Skip to main content
Global

7.2: שכפול DNA חצי שמרני

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208714

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

    שכפול DNA דומה לשעתוק ברעיון הכללי ביותר שלו: אנזים פולימראז קורא קווצת DNA נוקלאוטיד אחד בכל פעם, הוא לוקח נוקלאוטיד אקראי מהנוקלאופלזמה, ואם הוא משלים לנוקלאוטיד ב-DNA, הפולימראז מוסיף אותו לגדיל החדש שהוא יוצר. כמובן, ישנם הבדלים משמעותיים גם בין שכפול לתעתיק, לא פחות מכך הוא ששני גדילי ה-DNA נקראים בו זמנית על מנת ליצור שני גדילים משלימים חדשים שבסופו של דבר יביאו להעתק שלם וכמעט מושלם של גנום אורגניזם שלם.

    צילום מסך 2018-12-23 בשעה 8.19.48 PM.png
    איור\(\PageIndex{7}\). שכפול DNA. לפני גילוי האנזימים המעורבים בשכפול, הוצעו שלושה מנגנונים כלליים. בשכפול שמרני, גדילי ה-DNA המקוריים נשארים קשורים זה לזה, בעוד שה-DNA החדש שנוצר יוצר סליל כפול משלו. שכפול חצי שמרני מניח יצירת סלילים כפולים היברידיים ישנים-חדשים. שכפול פיזור הציע מולקולות המורכבות משברים אקראיים של DNA כפול-ישן וכפול-חדש.

    אחד המושגים החשובים ביותר של שכפול DNA הוא שמדובר בתהליך שמרני למחצה (איור\(\PageIndex{7}\)). המשמעות היא שכל סליל כפול בדור החדש של אורגניזם מורכב מחוט "ישן" שלם אחד וגדיל "חדש" שלם עטוף זה סביב זה. זאת בניגוד לשני המודלים האפשריים האחרים של שכפול DNA, המודל השמרני והמודל המפוזר. מנגנון שכפול שמרני מציע שה-DNA הישן משמש כתבנית בלבד ואינו משולב בסליל הכפול החדש. לפיכך לתא החדש יש סליל כפול חדש לחלוטין וסליל כפול ישן לחלוטין. מודל השכפול המפזר מציב תוצר סופי שבו כל סליל כפול של DNA הוא תערובת של שברי DNA ישן וחדש. לאור הידע הנוכחי, קשה לדמיין מנגנון פיזור, אך באותה תקופה לא היו מודלים מכניסטיים כלל. הניסויים של Meselson-Stahl (1958) הוכיחו בבירור שהמנגנון חייב להיות שמרני למחצה, וזה אושר לאחר שהתגלו האנזימים המרכזיים והובהרו המנגנונים שלהם.

    בניסויים של Meselson-Stahl, אי - קולי הודגרו לראשונה עם 15 N, איזוטופ כבד של חנקן. למרות שזה רק הבדל במסה של נויטרון אחד לאטום, יש הבדל מספיק גדול במסה בין DNA כבד המכיל חנקן (בבסיסי הפורין והפירמידין) לבין DNA המכיל חנקן קל/רגיל כדי שניתן יהיה להפריד אותם זה מזה על ידי אולטרה צנטריפוגה דרך שיפוע ריכוז CsCl (איור). \(\PageIndex{7}\)

    במשך 14 דורות, זה הוביל לאוכלוסייה של אי - קולי שהיה חנקן כבד משולב בכל ה- DNA (מוצג בכחול). לאחר מכן, החיידקים גדלים לחלוקה אחת או שתיים בחנקן "קל", 14 נ כאשר ה-DNA מאוכלוסיות החיידקים נבדק על ידי צנטריפוגה, נמצא שבמקום DNA קל ו-DNA כבד, כפי שניתן היה לצפות אם שכפול ה-DNA היה שמרני, הייתה רצועה אחת במיקום ביניים על השיפוע. זה תומך במודל שמרני למחצה שבו כל גדיל של DNA מקורי לא רק פועל כתבנית לייצור DNA חדש, הוא עצמו משולב בסליל הכפול החדש.