو أكثر بالنيوكليوتيدات ؛ وعلى وجه الخصوص، تُسمى النيوكليوسيدات المرتبطة بثلاث مجموعات فوسفات بالنيوكليوسيدات ثلاثية الفوسفات . عند إضافة نيوكليوتيد حر إلى سلسلة DNA نامية، يترافق تكوين رابطة فوسفاتية ثنائية الإستر بين الفوسفات القريب من النيوكليوتيد الحر والديوكسي ريبوز لنيوكليوتيد آخر ضمن السلسلة النامية مع تحلل مائي لرابطة فوسفاتية عالية الطاقة، مما يؤدي إلى إطلاق مجموعتي الفوسفات البعيدتين للنيوكليوتيد الحر على شكل بيروفوسفات . ويستهلك التحلل المائي الأنزيمي للبيروفوسفات الناتج إلى فوسفات غير عضوي رابطة فوسفاتية ثانية عالية الطاقة، مما يجعل التفاعل غير قابل للانعكاس عمليًا. [ ملاحظة 1 ]

بشكل عام، تتميز بوليميرازات الحمض النووي بدقة عالية، حيث يقل معدل الخطأ الذاتي فيها عن خطأ واحد لكل 10⁷ نيوكليوتيد مضاف. [ 23 ] كما يمكن لبعض بوليميرازات الحمض النووي حذف النيوكليوتيدات من نهاية السلسلة النامية لتصحيح القواعد غير المتطابقة. تُعرف هذه العملية بالتدقيق اللغوي. وأخيرًا، تراقب آليات إصلاح عدم التطابق بعد التضاعف الحمض النووي بحثًا عن الأخطاء، وهي قادرة على التمييز بين حالات عدم التطابق في سلسلة الحمض النووي المُصنّعة حديثًا وتسلسل السلسلة الأصلية. تُمكّن هذه الخطوات الثلاث مجتمعةً من تحقيق دقة تضاعف تقل عن خطأ واحد لكل 10⁹ نيوكليوتيد مضاف. [ 23 ]

تم قياس معدل تضاعف الحمض النووي في الخلية الحية لأول مرة كمعدل استطالة الحمض النووي لفيروس T4 في بكتيريا الإشريكية القولونية المصابة بالفيروس . [ 24 ] خلال فترة الزيادة الأسية للحمض النووي عند درجة حرارة 37  درجة مئوية، بلغ المعدل 749 نيوكليوتيدًا في الثانية. ويبلغ معدل الطفرة لكل زوج قاعدي لكل عملية تضاعف أثناء تخليق الحمض النووي لفيروس T4 1.7 لكل 10⁸ . [ 25 ]

عملية النسخ

نظرة عامة على خطوات تضاعف الحمض النووي
خطوات في عملية تخليق الحمض النووي

تتم عملية تضاعف الحمض النووي، مثل جميع عمليات البلمرة البيولوجية، في ثلاث خطوات محفزة ومنسقة إنزيميًا: البدء والاستطالة والإنهاء. [ 26 ]

البدء

دور المحفزات في بدء تضاعف الحمض النووي
تكوين معقد ما قبل التضاعف

لكي تنقسم الخلية ، يجب عليها أولاً مضاعفة حمضها النووي (DNA). [ 27 ] مضاعفة الحمض النووي عمليةٌ إما أن تكتمل أو لا تكتمل؛ فبمجرد أن تبدأ المضاعفة، تستمر حتى تكتمل. وبمجرد اكتمالها، لا تتكرر في نفس دورة الخلية. ويتحقق ذلك من خلال انقسام مُركَّب ما قبل المضاعفة أو بدء عملية المضاعفة .

مُركّب ما قبل التضاعف

في المراحل المتأخرة من الانقسام المتساوي والمرحلة G1 المبكرة ، يتجمع مُركّب كبير من البروتينات البادئة في مُركّب ما قبل التضاعف عند نقاط مُحدّدة في الحمض النووي، تُعرف باسم " مواقع بدء التضاعف ". [ 11 ] [ 10 ] في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يُعدّ بروتين Dna A البروتين البادئ الأساسي ؛ أما في الخميرة ، فهو مُركّب التعرّف على مواقع بدء التضاعف . [ 28 ] تميل التسلسلات التي تستخدمها البروتينات البادئة إلى أن تكون غنية بالأدينين والثايمين، لأن أزواج قواعد AT تحتوي على رابطتين هيدروجينيتين (بدلاً من الروابط الثلاث المُتكوّنة في زوج CG)، وبالتالي يسهل فصلها عن بعضها. [ 29 ] في حقيقيات النوى، يُحفّز مُركّب التعرّف على مواقع بدء التضاعف (ORC) تجميع البروتينات البادئة في مُركّب ما قبل التضاعف. بالإضافة إلى ذلك، يُشير تقرير حديث إلى أن مُركّب التعرّف على مواقع بدء التضاعف في الخميرة المُتبرّعة يتكوّن من وحدتين مُزدوجتين بطريقة تعتمد على دورة الخلية للتحكّم في الترخيص. [ 30 ] [ 31 ] بدورها، تتوسط عملية ازدواج مُركب التعرف على الأصل (ORC) دورة ازدواج بروتين Noc3p المعتمدة على دورة الخلية في الكائن الحي، وهذا الدور لبروتين Noc3p منفصل عن دوره في تكوين الريبوسومات. تتوسط دورة ازدواج بروتين Noc3p الأساسية تكوين سداسي مُركب التعرف على الأصل (ORC) المزدوج في ترخيص التضاعف، ويرتبط بروتين Noc3p باستمرار بالكروماتين طوال دورة الخلية. [ 32 ] ثم يرتبط بروتينا Cdc6 و Cdt1 بمركب التعرف على الأصل المرتبط عند الأصل لتكوين مُركب أكبر ضروري لتحميل مُركب Mcm على الحمض النووي. في حقيقيات النوى، يُعد مُركب Mcm هو الهيليكاز الذي يفصل حلزون الحمض النووي عند شوكات التضاعف ومواقع الأصل. يتم تجنيد مُركب Mcm في المرحلة G1 المتأخرة ويتم تحميله بواسطة مُركب ORC-Cdc6-Cdt1 على الحمض النووي عبر إعادة تشكيل البروتين المعتمدة على ATP. يمثل تحميل مركب MCM على الحمض النووي الأصلي اكتمال تكوين مركب ما قبل التضاعف. [ 33 ]

إذا كانت الظروف البيئية مواتية في أواخر المرحلة G1، يتم تنشيط معقدات السيكلين G1 و G1/S - Cdk ، مما يحفز التعبير عن الجينات التي تشفر مكونات آلية تخليق الحمض النووي. كما يعزز تنشيط G1/S-Cdk التعبير عن معقدات S-Cdk وتنشيطها، والتي قد تلعب دورًا في تنشيط مواقع بدء التضاعف اعتمادًا على نوع الكائن الحي ونوع الخلية. يختلف التحكم في هذه السيكلينات المعتمدة على السيكلين (Cdk) باختلاف نوع الخلية ومرحلة النمو. يُفهم هذا التنظيم بشكل أفضل في الخميرة المتبرعمة ، حيث يكون السيكلينان S، Clb5 و Clb6، مسؤولين بشكل أساسي عن تضاعف الحمض النووي. [ 34 ] تحفز معقدات Clb5,6-Cdk1 تنشيط مواقع بدء التضاعف بشكل مباشر، وبالتالي فهي ضرورية طوال المرحلة S لتنشيط كل موقع بدء تضاعف بشكل مباشر. [ 33 ]

وبالمثل، يُعدّ Cdc7 ضروريًا أيضًا خلال طور S لتنشيط مواقع بدء التضاعف. لا يكون Cdc7 نشطًا طوال دورة الخلية، ويتم تنشيطه في توقيت دقيق لتجنب بدء تضاعف الحمض النووي قبل الأوان. في أواخر طور G1، يرتفع نشاط Cdc7 فجأة نتيجة ارتباطه بالوحدة التنظيمية DBF4 ، التي ترتبط بـ Cdc7 مباشرةً وتعزز نشاطه ككيناز بروتيني. وقد وُجد أن Cdc7 مُنظِّم مُحدِّد لمعدل نشاط مواقع بدء التضاعف. وتتعاون كينازات G1/S-Cdks و/أو كينازات S-Cdks مع Cdc7 لتنشيط مواقع بدء التضاعف مباشرةً، مما يؤدي إلى بدء تخليق الحمض النووي. [ 33 ]

مجمع ما قبل البدء

في المرحلة S المبكرة، يؤدي تنشيط S-Cdk وCdc7 إلى تجميع مُركّب ما قبل البدء، وهو مُركّب بروتيني ضخم يتشكّل عند نقطة بدء التضاعف. يُزيح تكوين مُركّب ما قبل البدء Cdc6 وCdt1 من مُركّب تضاعف نقطة بدء التضاعف، مما يُعطّل مُركّب ما قبل التضاعف ويُفكّكه. يُؤدّي تحميل مُركّب ما قبل البدء على نقطة بدء التضاعف إلى تنشيط إنزيم Mcm helicase، مما يُسبّب فكّ لولب الحمض النووي. كما يقوم مُركّب ما قبل البدء بتحميل إنزيم α-primase وبوليميرازات الحمض النووي الأخرى على الحمض النووي. [ 33 ]

بعد أن يقوم إنزيم ألفا-برايميز بتخليق البادئات الأولى، تتفاعل نقاط اتصال البادئ بالقالب مع مُحمِّل المشبك، الذي يقوم بتحميل المشبك المنزلق على الحمض النووي لبدء عملية تخليق الحمض النووي. وتبقى مكونات مُركَّب ما قبل البدء مرتبطة بشوكات التضاعف أثناء تحركها بعيدًا عن نقطة الأصل. [ 33 ]

استطالة

يمتلك إنزيم بوليميراز الحمض النووي نشاطًا من 5′ إلى 3′. تتطلب جميع أنظمة تضاعف الحمض النووي المعروفة وجود مجموعة هيدروكسيل حرة في الطرف 3′ قبل بدء عملية التخليق (ملاحظة: يُقرأ قالب الحمض النووي في اتجاه 3′ إلى 5′، بينما يُصنّع الشريط الجديد في اتجاه 5′ إلى 3′ - وهذا ما يُخلط بينه غالبًا). تُعرف أربع آليات متميزة لتخليق الحمض النووي:

  1. تستخدم جميع أشكال الحياة الخلوية والعديد من فيروسات الحمض النووي والفيروسات العاثية والبلازميدات إنزيم البرايميز لتخليق بادئ الحمض النووي الريبي القصير مع مجموعة OH حرة 3′ والتي يتم إطالتها لاحقًا بواسطة بوليميراز الحمض النووي.
  2. تستخدم العناصر الرجعية (بما في ذلك الفيروسات الرجعية ) الحمض النووي الريبي الناقل الذي يبدأ عملية تضاعف الحمض النووي من خلال توفير مجموعة هيدروكسيل حرة 3′ والتي تستخدم للاستطالة بواسطة إنزيم النسخ العكسي .
  3. في الفيروسات الغدية وعائلة φ29 من العاثيات ، يتم توفير مجموعة 3′ OH بواسطة السلسلة الجانبية لحمض أميني من البروتين المرتبط بالجينوم (البروتين الطرفي) الذي تتم إضافة النيوكليوتيدات إليه بواسطة بوليميراز الحمض النووي لتشكيل سلسلة جديدة.
  4. في فيروسات الحمض النووي أحادي السلسلة - وهي مجموعة تشمل الفيروسات الدائرية ، والفيروسات الجيمينية ، والفيروسات الصغيرة ، وغيرها - وكذلك في العديد من العاثيات والبلازميدات التي تستخدم آلية تضاعف الدائرة المتدحرجة (RCR)، يُحدث إنزيم RCR الداخلي قطعًا في سلسلة الجينوم (في الفيروسات أحادية السلسلة) أو في إحدى سلسلتي الحمض النووي (في البلازميدات). ثم تُنقل النهاية 5′ للسلسلة المقطوعة إلى بقايا التيروسين على النيوكلياز، ويستخدم بوليميراز الحمض النووي مجموعة OH الحرة 3′ لتخليق السلسلة الجديدة.

تستخدم الكائنات الحية الخلوية المسار الأول من هذه المسارات، مما يجعله الأكثر شهرة. في هذه الآلية، بمجرد انفصال السلسلتين، يُضيف إنزيم البرايميز بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى السلسلتين القالبتين. تتلقى السلسلة الرائدة بادئة واحدة من الحمض النووي الريبوزي، بينما تتلقى السلسلة المتأخرة عدة بادئات. تُمدد السلسلة الرائدة باستمرار من البادئة بواسطة بوليميراز الحمض النووي (DNA) ذي القدرة العالية على التضاعف ، بينما تُمدد السلسلة المتأخرة بشكل متقطع من كل بادئة، مُشكلةً قطع أوكازاكي . يُزيل إنزيم الريبونيوكلياز (RNase) قطع الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخاصة بالبادئة، ثم يدخل بوليميراز الحمض النووي (DNA) ذو القدرة المنخفضة على التضاعف، وهو يختلف عن بوليميراز التضاعف، لملء الفجوات. عند اكتمال هذه العملية، يمكن العثور على شق واحد على السلسلة الرائدة وعدة شقوق على السلسلة المتأخرة. يعمل إنزيم الليغاز على ملء هذه الشقوق، مُكملاً بذلك جزيء الحمض النووي (DNA) المُتضاعف حديثًا.

يختلف إنزيم البرايميز المستخدم في هذه العملية اختلافًا كبيرًا بين البكتيريا والعتائق / حقيقيات النوى . تستخدم البكتيريا إنزيم برايميز ينتمي إلى عائلة بروتينات DnaG الفائقة، ويحتوي على نطاق تحفيزي من نوع طي TOPRIM. [ 35 ] يتكون طي TOPRIM من نواة α/β بأربعة خيوط محفوظة في بنية شبيهة ببنية روسمان . توجد هذه البنية أيضًا في النطاقات التحفيزية لإنزيمات توبويزوميراز Ia وتوبويزوميراز II، والنيوكليازات من عائلة OLD، وبروتينات إصلاح الحمض النووي المرتبطة ببروتين RecR.

على النقيض من ذلك، يحتوي إنزيم البرايميز المستخدم في العتائق وحقيقيات النوى على نسخة متطورة للغاية من وحدة التعرف على الحمض النووي الريبي (RRM). يشبه هذا البرايميز بنيويًا العديد من بوليميرازات الحمض النووي الريبي الفيروسية المعتمدة على الحمض النووي الريبي، وإنزيمات النسخ العكسي، وإنزيمات السيكلاز المولدة للنيوكليوتيدات الحلقية، وبوليميرازات الحمض النووي من عائلات A/B/Y المشاركة في تضاعف الحمض النووي وإصلاحه. في عملية التضاعف في حقيقيات النوى، يشكل البرايميز معقدًا مع بوليميراز ألفا (Pol α). [ 36 ]

تؤدي بوليميرازات الحمض النووي المتعددة أدوارًا مختلفة في عملية تضاعف الحمض النووي. في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يُعد بوليميراز الحمض النووي III (DNA Pol III) الإنزيم المسؤول بشكل أساسي عن تضاعف الحمض النووي. يتجمع هذا الإنزيم في مُركب تضاعف عند شوكة التضاعف، ويتميز بقدرة عالية جدًا على الاستمرار، حيث يبقى سليمًا طوال دورة التضاعف. في المقابل، يُعد بوليميراز الحمض النووي I (DNA Pol I) الإنزيم المسؤول عن استبدال بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) بالحمض النووي. يمتلك بوليميراز الحمض النووي I نشاطًا نوكليازيًا خارجيًا من 5′ إلى 3′ بالإضافة إلى نشاطه البوليميرازي، ويستخدم هذا النشاط لتحليل بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجودة أمامه أثناء إطالة سلسلة الحمض النووي (DNA) خلفه، في عملية تُسمى ترجمة الشق . يُعد بوليميراز الحمض النووي I أقل قدرة على الاستمرار من بوليميراز الحمض النووي III (Pol 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 ، يُساعد إنزيم بوليميراز ألفا (Pol α)، ذو القدرة المنخفضة على معالجة الحمض النووي، في بدء عملية التضاعف لأنه يُشكّل مُركّباً مع البرايميز. [ 37 ] في حقيقيات النوى، يُعتقد أن بوليميراز إبسيلون (Pol ε) هو المسؤول عن تخليق السلسلة الرائدة؛ إلا أن هذا الرأي قد طُعن فيه مؤخراً، مما يُشير إلى دور بوليميراز دلتا (Pol δ). [ 38 ] تتم إزالة البادئ بواسطة بوليميراز دلتا (Pol δ) [ 39 ] بينما تتم عملية إصلاح الحمض النووي أثناء التضاعف بواسطة بوليميراز إبسيلون (Pol ε).

مع استمرار عملية تخليق الحمض النووي، تستمر خيوط الحمض النووي الأصلية في الالتفاف على جانبي الفقاعة، مُشكّلةً شوكة تضاعف ذات شعبتين. في البكتيريا، التي تمتلك منشأ تضاعف واحد على كروموسومها الدائري، تُنشئ هذه العملية " بنية ثيتا " (تشبه الحرف اليوناني ثيتا: θ). في المقابل، تمتلك حقيقيات النوى كروموسومات خطية أطول، وتبدأ عملية التضاعف من منشأات متعددة داخلها. [ 40 ]

شوكة النسخ

مخطط شوكة التضاعف. أ: القالب، ب: السلسلة الرائدة، ج: السلسلة المتأخرة، د: شوكة التضاعف، هـ: البادئ، و: قطع أوكازاكي
تشارك العديد من الإنزيمات في شوكة تضاعف الحمض النووي.

شوكة التضاعف هي بنية تتشكل داخل الحمض النووي الحلزوني الطويل أثناء عملية تضاعف الحمض النووي. تُنتجها إنزيمات تُسمى الهيليكازات، والتي تكسر الروابط الهيدروجينية التي تربط خيوط الحمض النووي معًا في شكل حلزوني. تتكون البنية الناتجة من فرعين متفرعين، كل منهما مصنوع من خيط واحد من الحمض النووي. يعمل هذان الخيطان كقالب للخيطين الرائد والمتأخر، واللذين يتم إنشاؤهما عندما يُطابق إنزيم بوليميراز الحمض النووي النيوكليوتيدات المُكملة مع القالبين؛ ويمكن الإشارة إلى القالبين بشكل صحيح باسم قالب الخيط الرائد وقالب الخيط المتأخر. [ 41 ]

يقرأ إنزيم بوليميراز الحمض النووي (DNA polymerase) تسلسل الحمض النووي (DNA) في الاتجاه من 3′ إلى 5′، مما يعني أن السلسلة الجديدة تُصنّع في الاتجاه من 5′ إلى 3′. ونظرًا لأن قوالب السلسلة الرائدة والمتأخرة تتجه في اتجاهين متعاكسين عند شوكة التضاعف، فإن التحدي الرئيسي يكمن في كيفية تحقيق تصنيع سلسلة الحمض النووي المتأخرة الجديدة، التي يكون اتجاه تصنيعها معاكسًا لاتجاه نمو شوكة التضاعف.

التيار الرئيسي

الشريط الرائد هو شريط الحمض النووي الجديد الذي يتم تصنيعه في نفس اتجاه شوكة التضاعف المتنامية. هذا النوع من تضاعف الحمض النووي مستمر. [ 42 ]

خيط متأخر

الشريط المتأخر هو شريط الحمض النووي الجديد الذي يكون اتجاه تخليقه معاكساً لاتجاه شوكة التضاعف النامية، على الرغم من أن التفاعل الكيميائي هو نفسه تماماً. وبسبب هذا التوجيه، يكون تضاعف الشريط المتأخر أكثر تعقيداً مقارنةً بتضاعف الشريط المتقدم. ونتيجةً لذلك، يُلاحظ أن إنزيم بوليميراز الحمض النووي على هذا الشريط "يتأخر" عن الشريط الآخر. [ 43 ]

يُصنَّع الشريط المتأخر على شكل أجزاء قصيرة. على قالب الشريط المتأخر ، يقوم إنزيم البادئ بقراءة قالب الحمض النووي ويبدأ بتخليق بادئ RNA قصير مكمل . يقوم إنزيم بوليميراز الحمض النووي بتمديد الأجزاء المُبَيَّنة، مُكَوِّنًا قطع أوكازاكي . ثم يُزال بادئ RNA بواسطة إنزيم بوليميراز DNA آخر ويُستبدل بالحمض النووي، وتُربط قطع الحمض النووي بواسطة إنزيم ليغاز الحمض النووي . [ 43 ]

الديناميكيات عند شوكة التضاعف

مشبك الحمض النووي البشري المُجمَّع، وهو عبارة عن ثلاثي من بروتين PCNA

في جميع الحالات، يتكون إنزيم الهيليكاز من ستة عديدات ببتيد تلتف حول أحد خيوط الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) المراد نسخه. ويرتبط إنزيما البوليميراز بسداسي الهيليكاز. في حقيقيات النوى، يلتف الهيليكاز حول الخيط الرائد، وفي بدائيات النوى يلتف حول الخيط المتأخر. [ 44 ]

عندما يقوم إنزيم الهيليكاز بفكّ لولب الحمض النووي عند شوكة التضاعف، يُجبر الحمض النووي الموجود أمامه على الدوران. ينتج عن هذه العملية تراكمٌ للالتواءات في الحمض النووي الموجود أمامه. [ 45 ] يُولّد هذا التراكم حملاً التوائياً قد يُوقف شوكة التضاعف في نهاية المطاف. أما إنزيمات التوبويزوميراز فهي إنزيمات تكسر مؤقتًا خيوط الحمض النووي، مُخففةً بذلك التوتر الناتج عن فكّ لولبَي الحمض النووي؛ وتُحقق إنزيمات التوبويزوميراز (بما في ذلك إنزيم DNA جيراز ) ذلك عن طريق إضافة لفات فائقة سالبة إلى لولب الحمض النووي. [ 46 ]

يميل الحمض النووي أحادي السلسلة العاري إلى الانطواء على نفسه مكونًا تراكيب ثانوية ؛ قد تعيق هذه التراكيب حركة بوليميراز الحمض النووي. ولمنع ذلك، ترتبط بروتينات ربط السلسلة المفردة بالحمض النووي حتى يتم تخليق سلسلة ثانية، مما يمنع تكوين التراكيب الثانوية. [ 47 ]

يلتف الحمض النووي المزدوج حول الهستونات التي تلعب دورًا هامًا في تنظيم التعبير الجيني، لذا يجب أن يلتف الحمض النووي المتضاعف حول الهستونات في نفس مواقع الحمض النووي الأصلي. [ 48 ] ولضمان ذلك، تقوم بروتينات مرافقة الهستونات بتفكيك الكروماتين قبل تضاعفه، ثم تعيد تركيب الهستونات في مكانها الصحيح. بعض خطوات إعادة التجميع هذه لا تزال غير مؤكدة. [ 49 ]

تعمل بروتينات المشبك كمشبك انزلاقي على الحمض النووي، مما يسمح لبوليميراز الحمض النووي بالارتباط بقالبه والمساعدة في استمرارية النسخ. يسمح السطح الداخلي للمشبك بتمرير الحمض النووي من خلاله. بمجرد أن يصل البوليميراز إلى نهاية القالب أو يكتشف حمضًا نوويًا مزدوج السلسلة، يخضع المشبك المنزلق لتغيير في بنيته يؤدي إلى تحرير بوليميراز الحمض النووي. تُستخدم بروتينات تحميل المشبك لتحميله مبدئيًا، حيث تتعرف على نقطة التقاء القالب وبادئات الحمض النووي الريبي. [ 9 ] : 274-5

بروتينات تضاعف الحمض النووي

عند شوكة التضاعف، تتجمع العديد من إنزيمات التضاعف على الحمض النووي لتكوين آلة جزيئية معقدة تُسمى الريبليسوم . فيما يلي قائمة بأهم إنزيمات تضاعف الحمض النووي التي تشارك في الريبليسوم: [ 50 ]

إنزيمدور في تضاعف الحمض النووي
إنزيم فك لولب الحمض النووييُعرف أيضًا باسم إنزيم زعزعة استقرار الحلزون. يقوم إنزيم الهيليكاز بفصل سلسلتي الحمض النووي عند شوكة التضاعف خلف إنزيم التوبويزوميراز.
بوليميراز الحمض النوويالإنزيم المسؤول عن تحفيز إضافة ركائز النيوكليوتيدات إلى الحمض النووي DNA في الاتجاه من 5′ إلى 3′ أثناء تضاعف الحمض النووي. كما يقوم أيضًا بالتدقيق اللغوي وتصحيح الأخطاء. توجد أنواع عديدة من بوليميراز الحمض النووي، يؤدي كل منها وظائف مختلفة في أنواع مختلفة من الخلايا.
مشبك الحمض النوويبروتين يمنع بوليميراز الحمض النووي المطيل من الانفصال عن سلسلة الحمض النووي الأصلية.
بروتين ربط الحمض النووي أحادي السلسلةيرتبط بـ ssDNA ويمنع اللولب المزدوج للحمض النووي من إعادة الارتباط بعد أن يقوم إنزيم DNA helicase بفكه، وبالتالي الحفاظ على فصل السلسلة، وتسهيل تخليق السلسلة الجديدة.
توبويزوميرازيُرخي الحمض النووي من طبيعته فائقة الالتفاف.
إنزيم DNA جيريزيخفف من إجهاد فك اللولب بواسطة إنزيم هيليكاز الحمض النووي؛ وهو نوع محدد من إنزيمات توبويزوميراز.
إنزيم ربط الحمض النووييعيد ربط الخيوط شبه المحافظة ويربط أجزاء أوكازاكي من الخيط المتأخر.
برايميزيوفر نقطة بداية من الحمض النووي الريبي (أو الحمض النووي) لكي يبدأ بوليميراز الحمض النووي في تخليق سلسلة الحمض النووي الجديدة.
التيلوميرازيُطيل الحمض النووي التيلوميري عن طريق إضافة تسلسلات نيوكليوتيدية متكررة إلى نهايات الكروموسومات حقيقية النواة . وهذا يسمح للخلايا الجرثومية والخلايا الجذعية بتجاوز حد هايفليك لانقسام الخلايا. [ 51 ]

أظهرت تجارب الجزيء المفرد في المختبر (باستخدام الملاقط الضوئية والمغناطيسية ) وجود تفاعلات تآزرية بين إنزيمات الريبليسوم ( الهيليكاز ، والبوليميراز ، وبروتين ربط الحمض النووي أحادي السلسلة ) وشوكة تضاعف الحمض النووي، مما يعزز فك الحمض النووي وتضاعفه. [ 13 ] أدت هذه النتائج إلى تطوير نماذج حركية تفسر التفاعلات التآزرية واستقرارها. [ 13 ]

آلية التضاعف

مُركَّب التضاعف في بكتيريا الإشريكية القولونية. ومن الجدير بالذكر أن الحمض النووي على الشريط المتأخر يُشكِّل حلقة. ولا يزال التركيب الدقيق لمركَّب التضاعف غير مفهوم تمامًا.

تتكون الريبليسومات، أو أنظمة تضاعف الحمض النووي، من عوامل تشارك في تضاعف الحمض النووي وترتبط بجزيئات الحمض النووي أحادية السلسلة. تشمل الريبليسومات بوليميراز الحمض النووي، وهيليكاز الحمض النووي، ومثبتات الحمض النووي، وتوبويزوميراز الحمض النووي، وبروتينات التضاعف؛ مثل بروتينات ربط الحمض النووي أحادي السلسلة (SSB). أثناء تضاعف الحمض النووي، تتناسق هذه المكونات في نشاطها. في معظم البكتيريا، تتواجد جميع العوامل المشاركة في تضاعف الحمض النووي عند شوكات التضاعف. أما في الخلايا حقيقية النواة وبعض الخلايا البكتيرية، فلا تتشكل الريبليسومات.

في عام ١٩٨٠، اقترح بروس ألبرتس "نموذج الترومبون" لتضاعف الحمض النووي لتوضيح التنسيق بين السلسلة الرائدة والسلسلة المتأخرة في عملية تخليق الحمض النووي. [ ٥٢ ] في هذا النموذج، تتجمع آليات التضاعف بينما يتدفق تخليق السلسلة الرائدة، وتتمدد السلسلة المتأخرة للداخل والخارج كما لو كانت مزلاجًا في آلة الترومبون. لاحظ بيتر مايستر وزملاؤه مواقع التضاعف مباشرةً في الخميرة المتبرعمة من خلال مراقبة بوليميرازات الحمض النووي ألفا الموسومة ببروتين الفلورسنت الأخضر (GFP). رصدوا تضاعف الحمض النووي لأزواج من المواقع الموسومة المتباعدة بشكل متناظر من منشأ التضاعف، ووجدوا أن المسافة بين الأزواج تتناقص بشكل ملحوظ مع مرور الوقت. [ ٥٣ ] تشير هذه النتيجة إلى أن آلية تضاعف الحمض النووي تتوافق مع نموذج الترومبون، حيث تتجمع مجموعة من الريبليسومات على منشأ التضاعف، وتتحرك في كلا الاتجاهين. تُعد نتائج مايستر أول دليل مباشر على صحة نموذج الترومبون. أظهرت الأبحاث اللاحقة أن إنزيمات فك اللولب الحمض النووي تشكل ثنائيات في العديد من الخلايا حقيقية النواة، وأن معقدات التضاعف البكتيرية تبقى في موقع واحد داخل النواة أثناء تخليق الحمض النووي. [ 54 ]

تُفكك مصانع التضاعف الكروماتيدات الشقيقة. يُعدّ فك التشابك ضروريًا لتوزيع الكروماتيدات على الخلايا البنت بعد تضاعف الحمض النووي. ولأن الكروماتيدات الشقيقة بعد تضاعف الحمض النووي تلتصق ببعضها البعض بواسطة حلقات الكوهيسين ، فإنّ هذه هي الفرصة الوحيدة لفك التشابك أثناء عملية التضاعف. يُمكن أن يُحسّن تثبيت آليات التضاعف كمصانع تضاعف من معدل نجاح تضاعف الحمض النووي. إذا تحركت شوكات التضاعف بحرية في الكروموسومات، فإنّ تشابك النوى يتفاقم ويعيق الانفصال الانقسامي. [ 53 ] [ 55 ]

إنهاء الخدمة

تبدأ حقيقيات النوى تضاعف الحمض النووي في نقاط متعددة على الكروموسوم، لذا تلتقي شوكات التضاعف وتنتهي عند نقاط عديدة فيه. ولأن كروموسومات حقيقيات النوى خطية، فإن تضاعف الحمض النووي لا يصل إلى نهاية الكروموسوم. ونتيجةً لهذه المشكلة، يُفقد جزء من الحمض النووي في كل دورة تضاعف من نهاية الكروموسوم. التيلوميرات هي مناطق من الحمض النووي المتكرر بالقرب من النهايات، وتساعد على منع فقدان الجينات بسبب هذا التقصير. يُعد تقصير التيلوميرات عملية طبيعية في الخلايا الجسدية ، حيث يؤدي إلى تقصير تيلوميرات كروموسوم الحمض النووي الناتج. ونتيجةً لذلك، لا تستطيع الخلايا الانقسام إلا لعدد محدود من المرات قبل أن يمنع فقدان الحمض النووي المزيد من الانقسام (يُعرف هذا بحد هايفليك ). أما في سلالة الخلايا الجنسية ، التي تنقل الحمض النووي إلى الجيل التالي، فيقوم إنزيم التيلوميراز بتمديد التسلسلات المتكررة في منطقة التيلومير لمنع تحللها. قد ينشط إنزيم التيلوميراز بشكل خاطئ في الخلايا الجسدية، مما قد يؤدي أحيانًا إلى تكوّن السرطان . ويُعدّ ازدياد نشاط التيلوميراز أحد السمات المميزة للسرطان. [ 56 ]

يتطلب إنهاء عملية تضاعف الحمض النووي توقف أو حجب تقدم شوكة التضاعف. وعند حدوث الإنهاء في موقع محدد، فإنه ينطوي على تفاعل بين عنصرين: (1) تسلسل موقع الإنهاء في الحمض النووي، و(2) بروتين يرتبط بهذا التسلسل لإيقاف تضاعف الحمض النووي فعليًا. في أنواع بكتيرية مختلفة، يُطلق على هذا البروتين اسم بروتين ربط موقع إنهاء تضاعف الحمض النووي، أو بروتين Ter . [ 57 ]

نظرًا لأن البكتيريا تمتلك كروموسومات دائرية، فإن عملية تضاعف الحمض النووي تتوقف عندما تلتقي شوكتا التضاعف عند الطرف المقابل للكروموسوم الأصلي. تنظم بكتيريا الإشريكية القولونية هذه العملية باستخدام تسلسلات إنهاء، والتي عند ارتباطها ببروتين Tus ، تسمح بمرور شوكة التضاعف في اتجاه واحد فقط. ونتيجة لذلك، تُجبر شوكتا التضاعف على الالتقاء دائمًا داخل منطقة إنهاء الكروموسوم. [ 58 ]

أنظمة

دورة الخلية في الخلايا حقيقية النواة

حقيقيات النوى

في حقيقيات النوى، تُنظَّم عملية تضاعف الحمض النووي ضمن سياق دورة الخلية . فمع نمو الخلية وانقسامها، تمر بمراحل مختلفة في دورة الخلية؛ ويحدث تضاعف الحمض النووي خلال طور التخليق (S). ويُتحكَّم في تقدم الخلية حقيقية النواة خلال هذه الدورة بواسطة نقاط تفتيش خاصة بها . ويتم التحكم في هذا التقدم من خلال تفاعلات معقدة بين بروتينات متنوعة، بما في ذلك السيكلينات والكينيزات المعتمدة على السيكلين . [ 59 ] وعلى عكس البكتيريا، يتضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى داخل النواة. [ 60 ]

تُنظّم نقطة التفتيش G1/S (نقطة التفتيش التقييدية) ما إذا كانت الخلايا حقيقية النواة ستدخل عملية تضاعف الحمض النووي والانقسام اللاحق. أما الخلايا التي لا تجتاز نقطة التفتيش هذه فتبقى في المرحلة G0 ولا تُضاعف حمضها النووي. [ 61 ]

بعد اجتياز الحمض النووي لاختبار "G1/S"، لا يمكن نسخه إلا مرة واحدة في كل دورة خلوية. عندما يبتعد مُركّب Mcm عن نقطة بدء التضاعف، يتفكك مُركّب ما قبل التضاعف. ولأن مُركّب Mcm جديدًا لا يمكن تحميله في نقطة بدء التضاعف إلا بعد إعادة تنشيط وحدات ما قبل التضاعف، فلا يمكن استخدام نقطة بدء التضاعف نفسها مرتين في الدورة الخلوية ذاتها. [ 33 ]

يُعزز تنشيط إنزيمات S-Cdks في المرحلة S المبكرة تدمير أو تثبيط مكونات مُركب ما قبل التضاعف، مما يمنع إعادة تجميعها الفوري. وتستمر إنزيمات S-Cdks وM-Cdks في منع تجميع مُركب ما قبل التضاعف حتى بعد اكتمال المرحلة S، مما يضمن عدم إمكانية حدوث التجميع مرة أخرى حتى ينخفض ​​نشاط جميع إنزيمات Cdk في المرحلة المتأخرة من الانقسام المتساوي. [ 33 ]

في الخميرة المتبرعمة، يحدث تثبيط التجميع نتيجةً لفسفرة مكونات معقد ما قبل التضاعف المعتمدة على Cdk. عند بداية طور S، تؤدي فسفرة Cdc6 بواسطة Cdk1 إلى ارتباط Cdc6 بإنزيم SCF ubiquitin protein ligase ، مما يُسبب تحلله البروتيني. كما تُعزز فسفرة بروتينات Mcm المعتمدة على Cdk تصديرها خارج النواة مع Cdt1 خلال طور S، مما يمنع تحميل معقدات Mcm جديدة في مواقع بدء التضاعف خلال دورة الخلية الواحدة. وتُثبط فسفرة معقد بدء التضاعف بواسطة Cdk أيضًا تجميع معقد ما قبل التضاعف. يكفي وجود أي من هذه الآليات الثلاث منفردةً لتثبيط تجميع معقد ما قبل التضاعف. مع ذلك، فإن طفرات البروتينات الثلاثة جميعها في الخلية نفسها تُحفز إعادة بدء التضاعف في العديد من مواقع بدء التضاعف خلال دورة الخلية الواحدة. [ 33 ] [ 62 ]

في الخلايا الحيوانية، يُعدّ بروتين الجيمينين مثبطًا رئيسيًا لتكوين معقد ما قبل التضاعف. يرتبط الجيمينين بـ Cdt1، مانعًا ارتباطه بمعقد التعرف على الأصل. في طور G1، يُحافظ معقد APC على مستويات منخفضة من الجيمينين، حيث يقوم بإضافة اليوبيكويتين إلى الجيمينين لتوجيهه نحو التحلل. عند تحلل الجيمينين، يتحرر Cdt1، مما يسمح له بالعمل في تكوين معقد ما قبل التضاعف. في نهاية طور G1، يُعطّل معقد APC، مما يسمح للجيمينين بالتراكم والارتباط بـ Cdt1. [ 33 ]

يحدث تضاعف جينومات البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا بشكل مستقل عن دورة الخلية، من خلال عملية تضاعف حلقة D. [ 63 ]

التركيز على التكرار

في خلايا الفقاريات، تتركز مواقع التضاعف في بؤر تُسمى بؤر التضاعف . [ 53 ] يمكن الكشف عن مواقع التضاعف عن طريق التلوين المناعي للخيوط الوليدة وإنزيمات التضاعف، ومراقبة عوامل التضاعف الموسومة ببروتين الفلورسنت الأخضر (GFP). وقد وُجد بهذه الطرق أن بؤر التضاعف ذات الأحجام والمواقع المختلفة تظهر في طور S من انقسام الخلية، وأن عددها في كل نواة أقل بكثير من عدد شوكات التضاعف الجيني.

قام ب. هيون وآخرون بتتبع بؤر التضاعف الموسومة ببروتين GFP في خلايا الخميرة المتبرعمة، وكشفوا أن مواقع بدء التضاعف تتحرك باستمرار في طوري G1 وS، وأن هذه الديناميكية تتناقص بشكل ملحوظ في طور S. [ 53 ] تقليديًا، كانت مواقع التضاعف تُثبَّت على البنية المكانية للكروموسومات بواسطة المصفوفة النووية أو اللامينات . لكن نتائج هيون دحضت المفاهيم التقليدية، إذ لا تحتوي الخميرة المتبرعمة على اللامينات، ودعمت فرضية أن مواقع بدء التضاعف تتجمع ذاتيًا لتشكل بؤر التضاعف. [ 64 ]

يتم تنظيم تكوين بؤر التضاعف من خلال تنشيط مواقع بدء التضاعف، المُتحكم بها مكانيًا وزمنيًا. وقد كشف جاكسون وآخرون (1998) أن مواقع بدء التضاعف المتجاورة تنشط في وقت واحد في خلايا الثدييات. [ 53 ] يؤدي التقارب المكاني لمواقع التضاعف إلى تكتل شوكات التضاعف. ويساهم هذا التكتل في إنقاذ شوكات التضاعف المتوقفة ، مما يُعزز تقدمها الطبيعي. يُثبط تقدم شوكات التضاعف بفعل عوامل عديدة، منها: الاصطدام بالبروتينات أو المركبات المرتبطة بقوة بالحمض النووي، ونقص النيوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات (dNTPs)، والشقوق في الحمض النووي القالب، وغيرها. إذا تعطلت شوكات التضاعف ولم تُنسخ بقية التسلسلات منها، فإن خيوط الحمض النووي الوليدة تُصاب بشقوق في مواقع غير مُضاعفة. تُبقي هذه المواقع غير المُضاعفة على أحد خيوط الحمض النووي الأبوي الخيط الآخر متماسكًا، لكنها لا تُبقي الخيوط الوليدة متماسكة. لذلك، لا تستطيع الكروماتيدات الشقيقة الناتجة الانفصال عن بعضها البعض، ولا يمكنها الانقسام إلى خليتين وليدتين. عندما تنشط مواقع بدء التضاعف المتجاورة ويتوقف تفرع أحدها، ينطلق تفرع من موقع بدء آخر في الاتجاه المعاكس للتفرع المتوقف، ويضاعف المواقع غير المتضاعفة. ومن آليات الإنقاذ الأخرى استخدام مواقع بدء التضاعف الخاملة، حيث لا تنشط مواقع بدء التضاعف الزائدة في عملية تضاعف الحمض النووي الطبيعية. [ 65 ]

البكتيريا

يقوم Dam بمثيلة الأدينين في مواقع GATC بعد التضاعف

لا تخضع معظم البكتيريا لدورة خلوية محددة، بل تنسخ حمضها النووي باستمرار؛ وخلال النمو السريع، قد يؤدي ذلك إلى حدوث جولات متعددة من التضاعف في آن واحد. [ 66 ] في بكتيريا الإشريكية القولونية ، وهي البكتيريا الأكثر دراسة، يُنظَّم تضاعف الحمض النووي عبر آليات متعددة، تشمل: مثيلة نصفية وعزل تسلسل الأصل، ونسبة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP) ، ومستويات بروتين DnaA. تتحكم جميع هذه العوامل في ارتباط بروتينات البدء بتسلسلات الأصل. [ 67 ]

بسبب قيام بكتيريا الإشريكية القولونية بمثيلة تسلسلات الحمض النووي GATC، ينتج عن عملية تخليق الحمض النووي تسلسلات نصف مثيلة. يتعرف البروتين SeqA على هذا الحمض النووي نصف المثيل ، حيث يرتبط بتسلسل الأصل ويعزله؛ بالإضافة إلى ذلك، يرتبط البروتين DnaA (اللازم لبدء التضاعف) بالحمض النووي نصف المثيل بشكل أقل فعالية. ونتيجة لذلك، تُمنع مواقع بدء التضاعف المتضاعفة حديثًا من بدء جولة أخرى من تضاعف الحمض النووي على الفور. [ 68 ]

يتراكم الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عندما تكون الخلية في وسط غني، مما يحفز تضاعف الحمض النووي (DNA) بمجرد أن تصل الخلية إلى حجم معين. يتنافس ATP مع الأدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP) للارتباط ببروتين DnaA، ويستطيع معقد DnaA-ATP بدء عملية التضاعف. كما أن عددًا معينًا من بروتينات DnaA ضروري لتضاعف الحمض النووي - ففي كل مرة يتم فيها نسخ نقطة بدء التضاعف، يتضاعف عدد مواقع ارتباط DnaA، مما يتطلب تخليق المزيد من DnaA لتمكين بدء عملية التضاعف مرة أخرى. [ 69 ]

في البكتيريا سريعة النمو، مثل الإشريكية القولونية ، يستغرق تضاعف الكروموسوم وقتًا أطول من انقسام الخلية. تتغلب البكتيريا على هذه المشكلة ببدء دورة تضاعف جديدة قبل انتهاء الدورة السابقة. [ 70 ] تُشكّل دورة التضاعف الجديدة كروموسوم الخلية التي تولد بعد جيلين من انقسام الخلية. تُنشئ هذه الآلية دورات تضاعف متداخلة.

مشاكل في تضاعف الحمض النووي

تبدأ شوكة التضاعف بالعمل عن طريق إعادة التركيب المتماثل بعد التعرض لإجهاد التضاعف.
العواقب اللاجينية لعيوب إعادة تجميع النيوكليوسومات عند شوكات التضاعف المتوقفة

هناك العديد من الأحداث التي تساهم في إجهاد التضاعف، بما في ذلك: [ 71 ]

تفاعل البوليميراز المتسلسل

يستخدم الباحثون عادةً تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لنسخ الحمض النووي في المختبر . يعتمد هذا التفاعل على زوج من البادئات لتحديد منطقة مستهدفة في الحمض النووي القالب، ثم يقوم ببلمرة خيوط الحمض النووي المقابلة في كلا الاتجاهين انطلاقًا من هذه البادئات باستخدام بوليميراز الحمض النووي المقاوم للحرارة . يؤدي تكرار هذه العملية عبر دورات متعددة إلى تضخيم منطقة الحمض النووي المستهدفة. في بداية كل دورة، يُسخّن مزيج الحمض النووي القالب والبادئات، مما يفصل الجزيء المُصنّع حديثًا عن القالب. بعد ذلك، ومع تبريد المزيج، يصبح كل منهما قالبًا لربط بادئات جديدة، ويبدأ البوليميراز بالتمديد انطلاقًا منها. ونتيجةً لذلك، يتضاعف عدد نسخ المنطقة المستهدفة في كل دورة، ويزداد بشكل أُسّي . [ 72 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. قد تُساعد طاقة هذه العملية أيضًا في تفسير اتجاه التخليق؛ فلو تم تخليق الحمض النووي DNA في الاتجاه من 3′ إلى 5′، لكانت الطاقة اللازمة للعملية تأتي من الطرف 5′ للسلسلة النامية، وليس من النيوكليوتيدات الحرة. تكمن المشكلة في أنه إذا كانت مجموعات الفوسفات الثلاثية عالية الطاقة موجودة على السلسلة النامية وليس على النيوكليوتيدات الحرة، فإن تصحيح الخطأ بإزالة نيوكليوتيد طرفي غير متطابق سيكون إشكاليًا: فبمجرد إضافة نيوكليوتيد، تُفقد مجموعة الفوسفات الثلاثية ويبقى فوسفات واحد على العمود الفقري بين النيوكليوتيد الجديد وبقية السلسلة. إذا كان النيوكليوتيد المُضاف غير متطابق، فإن إزالته ستؤدي إلى سلسلة DNA تنتهي بمجموعة فوسفات أحادية في نهاية "السلسلة النامية" بدلًا من مجموعة فوسفات ثلاثية عالية الطاقة. وبالتالي، ستتوقف السلسلة ولن تتمكن من النمو أكثر. في الواقع، فإن ثلاثي الفوسفات عالي الطاقة الذي يتم تحلله في كل خطوة ينشأ من النيوكليوتيدات الحرة، وليس من السلسلة المتعددة، لذلك فإن هذه المشكلة غير موجودة.

مراجع

  1. ↑ ساباديا أ (2022-03-01). "ما هو تضاعف الحمض النووي وخطواته؟" . مؤرشف من الأصل في 2023-08-04 . تم الاسترجاع في 2023-08-04 .
  2. ↑ أودونيل م، لانغستون ل، ستيلمان ب (يوليو 2013). "مبادئ ومفاهيم تضاعف الحمض النووي في البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى" . مجلة كولد سبرينغ هاربور لوجهات نظر في علم الأحياء . 5 (7) a010108. doi : 10.1101/cshperspect.a010108 . PMC 3685895. PMID 23818497 .  
  3. ↑ بريوليو إم إن، ماك ألبين دي إم (أغسطس 2016). "أصول تضاعف الحمض النووي - من أين نبدأ؟" . الجينات والتطور . 30 (15): 1683-1697 . doi : 10.1101/gad.285114.116 . PMC 5002974. PMID 27542827 .  
  4. ↑ ديوار جيه إم، والتر جيه سي (أغسطس 2017). "آليات إنهاء تضاعف الحمض النووي" . مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية . 18 (8): 507-516 . doi : 10.1038/nrm.2017.42 . PMC 6386472. PMID 28537574 .  
  5. ↑ "علم الوراثة / تضاعف الحمض النووي (الأساسي) - Pathwayz" . pathwayz.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-12-2020 .
  6. ↑ "الحلزون المزدوج" . تعلم العلوم على موقع Scitable . مؤسسة Nature Education . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2020 .
  7. ↑ براي إل إيه (2008). "تضاعف الحمض النووي شبه المحافظ؛ ميسلسون وستال" . مجلة نيتشر التعليمية . 1 (1): 98.
  8. ↑ يؤدي تضاعف الحمض النووي غير الكامل إلى حدوث طفرات . بيرغ، جيه إم، تيموتشكو، جيه إل، ستراير، إل، كلارك، إن دي (2002). "الفصل 27: تضاعف الحمض النووي، وإعادة التركيب، والإصلاح" . الكيمياء الحيوية . دبليو إتش فريمان وشركاه. ISBN 0-7167-3051-0أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 26 مارس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أغسطس 2019 .
  9. 1 2 لوديش هـ، بيرك أ، زيبورسكي إس إل، وآخرون (2000). "تضاعف الحمض النووي وإصلاحه وإعادة تركيبه" . بيولوجيا الخلية الجزيئية ( الطبعة الرابعة). دبليو إتش فريمان. ISBN   0-7167-3136-3.
  10. 1 2 هو واي، ستيلمان بي (فبراير 2023). " أصول تضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى" . الخلية الجزيئية . 83 (3): 352-372 . doi : 10.1016/j.molcel.2022.12.024 . PMC 9898300. PMID 36640769 .  
  11. 1 2 بيرغ جيه إم، تيموتشكو جيه إل، ستراير إل، كلارك إن دي (2002). "الفصل 27، القسم 4: تضاعف الحمض النووي لكلا السلسلتين يسير بسرعة من مواقع بدء محددة" . الكيمياء الحيوية . دبليو إتش فريمان وشركاه. ISBN 0-7167-3051-0أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 26 مارس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أغسطس 2019 .
  12. ↑ تشاجين، فاديم أو.؛ ​​ستير، جيفري هـ.؛ كاردوسو، م. كريستينا (أبريل 2010). "تنظيم تضاعف الحمض النووي" . مجلة كولد سبرينغ هاربور لوجهات نظر في علم الأحياء . 2 (4) a000737. doi : 10.1101/cshperspect.a000737 . ISSN 1943-0264 . PMC 2845211. PMID 20452942 .   
  13. 1 2 3 جاريلو ج، إيبارا ب، كاو-غارسيا ف.ج (2021). "تضاعف الحمض النووي: تحليل بيانات ونماذج التلاعب بالجزيئات المفردة في المختبر " . مجلة التكنولوجيا الحيوية الحاسوبية والبنيوية . 19 : 3765-3778 . doi : 10.1016/j.csbj.2021.06.032 . PMC 8267548. PMID 34285777 .  
  14. ↑ كوهنلين أ، لانزميتش إس إيه، براون د (مارس 2021). "يمكن لتسلسلات الحمض النووي الريبوزي الناقل أن تتجمع لتكوين مُضاعِف" . إي لايف . 10 e63431. doi : 10.7554/eLife.63431 . PMC 7924937. PMID 33648631 .  
  15. ↑ ماكسيميليان ل (3 أبريل 2021). "حل معضلة البيضة والدجاجة - خطوة أقرب إلى إعادة بناء أصل الحياة"" . SciTechDaily . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أبريل 2021 .
  16. ↑ فريدبيرغ، إي سي (يناير 2003). "تلف الحمض النووي وإصلاحه" . مجلة نيتشر . 421 (6921): 436-440 . Bibcode : 2003Natur.421..436F . doi : 10.1038/nature01408 . PMID 12540918 . 
  17. ↑ ساباديا أ (13 مارس 2023). "الزوج القاعدي: التعريف والقواعد في الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA" . مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2025. تم الاطلاع عليه في 4 أغسطس 2023 .
  18. ↑ ألبرتس، ب.؛ جونسون، أ.؛ لويس، ج.؛ وآخرون . (2002). "آليات تضاعف الحمض النووي" . البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: جارلاند ساينس.  
  19. ↑ "وظيفة الحمض النووي وبنيته (مع رسم توضيحي) (مقال)" . أكاديمية خان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2020 .
  20. ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة الرابعة). جارلاند ساينس. الصفحات 238-240 . ISBN   0-8153-3218-1.
  21. ↑ أليسون ل (2007). علم الأحياء الجزيئي الأساسي . دار بلاكويل للنشر. ص 112. ISBN  978-1-4051-0379-4.
  22. ↑ بيرغ جيه إم، تيموتشكو جيه إل، ستراير إل، كلارك إن دي (2002). الكيمياء الحيوية . دبليو إتش فريمان وشركاه. رقم ISBN 0-7167-3051-0.الفصل 27، القسم 2: تتطلب بوليميرازات الحمض النووي قالبًا وبادئًا
  23. 1 2 ماكولوتش إس دي، كونكل تي إيه (يناير 2008). "دقة تخليق الحمض النووي بواسطة بوليميرازات التضاعف وتخليق الحمض النووي عبر الآفات في حقيقيات النوى" . أبحاث الخلية . 18 (1): 148-161 . Bibcode : 2008CelRe..18..148M . doi : 10.1038/cr.2008.4 . PMC 3639319. PMID 18166979 .  
  24. ↑ مكارثي د، مينر س، بيرنشتاين هـ، بيرنشتاين س (أكتوبر 1976). "معدلات استطالة الحمض النووي وتوزيع نقاط النمو لفيروس T4 من النوع البري وطفرة العنبر لتأخير الحمض النووي". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 106 (4): 963-981 . doi : 10.1016/0022-2836(76)90346-6 . PMID 789903 . 
  25. ↑ دريك، جيه دبليو (1970). الأساس الجزيئي للطفرة. هولدن-داي، سان فرانسيسكو. ISBN 0-8162-2450-1رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 978-0-8162-2450-0
  26. ↑ ميركادانتي، أنتوني أ.؛ ديمري، مانجاري؛ محي الدين، شميم س. (14 أغسطس 2023)، "الكيمياء الحيوية، التضاعف والنسخ" ، ستات بيرلز [إنترنت] ، ستات بيرلز للنشر، PMID 30986011 ، تاريخ الاسترجاع 22 يونيو 2026 
  27. ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). "الفصل 5: آليات تضاعف الحمض النووي" . البيولوجيا الجزيئية للخلية . جارلاند ساينس. ISBN 0-8153-3218-1.
  28. ^ ويجل سي، شميدت أ، روكرت ب، لورز آر، ميسر دبليو (نوفمبر 1997). "ارتباط بروتين DnaA بصناديق DnaA الفردية في أصل تكرار الإشريكية القولونية، oriC" . مجلة إمبو . 16 (21): 6574-6583 . دوى : 10.1093/emboj/16.21.6574 . بمك 1170261 . بميد 9351837 .  
  29. ↑ لوديش هـ، بيرك أ، زيبورسكي ل س، ماتسودايرا ب، بالتيمور د، دارنيل ج (2000). بيولوجيا الخلية الجزيئية . دبليو إتش فريمان وشركاه. ISBN 0-7167-3136-3.12.1. السمات العامة لتضاعف الكروموسومات: ثلاث سمات مشتركة لمواقع بدء التضاعف
  30. ↑ لين واي سي، براسانث إس جي (يوليو 2021). "بدء التضاعف: آثاره على سلامة الجينوم" . إصلاح الحمض النووي . 103 103131. doi : 10.1016/j.dnarep.2021.103131 . PMC 8296962. PMID 33992866 .  
  31. ↑ أمين أ، وو ر، تشيونغ م هـ، سكوت ج ف، وانغ ز، تشو ز، وآخرون . (مارس 2020). "دورة ازدواج ORC أساسية ومعتمدة على دورة الخلية تنظم تضاعف الحمض النووي الصبغي حقيقي النواة" . تقارير الخلية . 30 (10): 3323–3338.e6. doi : 10.1016/j.celrep.2020.02.046 . PMID 32160540 .  
  32. ↑ تشانغ ي، يو ز، فو إكس، ليانغ سي (يونيو 2002). "يلعب بروتين Noc3p، وهو بروتين bHLH، دورًا أساسيًا في بدء تضاعف الحمض النووي في الخميرة المتبرعمة" . مجلة Cell . 109 (7): 849-860 . doi : 10.1016/s0092-8674(02)00805-x . PMID 12110182 . 
  33. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 مورغان، د. أو. (2007). دورة الخلية: مبادئ التحكم . لندن: دار نيو ساينس برس. ص 64-75 . ISBN  978-0-19-920610-0. OCLC 70173205 . 
  34. ↑ دونالدسون، أ.د.، راغورامان، م.ك.، فريدمان، ك.ل.، كروس، ف.ر.، بروير، ب.ج.، فانغمان، و.ل. (أغسطس 1998). "تنشيط مواقع بدء التضاعف المتأخرة في الخميرة S. cerevisiae بواسطة CLB5" . الخلية الجزيئية . 2 (2): 173-182 . doi : 10.1016/s1097-2765(00)80127-6 . PMID 9734354 . 
  35. ↑ أرافيند إل، لايبي دي دي، كونين إي في (سبتمبر 1998). "توبريم - نطاق تحفيزي محفوظ في توبويزوميرازات النوع IA وII، وبرايميزات من نوع DnaG، ونوكليازات عائلة OLD، وبروتينات RecR" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 26 (18): 4205-4213 . doi : 10.1093/nar/26.18.4205 . PMC 147817. PMID 9722641 .  
  36. ↑ فريك دي إن، ريتشاردسون سي سي (يوليو 2001). "برايمازات الحمض النووي". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 70 (1): 39-80 . Bibcode : 2001ARBio..70...39F . doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.39 . PMID 11395402. S2CID 33197061 .  
  37. ↑ باري إي آر، بيل إس دي (ديسمبر 2006). " تضاعف الحمض النووي في العتائق" . مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية . 70 (4): 876-887 . doi : 10.1128/MMBR.00029-06 . PMC 1698513. PMID 17158702 .  
  38. ↑ ستيلمان ب (يوليو 2015). " إعادة النظر في بوليميرازات الحمض النووي عند شوكة التضاعف في حقيقيات النوى" . الخلية الجزيئية . 59 (2): 139-141 . doi : 10.1016/j.molcel.2015.07.004 . PMC 4636199. PMID 26186286 .  
  39. ↑ روسي، م. ل. (فبراير 2009). تمييز مسارات إزالة البادئات أثناء نضج شظايا أوكازاكي في حقيقيات النوى (أطروحة دكتوراه). كلية الطب وطب الأسنان، جامعة روتشستر. hdl : 1802/6537 .
  40. ↑ هوبرمان، جيه. إيه.، وريغز، إيه. دي. (مارس 1968). "حول آلية تضاعف الحمض النووي في كروموسومات الثدييات". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 32 (2): 327-341 . doi : 10.1016/0022-2836(68)90013-2 . PMID 5689363 . 
  41. ↑ سوي، يانغ؛ تشي، لي؛ تشانغ، كي؛ سايني، ناتالي؛ كليمزاك، ليزيك ج.؛ ساكوفسكي، سينثيا ج.؛ غوردينين، ديمتري أ.؛ بيتس، توماس د.؛ تشنغ، داو-كيونغ (2020-04-28). "تحليل الطفرات المُستحثة بواسطة APOBEC في سلالات الخميرة ذات المستويات المنخفضة من بوليميرازات الحمض النووي التضاعفية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 117 (17): 9440-9450 . doi : 10.1073/pnas.1922472117 . PMC 7196835 . 
  42. ↑ بورغرز، بيتر إم جيه؛ كونكل، توماس أ. (2017-06-20). "شوكة تضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى" . المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 86 : 417-438 . doi : 10.1146/annurev-biochem-061516-044709 . ISSN 0066-4154 . PMC 5597965. PMID 28301743 .   
  43. 1 2 كوبر، جيفري م. (2000)، "تضاعف الحمض النووي" ، الخلية: منهج جزيئي. الطبعة الثانية ، سيناور أسوشيتس ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-03-2026
  44. ↑ غاو ي، كوي ي، فوكس ت، لين س، وانغ هـ، دي فال ن، وآخرون . (فبراير 2019). " بنية ومبادئ عمل الريبليسوم" . مجلة ساينس . 363 (6429) eaav7003: 835. doi : 10.1126/science.aav7003 . PMC 6681829. PMID 30679383 .   
  45. ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). "آليات تضاعف الحمض النووي: إنزيمات توبويزوميراز الحمض النووي تمنع تشابك الحمض النووي أثناء التضاعف" . علم الأحياء الجزيئي للخلية . جارلاند ساينس. ISBN 0-8153-3218-1.
  46. ↑ ريس آر جيه، ماكسويل إيه (26 سبتمبر 2008). "إنزيم دي إن إيه جيراز: التركيب والوظيفة". مراجعات نقدية في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 26 ( 3-4 ): 335-375 . doi : 10.3109/10409239109114072 . PMID 1657531 . 
  47. ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). "آليات تضاعف الحمض النووي: بروتينات خاصة تساعد على فتح اللولب المزدوج للحمض النووي أمام شوكة التضاعف" . علم الأحياء الجزيئي للخلية . جارلاند ساينس. ISBN 0-8153-3218-1.
  48. ↑ كونين، يوجين ف.؛ كروبوفيتش، مارت؛ إيشينو، سونوكو؛ إيشينو، يوشيزومي (2020-06-09). "آلية تضاعف LUCA: الأصل المشترك لتضاعف الحمض النووي ونسخه" . BMC Biology . 18 (1): 61. doi : 10.1186/s12915-020-00800-9 . ISSN 1741-7007 . PMC 7281927. PMID 32517760 .   
  49. ↑ رانسوم م، دينيهي ب ك، تايلر ج ك (يناير 2010). "مرافقة الهستونات أثناء تضاعف الحمض النووي وإصلاحه" . الخلية . 140 (2): 183-195 . Bibcode : 2010Cell..140..183R . doi : 10.1016/j.cell.2010.01.004 . PMC 3433953. PMID 20141833 .  
  50. ↑ غريفيثز إيه جيه، ويسلر إس آر، ليونتين آر سي، كارول إس بي (2008). مقدمة في التحليل الجيني . دبليو إتش فريمان وشركاه. ISBN 978-0-7167-6887-6.[الفصل 7: الحمض النووي: التركيب والتضاعف. الصفحات 283-290]
  51. ↑ كلارك ج (11 مايو 2009). "هل سيمنعنا حد هايفليك من العيش إلى الأبد؟" . هاو ستاف وركس . تم الاطلاع عليه في 20 يناير 2015 .
  52. ↑ ياو، نينا ي.؛ أودونيل، مايك (2008). "ديناميكيات الريبليسوم واستخدام حلقات الترومبون في الحمض النووي لتجاوز عوائق التضاعف" . الأنظمة الحيوية الجزيئية . 4 (11): 1075-1084 . doi : 10.1039/b811097b . ISSN 1742-2051 . PMC 4011192. PMID 18931783 .   
  53. 1 2 3 4 5 مايستر ب، تادي أ، جاسر إس إم (يونيو 2006). "داخل وخارج مصنع التضاعف" . الخلية . 125 (7): 1233-1235 . doi : 10.1016 / j.cell.2006.06.014 . PMID 16814710. S2CID 15397410 .  
  54. ↑ واتسون، جيه دي، بيكر، تي إيه، بيل، إس بي، غان، إيه، ليفين، إم، لوسيك، آر، إنجليس، سي إتش (2008). البيولوجيا الجزيئية للجين (الطبعة السادسة ). سان فرانسيسكو: بيرسون/بنجامين كامينغز. ص 237. ISBN   978-0-8053-9592-1.
  55. ↑ كيتامورا، إيتسوشي؛ بلو، ج. جوليان؛ تاناكا، تومويوكي يو. (30-06-2006). "التصوير الخلوي الحي يكشف تضاعف وحدات النسخ الفردية في مصانع التضاعف حقيقية النواة" . مجلة الخلية . 125 (7): 1297-1308 . doi : 10.1016/j.cell.2006.04.041 . ISSN 0092-8674 . PMC 3019746. PMID 16814716 .   
  56. ↑ شاي، جيري و. (2016-06-01). "دور التيلوميرات والتيلوميراز في الشيخوخة والسرطان" . مجلة اكتشاف السرطان . 6 (6): 584-593 . doi : 10.1158/2159-8290.CD-16-0062 . ISSN 2159-8274 . PMC 4893918. PMID 27029895 .   
  57. ↑ نيلون، كاميرون؛ كراليسيك، أندرو ف.؛ هيل، توماس م.؛ ديكسون، نيكولاس إي. (سبتمبر 2005). " إنهاء التضاعف في الإشريكية القولونية: بنية ونشاط مضاد الهيليكاز لمركب توستر" . مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية . 69 (3): 501-526 . doi : 10.1128/MMBR.69.3.501-526.2005 . ISSN 1092-2172 . PMC 1197808. PMID 16148308 .   
  58. ↑ براون، ت. أ. (2002). "الفصل 13.2.3. إنهاء التضاعف" . الجينومات . دار نشر BIOS العلمية . ISBN 1-85996-228-9.
  59. ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). "التحكم داخل الخلايا في أحداث دورة الخلية: تبدأ معقدات السيكلين-سي دي كيه في طور S (S-Cdks) تضاعف الحمض النووي مرة واحدة في كل دورة" . علم الأحياء الجزيئي للخلية . جارلاند ساينس. ISBN 0-8153-3218-1.
  60. ↑ براون تي إيه (2002). "الفصل 13: تضاعف الجينوم" . الجينومات ( الطبعة الثانية). أكسفورد: وايلي-ليس. 
  61. ↑ جرانت، جافين د.؛ كوك، جانيت ج. (2017). "التنظيم الزمني لبروتينات طور S خلال طور G1". تضاعف الحمض النووي . التقدم في الطب التجريبي وعلم الأحياء. المجلد 1042. الصفحات 335-369 . doi : 10.1007/978-981-10-6955-0_16 . ISBN   978-981-10-6954-3ISSN 0065-2598 . PMC 5909198. PMID 29357066 .​​   
  62. ↑ نغوين، في كيو، كو، سي، لي ، جيه جيه (يونيو 2001). "كينازات معتمدة على السيكلين تمنع إعادة تضاعف الحمض النووي من خلال آليات متعددة". نيتشر . 411 ( 6841): 1068-1073 . Bibcode : 2001Natur.411.1068N . doi : 10.1038/35082600 . PMID 11429609. S2CID 4393812 .  
  63. ↑ كابيا، يوكيهيرو؛ مياجيشيما، شين-يا (27 فبراير 2013). "يتم تنظيم تضاعف الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء بواسطة حالة الأكسدة والاختزال بشكل مستقل عن انقسام البلاستيدات الخضراء في طحلب الكلاميدوموناس رينهاردتي" . علم وظائف النبات . 161 (4): 2102-2112 . doi : 10.1104/pp.113.216291 . PMC 3613479. PMID 23447524 .  
  64. ↑ ميسيرول، ريبيكا أ.؛ كوهين-فيكس، أورنا (2016). "الطبيعة المرنة للغلاف النووي لخميرة التبرعم: التوهجات، والاندماج، والفتحات" . مجلة علم وظائف الخلايا . 231 (11): 2353-2360 . doi : 10.1002/jcp.25355 . ISSN 1097-4652 . PMC 6260970. PMID 26909870 .   
  65. ↑ "الدور الوقائي للأصول الخاملة في الاستجابة للإجهاد التضاعفي" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-06-2026 .
  66. ↑ توبياسون، د.م.، وسيفيرت، هـ.س. (يونيو 2006). "مسبب الأمراض البشرية الإلزامي، النيسرية البنية، متعدد الصيغ الصبغية" . مجلة PLOS Biology . 4 (6) e185. doi : 10.1371/journal.pbio.0040185 . PMC 1470461. PMID 16719561 .  
  67. ↑ أودونيل، مايكل؛ لانغستون، لانس؛ ستيلمان، بروس (2013-07-01). "مبادئ ومفاهيم تضاعف الحمض النووي في البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى" . مجلة كولد سبرينغ هاربور لوجهات نظر في علم الأحياء . 5 (7) a010108. doi : 10.1101/cshperspect.a010108 . ISSN 1943-0264 . PMC 3685895. PMID 23818497 .   
  68. ↑ سلاتر إس، وولد إس، لو إم، بوي إي، سكارستاد كيه، كليكنر إن (سبتمبر 1995). "بروتين SeqA في الإشريكية القولونية يرتبط بموقع oriC في تفاعلين مختلفين مُعدَّلين بالميثيل، بما يتناسب مع دوره في بدء تضاعف الحمض النووي وعزل موقع بدء التضاعف" . مجلة Cell . 82 (6): 927-936 . doi : 10.1016/0092-8674(95)90272-4 . PMID 7553853. S2CID 14652024 .  
  69. ↑ هانسن، فليمنج ج.؛ أتلونج، توف (2018). "حكاية الحمض النووي DNAA" . مجلة فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 9 319. doi : 10.3389 /fmicb.2018.00319 . ISSN 1664-302X . PMC 5835720. PMID 29541066 .   
  70. ↑ كوبر إس، وهيلمستيتر سي إي (فبراير 1968). "تضاعف الكروموسوم ودورة انقسام الإشريكية القولونية B/r". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 31 (3): 519-540 . Bibcode : 1968JMBio..31..519C . doi : 10.1016/0022-2836(68)90425-7 . PMID 4866337 . 
  71. ↑ زيمان إم كيه، سيمبريتش كيه إيه (يناير 2014). "أسباب ونتائج إجهاد التضاعف" . بيولوجيا الخلية الطبيعية . 16 (1): 2-9 . Bibcode : 2014NaCB...16....2Z . doi : 10.1038/ ncb2897 . PMC 4354890. PMID 24366029 .  
  72. ↑ سايكي آر كيه، جيلفاند دي إتش، ستوفيل إس، شارف إس جيه، هيغوتشي آر، هورن جي تي، وآخرون . (يناير 1988). "التضخيم الإنزيمي الموجه بالبادئ للحمض النووي باستخدام بوليميراز الحمض النووي المقاوم للحرارة". مجلة ساينس . 239 (4839): 487-491 . Bibcode : 1988Sci...239..487S . doi : 10.1126/science.239.4839.487 . PMID 2448875 .