النسخ المتماثل في حقيقيات النوى

في الخلايا حقيقية النواة، يتم الحفاظ على تضاعف الحمض النووي بشكل كبير وتنظيمه بإحكام. يجب أن تتضاعف الكروموسومات الخطية المتعددة بدقة عالية قبل انقسام الخلايا، لذلك هناك العديد من البروتينات التي تؤدي أدوارًا متخصصة في عملية التكاثر. يحدث التضاعف على ثلاث مراحل: البداية، والاستطالة، والإنهاء، وينتهي بـ مجموعتين كاملتين من الكروموسومات في النواة.

تقوم العديد من البروتينات بتنسيق التضاعف المتماثل في الأصل

يتبع تكاثر حقيقيات النواة العديد من المبادئ نفسها التي يتبعها تضاعف الحمض النووي بدائيات النواة، ولكن نظرًا لأن الجينوم أكبر بكثير والكروموسومات خطية وليست دائرية، فإن العملية تتطلب المزيد من البروتينات ولها بعض الاختلافات الرئيسية. أولاً، على عكس بدائيات النوى، يحدث التضاعف في حقيقيات النوى بشكل متزامن عند أصول متعددة للتضاعف على طول كل كروموسوم. تتعرف البروتينات البادئة على هذه الأصول وترتبط بها وتقوم بتجنيد بروتينات الهليكاز لتفكيك الحلزون المزدوج للحمض النووي. عند كل نقطة أصل، يتم تشكيل شوكتين متماثلتين. يضيف Primase بعد ذلك بادئات قصيرة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى خيوط الحمض النووي المفردة، والتي تكون بمثابة نقطة بداية لربط بوليميراز الحمض النووي والبدء في نسخ التسلسل. لا يمكن تصنيع الحمض النووي إلا في الاتجاه 5' إلى 3'، لذا فإن تضاعف كلا الشريطين من شوكة التضاعف الواحدة يستمر في اتجاهين مختلفين. يتم تصنيع الشريط الرئيسي بشكل مستمر، في حين يتم تصنيع الشريط المتأخر في فترات قصيرة يبلغ طولها من 100 إلى 200 زوج أساسي، تسمى أجزاء أوكازاكي. بمجرد اكتمال الجزء الأكبر من التكاثر، تقوم إنزيمات RNase بإزالة بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ويملأ بوليميراز الحمض النووي الفجوات، ويقوم ليجاز الحمض النووي بسد الفجوات في الشريط الجديد.

تقسيم عمل التضاعف بين البوليمرات

ينقسم عبء عمل نسخ الحمض النووي في حقيقيات النوى بين عدة أنواع مختلفة من إنزيمات بوليميريز الحمض النووي. يتم تصنيف العائلات الرئيسية لبوليميرازات الحمض النووي في جميع الكائنات الحية حسب تشابه بنياتها البروتينية وتسلسلات الأحماض الأمينية. كانت العائلات الأولى التي تم اكتشافها تسمى A وB وC وX، وتم تحديد العائلتين Y وD لاحقًا. تشتمل بوليمرات العائلة B في حقيقيات النوى على Pol α، الذي يعمل أيضًا كبريماز في شوكة التضاعف، وPol δ وε، الإنزيمات التي تقوم بمعظم عمل تضاعف الحمض النووي على الخيوط الأمامية والمتأخرة للقالب، على التوالي. تكون بوليميرازات الحمض النووي الأخرى مسؤولة عن مهام مثل إصلاح تلف الحمض النووي، ونسخ الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيد، وملء الفجوات في تسلسل الحمض النووي على الشريط المتأخر بعد إزالة بادئات الحمض النووي الريبوزي (RNA).

التيلوميرات تحمي نهايات الكروموسومات من التدهور

نظرًا لأن الكروموسومات حقيقية النواة خطية، فهي عرضة للتدهور في الأطراف. ولحماية المعلومات الوراثية المهمة من التلف، تحتوي نهايات الكروموسومات على العديد من التضاعفات الغير المشفرة للحمض النووي الغني بـ G المحفوظ بدرجة عالية، والذي يسمى التيلوميرات. يتفاعل جزء قصير مفرد بطول 3 بوصات عند كل طرف من الكروموسوم مع البروتينات المتخصصة، التي تعمل على تثبيت الكروموسوم داخل النواة. بسبب الطريقة التي يتم بها تصنيع الشريط المتأخر، لا يمكن تضاعف كمية صغيرة من الحمض النووي التيلوميري مع كل انقسام خلية. ونتيجة لذلك، تصبح التيلوميرات أقصر تدريجيًا على مدار العديد من دورات الخلية، وبالتالي يمكن قياسها كعلامة على شيخوخة الخلايا. مجموعات معينة من الخلايا، مثل الخلايا الجرثومية والخلايا الجذعية، تعبر عن التيلوميراز، وهو إنزيم يطيل التيلوميرات، مما يسمح للخلية بالخضوع لدورات خلوية أكثر قبل تقصير التيلوميرات.