14.3: أساسيات تكرار الحمض النووي

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196544

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

المهارات اللازمة للتطوير

اشرح كيف تكشف بنية الحمض النووي عن عملية النسخ المتماثل
وصف تجارب ميسيلسون وستال

قدم توضيح بنية اللولب المزدوج تلميحًا عن كيفية تقسيم الحمض النووي وعمل نسخ منه. يشير هذا النموذج إلى فصل شريطي اللولب المزدوج أثناء النسخ المتماثل، ويعمل كل خيط كقالب يتم نسخ الشريط التكميلي الجديد منه. ما لم يكن واضحًا هو كيفية حدوث النسخ المتماثل. كانت هناك ثلاثة نماذج مقترحة (الشكل\(\PageIndex{1}\)): المحافظ وشبه المحافظ والمشتت.

يُظهر الرسم التوضيحي النماذج المحافظة وشبه المحافظة والمشتتة لتخليق الحمض النووي. في النموذج المحافظ، عندما يتم نسخ الحمض النووي ويتم دمج كل من السلاسل المركبة حديثًا معًا. في النموذج شبه المحافظ، يتزاوج كل خيط تم تصنيعه حديثًا مع خيط أصلي. في النموذج المشتت، يتخلل الحمض النووي المركب حديثًا الحمض النووي الأصلي داخل كل من خيوط الحمض النووي. — الشكل\(\PageIndex{1}\): النماذج الثلاثة المقترحة لتكرار الحمض النووي. يشير اللون الرمادي إلى خيوط الحمض النووي الأصلية، ويشير اللون الأزرق إلى الحمض النووي المركب حديثًا

في النسخ المتماثل المتحفظ، يظل الحمض النووي للوالدين معًا، وتكون خيوط الابنة المشكلة حديثًا معًا. تشير الطريقة شبه المحافظة إلى أن كل من خيوط الحمض النووي للوالدين تعمل كنموذج لتصنيع الحمض النووي الجديد؛ بعد النسخ المتماثل، يتضمن كل حمض نووي مزدوج السلاسل خيطًا أبويًا أو «قديمًا» وخيطًا «جديدًا» واحدًا. في النموذج المشتت، تحتوي كلتا النسختين من الحمض النووي على أجزاء مزدوجة من الحمض النووي للوالدين والحمض النووي المركب حديثًا.

كان ميسيلسون وستال مهتمين بفهم كيفية تكرار الحمض النووي. لقد قاموا بزراعة E. coli لعدة أجيال في وسط يحتوي على نظير «ثقيل» للنيتروجين (¹⁵ نيوتن) يتم دمجه في القواعد النيتروجينية، وفي النهاية في الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

يُظهر الرسم التوضيحي تجربة نمت فيها E. coli مبدئيًا في وسائط تحتوي على ^ {15} N نيوكليوتيدات. عندما تم استخراج الحمض النووي وتشغيله في جهاز طرد مركزي للغاية، ظهرت مجموعة من الحمض النووي منخفضة في الأنبوب. تم وضع الثقافة بعد ذلك في وسط ^ {14} N. بعد جيل واحد، ظهر كل الحمض النووي في منتصف الأنبوب، مما يشير إلى أن الحمض النووي عبارة عن خليط من نصف ^ {14} N ونصف ^ {15} N DNA. بعد جيلين، ظهر نصف الحمض النووي في منتصف الأنبوب، وظهر النصف في الأعلى، مما يشير إلى أن نصف الحمض النووي يحتوي على 50٪ ^ {15} N، والنصف الآخر يحتوي على ^ {14} N فقط. في الأجيال اللاحقة، ظهر المزيد والمزيد من الحمض النووي في النطاق العلوي، ^ {14} N. — الشكل\(\PageIndex{2}\): قام ميسيلسون وستال بتجربة E. coli المزروعة أولاً في النيتروجين الثقيل (¹⁵ N) ثم في ¹⁴ N. الحمض النووي المزروع في ¹⁵ N (الشريط الأحمر) أثقل من الحمض النووي الذي ينمو في ¹⁴ N (الشريط البرتقالي)، والرواسب إلى مستوى أقل في محلول كلوريد السيزيوم في جهاز الطرد المركزي. عندما يتحول الحمض النووي الذي ينمو في ¹⁵ نيوتن إلى وسائط تحتوي على ¹⁴ نيوتن، وبعد جولة واحدة من الانقسام الخلوي، تكون رواسب الحمض النووي في منتصف المسافة بين مستويي ¹⁵ نيوتن ^و14 نيوتن، مما يشير إلى أنه يحتوي الآن على خمسين بالمائة من ¹⁴ نيوتن. وفي التقسيمات الخلوية اللاحقة، تحتوي كمية متزايدة من الحمض النووي على ¹⁴ نيوتن فقط. تدعم هذه البيانات نموذج النسخ المتماثل شبه المحافظ. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فيلاريال)

ثم تم تحويل ثقافة E. coli إلى وسط يحتوي على ¹⁴ نيوتن وسمح لها بالنمو لجيل واحد. تم حصاد الخلايا وعزل الحمض النووي. تم طرد الحمض النووي بسرعات عالية في جهاز الطرد المركزي. تم السماح لبعض الخلايا بالنمو لدورة حياة أخرى في ^{14 نيوتن ثم} نسجها مرة أخرى. أثناء الطرد المركزي بتدرج الكثافة، يتم تحميل الحمض النووي في تدرج (عادةً ملح مثل كلوريد السيزيوم أو السكروز) ويتم نسجه بسرعات عالية تتراوح من 50,000 إلى 60,000 دورة في الدقيقة. في ظل هذه الظروف، سيشكل الحمض النووي نطاقًا وفقًا لكثافته في التدرج. سيتحد الحمض النووي الذي ينمو في ¹⁵ نيوتن في موضع كثافة أعلى من ذلك الذي نما في ¹⁴ نيوتن، وأشار ميسيلسون وستال إلى أنه بعد جيل واحد من النمو في ¹⁴ نيوتن بعد تحولهم من ¹⁵ نيوتن، كان النطاق الواحد الذي تمت ملاحظته متوسطًا في الموضع بين الحمض النووي لـ الخلايا التي نمت حصريًا في ¹⁵ N و ¹⁴ N. اقترح هذا إما طريقة النسخ شبه المحافظة أو التشتت. شكل الحمض النووي الذي تم حصاده من الخلايا التي نمت لجيلين في ¹⁴ نيوتن نطاقين: كان أحد نطاقات الحمض النووي في الموضع المتوسط بين ¹⁵ N و ¹⁴ N، والآخر يتوافق مع نطاق ¹⁴ N DNA. لا يمكن تفسير هذه النتائج إلا إذا تم تكرار الحمض النووي بطريقة شبه محافظة. لذلك، تم استبعاد الوضعين الآخرين.

أثناء تكرار الحمض النووي، يعمل كل من السلاسل التي تشكل اللولب المزدوج كقالب يتم نسخ خيوط جديدة منه. سيكون الشريط الجديد مكملاً للحبل الأبوي أو «القديم». عندما يتم تكوين نسختين من الحمض النووي لابنتين، يكون لهما نفس التسلسل ويتم تقسيمهما بالتساوي إلى الخليتين البنتين.

رابط إلى التعلم

انقر فوق هذا البرنامج التعليمي حول تكرار الحمض النووي.

ملخص

يشير نموذج تكرار الحمض النووي إلى فصل شريطي اللولب المزدوج أثناء النسخ المتماثل، ويعمل كل خيط كقالب يتم نسخ الشريط التكميلي الجديد منه. في النسخ المتماثل المحافظ، يتم حفظ الحمض النووي للوالدين، ويتم تصنيع الحمض النووي للابنة حديثًا. تشير الطريقة شبه المحافظة إلى أن كل من خيوط الحمض النووي للوالدين تعمل كنموذج لتصنيع الحمض النووي الجديد؛ بعد النسخ المتماثل، يشتمل كل حمض نووي مزدوج السلاسل على خيط أبوي أو «قديم» وخيط «جديد». اقترح وضع التشتت أن نسختين من الحمض النووي ستحتوي على أجزاء من الحمض النووي للوالدين والحمض النووي المركب حديثًا.

المساهمون والصفات

Template:ContribOpenSTAXBio