شرح تضاعف الـ DNA

كيفية تضاعف الحمض النووي DNA

عملية تضاعف جزيء DNA (بالإنجليزية: DNA replication) هي العملية التي يتم بواسطتها صناعة نسخ أخرى من الحمض النووي DNA أثناء انقسام الخلية؛ لينتُج بعد ذلك خلايا جديدة تمتلك كامل الحمض النووي، أي بمجموعة كاملة من الكروموسومات، وتتم عملية تضاعف جزيء الـ DNA من خلال عدة خطوات وهي كالآتي:^[١][٢][٣]

• فك ارتباط شريطي جزيء الـ DNA عن بعضهما البعض، وذلك عن طريق تكسير الروابط الهيدروجينية الموجودة بين القواعد النيتروجينية بواسطة إنزيم معين يُسمى إنزيم الهيليكاز (Helicase).
• بناء سلاسل DNA جديدة مُكَمِلة (حيث يبدأ بناء السلاسل المكملة من سلسلة بدئية تسمى المُمَهد Primer) لسلاسل الـ DNA القديمة بواسطة إنزيم يُسمى بوليميراز الحمض النووي (DNA polymerases).
• يتم ربط سلسلتي الـ DNA مع بعضهما البعض عن طريق ربط القواعد النيتروجينية مع بعضها (الأدينين مع الثايمين، والجوانين مع السايتوسين).
• يَنتُج من عملية تضاعف الحمض النووي؛ جزيء DNA جديد تكون إحدى سلاسله من الجزيء القديم والسلسلة الأخرى جديدة.

خطوات تضاعف جزيء الـ DNA بالتفصيل

فيما يأتي توضيح مفصل لخطوات تضاعف جزيء الحمض النووي DNA:

فك ارتباط شريطي DNA

تبدأ عملية تضاعف جزيء الـ DNA من خلال فك ارتباط الشريط المزدوج للـ DNA، وذلك باستخدام إنزيم يُعرف باسم إنزيم الهيليكاز (Helicase)، إذ يعمل هذا الإنزيم على كسر الروابط الهيدروجينية الموجودة ما بين القواعد النيتروجينية في سلسلتي الحمض النووي، ويبدأ عمل إنزيم الهيليكاز من منطقة محددة تُعرف باسم شوكة التضاعف (Replication Fork) أو شوكة النسخ المتماثل، والتي تكون على شكل يشبه الحرف الإنجليزي واي (Y)، حيث إن هذه المنطقة ستكون النموذج الأصلي لبدء عملية النسخ فيما بعد.^[٤]

بناء سلسلة بدائية

يمتلك جزيء DNA نهايتين على كل جانب، تُعرف النهاية الأولى بطرف 5' وهي ترتبط بمجموعة فوسفات، والنهاية الأخرى هي طرف 3' والتي ترتبط بمجموعة هيدروكسيل (OH)، حيث يبدأ بناء السلسلة البدائية من الطرف 3' وهي عبارة عن سلسلة قصيرة من الحمض النووي الريبي RNA تُعرف باسم المُمَهد (Primer) والتي يتم بناؤها باستخدام إنزيم يُسمى بريميز الحمض النووي (DNA Primase).^[٤]

إطالة سلسلة الحمض النووي

يتم إكمال سلسلة الحمض النووي بواسطة الإنزيم الذي يُعرف باسم بوليمراز الحمض النووي (DNA Polymerase) بواسطة عملية تُعرف بالإطالة (Elongation) حيث يبدأ عمل هذا الإنزيم من قطعة المُمَهد، ويُكمل الإطالة من خلال إضافة قواعد نيتروجينية مُكَمِلة للسلسلة الأصلية، ويكون اتجاه هذه العملية من 5' إلى 3'، كما تكون الإطالة على نوعين اعتمادًا على طول السلاسل المضافة حيث يُمكن إضافة السلسلة المُكَمِلة بعملية متواصلة لتشكيل سلسلة كاملة تُعرف باسم (Leading Strand)، أو إضافة السلسلة المُكَمِلة على شكل سلاسل منفصلة بإضافة قطع تُعرف بقطع أوكازاكي (Okazaki fragments) لتكوين السلسلة المُكَمِلة بشكل غير متواصل، ومن ثم يتم ربط مجموعة هذه القطع لتشكل السلسلة الكاملة والتي تُعرف باسم (Lagging Strand).^[٤]

انتهاء عملية التضاعف

تنتهي عملية التضاعف بتكوين جزيء DNA جديد يتكون من سلسلتين إحداها من الجزيء القديم والأخرى سلسلة جديدة تم بناؤها في عملية المضاعفة، وتنتهي عملية التضاعف من خلال عدة خطوات، وهي كالآتي:^[٤]

• إزالة قطعة سلسلة المُمَهد بواسطة إنزيم نوكلياز خارجي (Exonuclease).
• ربط قطع أوكازاكي مع بعضها البعض بواسطة إنزيم ليغاز (DNA ligase).
• إضافة قطعة في نهاية كل سلسلة تُسمى تيلومير (وظيفتها حماية الكروموسومات من الاندماج مع بعضها البعض) بواسطة إنزيم يُسمى تيلوميراز (Telomerase).