7.10: מורכבות שכפול נוספת

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208363

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

ישנם הבדלים חשובים בין שכפול DNA בפרוקריוטים ואיקריוטים. ^{מולקולות ה-DNA המצויות בגרעינים אוקריוטיים הן מולקולות ליניאריות, עם קצוות חופשיים, המכונים טלומרים זה מוביל לבעיות בשכפול הקצוות של מולקולות ה-DNA, בעיה שנפתרת על ידי קומפלקס האנזים טלומראז (נדון בקצרה להלן) 210.} לעומת זאת מולקולות ה- DNA המצויות בחיידקים ובארכיאה הן מעגליות; אין קצוות חופשיים ²¹¹. זה יוצר מורכבות טופולוגית. לאחר השכפול, שני מעגלי ה- DNA הדו-גדיליים מקושרים זה לזה. מולקולות DNA ליניאריות ארוכות יכולות גם להיות קשורות זו לזו בתוך התא. בנוסף, שכפול ה- DNA משחרר את ה- DNA, והתנתקות זו מובילה למה שמכונה סלילת העל של מולקולת ה- DNA. ^{אם לא נפתרו, סליל-על וקשר יעכבו את סינתזת ה-DNA ואת ההפרדה של גדילים משוכפלים (אולי תוכלו להסביר מדוע) 212.} בעיות טופולוגיות אלה נפתרות על ידי אנזימים המכונים טופואיזומראזים. ישנם שני סוגים של טופואיזומראזות. טופואיזומראזות מסוג I נקשרות ל-DNA, מזרזות שבירת קשר בודד בעמוד שדרה אחד של סוכר-פוספט-סוכר, ומאפשרות שחרור של התפתלות יתר באמצעות סיבוב סביב הקשרים בשרשרת השלמה. כאשר המתח משתחרר, והמולקולה חזרה לצורתה ה"נינוחה ", האנזים מזרז את הרפורמציה של הקשר השבור. גם שבירת הקשר וגם הרפורמציה מחוברים להידרוליזה של ATP. טופואיזומראזים מסוג II מעורבים במולקולות DNA "לא קשורות". אנזימים אלה נקשרים ל-DNA, מזרזים את ההידרוליזה של שתי שרשראות עמוד השדרה, אך נאחזים בקצוות החופשיים כעת. זה מאפשר לחוט אחר "לעבור" את הגדיל השבור. האנזים גם מזרז את התגובה ההפוכה, תוך רפורמה בקשרים שנשברו במקור.

תאים אוקריוטיים יכולים להכיל יותר מפי 1000 מה- DNA שנמצא בתא חיידקי טיפוסי. במקום מעגלים, הם מכילים מולקולות לינאריות מרובות המהוות את הבסיס המבני של הכרומוזומים שלהם. הליניאריות שלהם יוצרת בעיות בכל הנוגע לשכפול קצוות כרומוזומים. ^{זה נפתר על ידי מערכת קטליטית המורכבת מחלבונים ו- RNA המכונה טלומראז 213.} קומפלקס האנזים לשכפול ה-DNA האוקריוטי איטי יותר (בערך ^1/20 מהר יותר) ממערכות פרוקריוטיות. בעוד שתא חיידקי יכול לשכפל את כרומוזום זוג הבסיסים המעגלי שלו ~ 3 x 10 ⁶ תוך ~ 1500 שניות באמצעות מקור שכפול יחיד, השכפול של מיליארדי זוגות הבסיס של DNA אוקריוטי כרוך בשימוש במקורות שכפול מרובים (רבים), המפוזרים לאורכו של כל כרומוזום.

אז מה קורה כאשר מזלגות שכפול מתנגשים זה בזה? במקרה של מולקולת DNA מעגלית, עם מקור השכפול היחיד שלה, מזלגות השכפול נפתרים באזור ספציפי המכונה המסוף. בשלב זה טופואיזומראז מסוג II מאפשר לשתי מולקולות ה- DNA המעגליות להתנתק זו מזו ולעבור לקצוות מנוגדים של התא. מנגנון חלוקת התא נוצר בין שתי מולקולות ה- DNA. המערכת באיקריוטים, עם הכרומוזומים הליניאריים המרובים שלהם, מורכבת הרבה יותר וכרוכה במכונות מולקולריות מורכבות יותרנחזור אליהם, אם כי רק באופן שטחי, מאוחר יותר.

שאלות שיש לענות עליהן ולהרהר בהן:

במהלך סינתזת DNA/RNA מהו היחס הממוצע בין אינטראקציות פרודוקטיביות ללא פרודוקטיביות בין נוקלאוטידים לפולימראז?
מאיפה הייתה מגיעה השונות הגנטית אם ה- DNA היה יציב לחלוטין ושכפול ה- DNA היה נטול שגיאות?
צייר תרשים כדי להסביר כיצד פולימראז ה- DNA עשוי לזהות זוג בסיסים לא תואם.
מדוע אתה צריך לנתק (להמיס) את הסליל הכפול של ה- DNA כדי להעתיק אותו?
כיצד ישתנה שכפול ה- DNA אם קשרי H היו חזקים כמו קשרים קוולנטיים?
כיצד מתחם ה- DNA פולימראז יודע היכן להתחיל לשכפל DNA?
צור קריקטורה של כרומוזום פרוקריוטי, ציין היכן השכפול מתחיל ועוצר. עכשיו הכינו קריקטורה של כרומוזומים אוקריוטיים.
רשום את כל הרכיבים הלא מציאותיים בסרטון שכפול ה-DNA: http://bcove.me/x3ukmq4x
מדוע יש צורך רק בפריימר RNA יחיד כדי לסנתז את הגדילים המובילים, אך יש צורך במספר פריימרים כדי לסנתז את הגדילים המפגרים?
במהלך השכפול של מולקולת DNA מעגלית אחת, כמה גדילים מובילים ומפגרים יש? מה המצב במולקולת DNA ליניארית?
נניח שיש מוטציה שמשנה את תפקוד קריאת ההוכחה של קומפלקס ה-DNA פולימראז - מה יקרה לתא ולאורגניזם?
הסבר כיצד היעדר המהדק ישפיע על שכפול ה-DNA?

הפניות

עוד על טלומראז: בלוגים.scientificamerican.com/... כמעט מדי/
המיטוכונדריה והכלורופלסטים של תאים אוקריוטיים מכילים גם מולקולות DNA מעגליות, הומולוגיה נוספת עם הוריהם החיידקיים הקדמונים. ,
ראה סרטון זה על סליל-על DNA וטופואיזומראזות: http://youtu.be/EYGrElVyHnU
http://en.Wikipedia.org/wiki/Telomerase

תורמים וייחוסים

Template:ContribKlymkowsky