שכפול באיקריוטים

בתאים אאוקריוטים, שכפול ה-DNA נשמר מאוד ומווסת היטב. יש לשכפל כרומוזומים ליניאריים מרובים בדיוק גבוה לפני חלוקת התא, ולכן ישנם חלבונים רבים הממלאים תפקידים מיוחדים בתהליך השכפול. שכפול מתרחש בשלושה שלבים: התחלה, התארכות וסיום, ומסתיים בשתי קבוצות שלמות של כרומוזומים בגרעין.

חלבונים רבים מתזמרים שכפול במקור

שכפול אאוקריוטי עוקב אחר רבים מאותם עקרונות כמו שכפול DNA פרוקריוטי, אך מכיוון שהגנום גדול בהרבה והכרומוזומים ליניאריים ולא מעגליים, התהליך דורש יותר חלבונים ויש לו כמה הבדלים עיקריים. ראשית, בניגוד לפרוקריוטים, שכפול באאוקריוטים מתרחש בו זמנית במספר מקורות שכפול לאורך כל כרומוזום. חלבוני יוזם מזהים ונקשרים למקורות אלו ומגייסים חלבוני הליקאז כדי לשחרר את הסליל הכפול של ה-DNA. בכל נקודת מוצא נוצרים שני מזלגות שכפול. לאחר מכן פרימאז מוסיף פריימרים קצרים של RNA לגדילים הבודדים של ה-DNA, המשמשים כנקודת מוצא ל-DNA פולימראז להיקשר ולהתחיל להעתיק את הרצף. ניתן לסנתז DNA רק בכיוון 5' עד 3', כך שכפול של שני הגדילים ממזלג שכפול בודד ממשיך בשני כיוונים שונים. הגדיל המוביל מסונתז ברציפות, בעוד שהגדיל המפגר מסונתז בקטעים קצרים של 100-200 זוגות בסיסים באורך, הנקראים שברי אוקאזקי. לאחר השלמת עיקר השכפול, אנזימי RNase מסירים את פריימרי ה-RNA, DNA פולימראז ממלא את הפערים, ו-DNA ליגאז אוטם את הפערים בגדיל החדש.

חלוקת עבודת השכפול בין פולימראזות

עומס העבודה של העתקת DNA באאוקריוטים מתחלק בין מספר סוגים שונים של אנזימי DNA פולימראז. משפחות עיקריות של פולימראזות DNA על פני כל האורגניזמים מסווגות לפי הדמיון של מבני החלבון ורצפי חומצות האמינו שלהם. המשפחות הראשונות שהתגלו כונו A, B, C ו-X, כאשר המשפחות Y ו-D זוהו מאוחר יותר. פולימראזות משפחתיות B באוקריוטות כוללות את Pol α, שמתפקד גם כפרימאז במזלג השכפול, ו-Pol δ ו-ε, האנזימים שעושים את רוב העבודה של שכפול ה-DNA על הגדילים המובילים והמאחרים של התבנית, בהתאמה. פולימראזות DNA אחרות אחראיות למשימות כגון תיקון נזקי DNA, העתקת DNA מיטוכונדריאלי ופלסטידי, ומילוי פערים ברצף ה-DNA על הגדיל המאחר לאחר הסרת פריימרים של ה-RNA.

טלומרים מגנים על קצוות הכרומוזומים מפני דגרדציה

מכיוון שהכרומוזומים האוקריוטיים הם ליניאריים, הם רגישים לפירוק בקצוות. כדי להגן על מידע גנטי חשוב מנזק, קצוות הכרומוזומים מכילים חזרות רבות שאינן מקודדות של DNA שמור מאוד העשיר ב-G, הטלומרים. תליה קצרה חד-גדילית 3' בכל קצה של הכרומוזום מקיימת אינטראקציה עם חלבונים מיוחדים, המייצבים את הכרומוזום בתוך הגרעין. בגלל האופן שבו מסונתז הגדיל המאחר, לא ניתן לשכפל כמות קטנה מה-DNA הטלומרי עם כל חלוקת תא. כתוצאה מכך, הטלומרים מתקצרים בהדרגה במהלך מחזורי תאים רבים, וכך ניתן למדוד אותם כסמן להזדקנות התא. אוכלוסיות מסוימות של תאים, כמו תאי נבט ותאי גזע, מבטאות טלומראז, אנזים שמאריך את הטלומרים, ומאפשר לתא לעבור יותר מחזורי תאים לפני שהטלומרים מתקצרים.