التكرار شبه المحافظ

التضاعف شبه المحافظ هو العملية التي يتم من خلالها تضاعف الحمض النووي في جميع الخلايا الحية. يتضمن تضاعف الحمض النووي فصل (فك) سلسلتي الحلزون المزدوج بواسطة إنزيم الهيليكاز ، حيث تعمل كل سلسلة كقالب لسلسلة مكملة جديدة، يتم تصنيعها في اتجاهين متعاكسين (مضادين للتوازي). تُسمى هذه العملية شبه محافظة لأن جزيء الحمض النووي المتضاعف يحتوي على سلسلة أصلية وسلسلة مُصنّعة حديثًا ^{[ 1 ] [ 2 ]} . في حال عدم حدوث أي أخطاء في التضاعف، تكون النسخ عادةً مطابقة لجزيئات الحمض النووي الأصلية. تم فك شفرة بنية الحمض النووي بواسطة جيمس د. واتسون وفرانسيس كريك في عام 1953، مما يشير إلى أن كل سلسلة من الحلزون المزدوج تعمل كقالب لتصنيع سلسلة جديدة. ومع ذلك، لم يكن معروفًا كيف يتم دمج السلاسل المُصنّعة حديثًا والسلاسل الأصلية لتكوين جزيئات الحمض النووي الحلزونية المزدوجة. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

أُجريت تجارب متعددة لتحديد كيفية تضاعف الحمض النووي. اقترح نيكولاي كولتسوف النموذج شبه المحافظ أولاً ، ثم أكدته تجربة ميسلسون-ستال . ^{[ 4 ] [ 5 ]} ولأن النيتروجين عنصر أساسي في بنية الحمض النووي ، فقد تضمنت التجربة وسم الحمض النووي لبكتيريا الإشريكية القولونية بنظيرين من النيتروجين : النيتروجين-15 ( ^15).النيتروجين الثقيل (N ) والنيتروجين-14 ( ¹⁴⁾N ، ضوء). تم تنمية بكتيريا الإشريكية القولونية في ¹⁵تم نقل وسط N إلى ¹⁴متوسط ​​N ، تقديم الثقيل ( ¹⁵N ) الحمض النووي للضوء ( ¹⁴نظير (N ). بعد الجولة الأولى من التضاعف، احتوى الحمض النووي على نظير ثقيل ونظير خفيف ( ^15).N - ¹⁴السلسلة الهجينة N. بعد الجولة الثانية من التضاعف، كل من السلسلة الهجينة والسلسلة الخفيفة بالكامل ( ¹⁴تم رصد الحمض النووي (DNA) N. يشير هذا إلى أن الحمض النووي يتضاعف بشكل شبه محافظ، مما يسمح لكل خيط مُصنّع حديثًا (الخيط الابن) بالبقاء مرتبطًا بالخيط الأصلي (الخيط القالب). ^{[ 6 ]}

كان التضاعف شبه المحافظ أحد النماذج الثلاثة التي تم اقتراحها في الأصل ^{[ 3 ] [ 4 ]} لتضاعف الحمض النووي ، والنموذجان الآخران هما التضاعف المحافظ ^{[ 7 ]} والتضاعف التشتتي. ^{[ 8 ]}

• في النموذج المحافظ للتضاعف، يعمل الحلزون المزدوج الأصلي كقالب مع بقائه سليماً لإنتاج نسخة تتكون من خيطين جديدين ^{[ 3 ] [ 7 ]}
• في النموذج شبه المحافظ للتضاعف، تنفصل الخيوط الأبوية ليرتبط كل منها بخيط ابنة. ^{[ 3 ]}
• في نموذج التضاعف التشتتي، تحتوي النسختان الناتجتان من الحمض النووي على مزيج من الحمض النووي الأصلي والحمض النووي المُصنّع حديثًا. ^{[ 3 ] [ 8 ]}

أثبتت الأدلة التجريبية لتجربة ميسلسون-ستال أن التضاعف شبه المحافظ هو آلية تضاعف الحمض النووي المقبولة. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

لكي يحدث التضاعف شبه المحافظ، يجب فصل اللولب المزدوج للحمض النووي حتى يتمكن الشريط القالب الجديد من الارتباط بأزواج القواعد المكملة . تتضمن هذه العملية فك اللولب بواسطة إنزيم الهيليكاز، توبويزوميراز، مما يخفف من إجهاد فك اللولب، ويمنعه من الالتفاف بإحكام شديد. ^{[ 9 ]}

تم قياس معدل تضاعف الحمض النووي شبه المحافظ في خلية حية لأول مرة في بكتيريا الإشريكية القولونية المصابة بفيروس T4 . ^{[ 10 ] [ 11 ]} أشارت النتائج إلى أن سلاسل الحمض النووي تطول بإضافة النيوكليوتيدات بسرعة، بينما دلّت معدلات الطفرات المنخفضة على دقة عالية لعملية التضاعف. وبالتالي، تظل العملية دقيقة بفضل آليات الإصلاح والتدقيق . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

يضمن التضاعف شبه المحافظ نقل المعلومات الوراثية بدقة بين الأجيال. ولأن أحد الشريطين الأصليين يُحتفظ به، فإنه يعمل كقالب لتصحيح الأخطاء عبر آليات خلوية تُصلح أزواج القواعد غير المتطابقة ^{[ 12 ].} في بعض الكائنات الحية، يمكن التمييز بين الشريطين الأبوي والبنوي عن طريق مثيلة الشريط الأبوي ^{[ 13 ]،} مما يسمح لآليات الإصلاح بتصحيح أي أخطاء في الشريط المُصنّع حديثًا. أحيانًا، وعلى الرغم من الدقة العالية، قد تُساهم الأخطاء المُستمرة في التباين الوراثي ^{[ 12 ]} .

• التركيب الجزيئي للأحماض النووية: تركيب حمض الديوكسي ريبوز النووي
• تضاعف الحمض النووي