النسخ- عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب، وتحدث في جميع الخلايا الحية. وبعبارة أخرى، هو نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.
أثناء نسخ الجينات، يحدث التخليق الحيوي لجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) المكملة لأحد خيوط الحمض النووي القالبية، مصحوبًا ببلمرة أربعة ثلاثي فوسفات ريبونوكليوسيد (ATP، GTP، CTP وUTP) مع تكوين روابط فوسفوديستر 3"-5" وإطلاقها من البيروفوسفات غير العضوي.
يتم تحفيز النسخ بواسطة انزيم بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. تستمر عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه من النهاية 5 إلى النهاية 3 بوصة، أي على طول شريط قالب الحمض النووي، يتحرك بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه 3 "-> 5"
يمكن أن تتكون بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) من وحدة فرعية واحدة أو أكثر. في الميتوكوندريا وبعض العاثيات، على سبيل المثال SP6، T7، مع عدد صغير من الجينات في الجينومات البسيطة، حيث لا يوجد تنظيم معقد، يتكون بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) من وحدة فرعية واحدة. بالنسبة للبكتيريا وحقيقيات النوى، التي تحتوي على عدد كبير من الجينات والأنظمة التنظيمية المعقدة، تتكون بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) من عدة وحدات فرعية. لقد ثبت أن بوليميرات الحمض النووي الريبي العاثي التي تتكون من وحدة فرعية واحدة يمكن أن تتفاعل مع البروتينات البكتيرية، مما يغير خصائصها [باتروشيف، 2000].
في بدائيات النوى، يتم تصنيع جميع أنواع الحمض النووي الريبوزي (RNA) بواسطة نفس الإنزيم.
تحتوي حقيقيات النوى على 3 بوليميرات RNA نووية، وبوليميرات RNA للميتوكوندريا، وبوليميرات RNA للبلاستيدات الخضراء.
تعمل ثلاثي فوسفات الريبونوكليوسيد (النيوكليوتيدات المنشطة) كركائز لبوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA). يتم تنفيذ عملية النسخ بأكملها بسبب طاقة الروابط عالية الطاقة للنيوكليوتيدات المنشطة.

النيوكليوتيد الأول في الحمض النووي الريبي (RNA) هو دائمًا البيورين على شكل ثلاثي الفوسفات.
عوامل النسخ- البروتينات التي تتفاعل مع بعضها البعض، المناطق التنظيمية للحمض النووي الريبي (DNA) وبوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) لتشكيل مجمع النسخ وتنظيم النسخ. بفضل عوامل النسخ والتسلسلات التنظيمية للجينات، يصبح تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) أمرًا ممكنًا.
مبادئ النسخ
التكامل - يعد mRNA مكملاً لشريط قالب الحمض النووي ويشبه شريط تشفير الحمض النووي
معاداة التوازي
الأحادية القطبية
بدون برايمر - لا يحتاج بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) إلى مادة تمهيدية
عدم التماثل
مراحل النسخ

1. الاعتراف المروج و ربط- يرتبط بوليميراز RNA بصندوق TATA الخاص بالمحفز 3 بمساعدة عوامل النسخ الأساسية، وعوامل إضافية تمنع الارتباط أو تحفزه
2. المبادرة- تكوين رابطة فوسفوديستر الأولى بين Pu والنيوكليوتيدات الأولى. تتم إضافة نيوكليوتيد مكمل لنيوكليوتيد الحمض النووي الثاني إلى ثلاثي فوسفات البيورين مع انقسام البيروفوسفات من نيوكليوسيد ثلاثي الفوسفات لتكوين رابطة ديستر
3. استطالة(3'→5') - mRNA متماثل للحمض النووي غير القالبي (الترميز، المعنى)، المُصنَّع على قالب DNA؛ يتم تحديد أي من شريطي الحمض النووي الذي سيكون القالب من خلال اتجاه المروج
4. نهاية

مصانع النسخ

هناك عدد من البيانات التجريبية التي تشير إلى أن النسخ يحدث في ما يسمى بمصانع النسخ: ضخمة، حسب بعض التقديرات، تصل إلى 10 مجمعات MDa تحتوي على حوالي 8 بوليميراز RNA II ومكونات للمعالجة والربط اللاحقين، بالإضافة إلى إثبات -قراءة النص المركب حديثا. في نواة الخلية، هناك تبادل مستمر بين تجمعات بوليميراز الحمض النووي الريبي القابل للذوبان والمنشط. ويشارك بوليميريز الحمض النووي الريبي النشط في مثل هذا المجمع، والذي بدوره عبارة عن وحدة هيكلية تنظم ضغط الكروماتين. أحدث البيانات. تشير إلى أن مصانع النسخ موجودة حتى في حالة عدم وجود النسخ، فهي ثابتة في الخلية (ليس من الواضح بعد ما إذا كانت تتفاعل مع مصفوفة الخلية أم لا) وتمثل حجرة فرعية نووية مستقلة. محاولات عزل مجمع البروتين الوظيفي في مصنع النسخ لم تؤد بعد إلى النجاح بسبب حجمها الضخم وانخفاض قابليتها للذوبان.

في علم الأحياء، تعتبر عمليات النسخ والترجمة ضمن إطار التخليق الحيوي للبروتين. على الرغم من عدم حدوث تخليق البروتين أثناء عملية النسخ. ولكن بدونها، تكون الترجمة (أي تخليق البروتين المباشر) مستحيلة. النسخ يسبق الترجمة.

يتوافق النسخ والترجمة الذي يحدث في الخلايا مع ما يسمى بعقيدة البيولوجيا الجزيئية (التي طرحها ف. كريك في منتصف القرن العشرين): يسير تدفق المعلومات في الخلايا في اتجاه الأحماض النووية (DNA و RNA) ) إلى البروتينات، ولكن ليس العكس أبدًا (أي من البروتينات إلى الأحماض النووية). وهذا يعني أن الحمض النووي يمكن أن يكون بمثابة مصفوفة معلومات لتخليق البروتين، ولكن البروتين لا يمكن أن يعمل على هذا النحو لتخليق الحمض النووي.

النسخ

النسخ هو تخليق جزيء RNA على جزيء DNA. أي أن الحمض النووي يعمل كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA).

يتم تحفيز النسخ بواسطة عدد من الإنزيمات، وأهمها بوليميراز RNA. يجب أن نتذكر أن الإنزيمات هي في الأساس بروتينات (وهذا ينطبق أيضًا على بوليميراز الحمض النووي الريبي).

يتحرك بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) على طول الشريط المزدوج من الحمض النووي، ويفصل بين الخيوط، وعلى أحدهما، وفقًا لمبدأ التكامل، يبني جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) من النيوكليوتيدات العائمة في النواة. وبالتالي، فإن الحمض النووي الريبي (RNA) مطابق بشكل أساسي لقسم من سلسلة DNA أخرى (لا يحدث فيها تخليق)، حيث أن سلاسل جزيء DNA مكملة لبعضها البعض أيضًا. فقط في RNA يتم استبدال الثايمين باليوراسيل.

يحدث تخليق الأحماض النووية في الاتجاه من نهاية الجزيئات "5" إلى نهايتها "3". في هذه الحالة، تكون السلاسل التكميلية دائمًا غير متوازية (موجهة في اتجاهات مختلفة). لذلك، يتم تصنيع الحمض النووي الريبوزي (RNA) نفسه في الاتجاه 5"→3"، ولكن على طول سلسلة الحمض النووي فإنه يتحرك في الاتجاه 3"→5".

يتكون قسم الحمض النووي الذي يحدث فيه النسخ (النسخ، الأوبون) من ثلاثة أجزاء: المروج، الجين (في حالة الرنا المرسال، بشكل عام، الجزء المنقول) والفاصل.

لبدء (بدء) النسخ، هناك حاجة إلى عوامل بروتينية مختلفة مرتبطة بالمحفز، وبعد ذلك يمكن ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) بالحمض النووي.

يحدث إنهاء (نهاية) النسخ بعد أن يواجه بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) أحد أكواد التوقف.

في الخلايا حقيقية النواة، يحدث النسخ في النواة. بعد التوليف، تخضع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) للنضج هنا (يتم قطع الأجزاء غير الضرورية منها، وتأخذ الجزيئات البنية الثانوية والثالثية المقابلة). بعد ذلك، تدخل أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA) إلى السيتوبلازم، حيث تشارك في العملية التالية بعد النسخ - الترجمة.

إذاعة

الترجمة هي تخليق سلسلة عديد الببتيد (البروتين) على جزيء الحمض النووي الريبي المرسال. وبطريقة أخرى، يمكن وصف الترجمة بأنها ترجمة المعلومات المشفرة باستخدام النيوكليوتيدات (ثلاثية الكودون) إلى معلومات ممثلة على شكل سلسلة من الأحماض الأمينية. تحدث هذه العملية بمشاركة الريبوسومات (التي تشمل الحمض النووي الريبي الريباسي) ونقل الحمض النووي الريبي (RNA). وبالتالي، فإن الأنواع الثلاثة الرئيسية من الحمض النووي الريبي (RNA) تشارك في تخليق البروتين المباشر.

أثناء الترجمة، ترتبط الريبوسومات ببداية سلسلة mRNA ثم تتحرك على طولها نحو نهايتها. في هذه الحالة، يحدث تخليق البروتين.

يوجد داخل الريبوسوم "بقعتان" يمكن أن يتسع لهما جزيئان من الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs). تحمل RNAs المنقولة التي تدخل الريبوسوم حمضًا أمينيًا واحدًا. داخل الريبوسوم، ترتبط سلسلة البولي ببتيد المركبة بحمض أميني وصل حديثًا مرتبط بـ tRNA. وبعد ذلك ينتقل هذا الحمض الريبي النووي النقال إلى "مكان" آخر، ويتم إزالة المكان "القديم"، الخالي بالفعل من سلسلة البوليببتيد المتنامية من الحمض الريبي النووي النقال. ويأتي الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الآخر الذي يحتوي على حمض أميني إلى المساحة الفارغة. وتتكرر العملية.

يحفز المركز النشط للريبوسوم تكوين رابطة الببتيد بين الحمض الأميني الذي وصل حديثًا والجزء المركب مسبقًا من البروتين.

يتم وضع اثنين من الكودونات (6 نيوكليوتيدات في المجموع) من mRNA في الريبوسوم. يجب أن تكون مضادات الكودونات الخاصة بالـ tRNA التي تدخل الريبوسوم مكملة للكودونات التي "يجلس عليها" الريبوسوم. تتوافق الأحماض الأمينية المختلفة مع RNAs المختلفة (تختلف في مضاداتها المضادة).

وبالتالي، فإن كل tRNA يحمل حمضه الأميني الخاص. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه لا يوجد سوى حوالي 20 حمضًا أمينيًا يشارك في عملية التخليق الحيوي للبروتين، وهناك حوالي 60 كودونًا حسيًا (تشير إلى الأحماض الأمينية). لذلك، يمكن للحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) المختلفة أن تحمل نفس الحمض الأميني، لكن مضادات الكودونات الخاصة بها تتوافق مع نفس الحمض الأميني.

1. البدء هو المرحلة الأولى من النسخ، والتي يحدث خلالها الربط بوليميرات الحمض النووي الريبيمع المروج وتشكيل أول رابطة بين النوكليوتيدات.

في البكتيريا، يتعرف بوليميراز RNA الهولوإنزيمي مباشرة على تسلسلات معينة من أزواج النيوكليوتيدات في المحفز: التسلسل 5-TATAAT-3 (الموجود على مسافة 10 نيوكليوتيدات من نقطة بداية النسخ ويسمى صندوق Pribnow) والتسلسل 5-TTGACA -3 (بعيد عن نقطة بداية النسخ بمقدار 35 نيوكليوتيدات). في بعض العمليات، على سبيل المثال في اللاكتوز، يكون التفاعل الأولي مع محفز البروتين الإضافي ضروريًا ( ريال سعودييغير بنية المروج، مما يزيد بشكل حاد من تقاربه مع بوليميراز الحمض النووي الريبي).

إن بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة غير قادرة على الارتباط بشكل مستقل بمروجي الجينات المكتوبة. تشارك عوامل النسخ العامة (TFs) في ربط بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) بالنسخ. وهي تختلف عن عوامل σ بدائيات النوى من حيث إمكانية الارتباط بها الحمض النوويمستقلة عن بوليميريز الحمض النووي الريبي. تتطلب البوليميرات الأول والثاني والثالث وجود عوامل نسخ مختلفة، المعينة TF I وTF II وTF III، على التوالي. المروجين حقيقيات النواةهي أكثر تعقيدا من تلك بدائية النواة وتتكون من عدة عناصر. الأقرب إلى نقطة بداية النسخ هو مجال TATA، ويسمى أيضًا مجال Hogness. ويتبع ذلك نطاقات CAAT وGC. يمكن أن تحتوي المحفزات حقيقية النواة على مجموعات مختلفة من هذه العناصر، ولكن لا يوجد أي منها في جميع المحفزات. يلعب مجال CAAT دورًا أساسيًا في بدء النسخ؛ ويبدو أن TATA وGC يؤديان وظائف مساعدة.

من خلال الارتباط بالمحفز، يتسبب بوليميراز الحمض النووي الريبي في تمسخ محلي للحمض النووي، أي فصل خيوط الحمض النووي على ما يقرب من 15 زوجًا من النيوكليوتيدات. يتم تشكيل "العين" النسخية. أول ما يتم تضمينه في سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) التي يتم بناؤها هو نيوكليوتيد البيورين - ATP أو GTP، في حين يتم الاحتفاظ ببقايا الفوسفات الثلاثة. بعد تكوين رابطة فوسفوديستر الأولى، يفقد العامل σ في البكتيريا ارتباطه بالإنزيم، والباقي جوهر- يبدأ الإنزيم بالتحرك على طول الحمض النووي. بعد بدء النسخ، يفقد بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقي النواة أيضًا الاتصال بعوامل النسخ ويتحرك على طول الحمض النووي بشكل مستقل.

2. استطالة - الاستطالة المتتابعة لسلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) المتنامية. بالتحرك على طول الحلزون المزدوج للحمض النووي، يعمل بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA) على فك الحلزون بشكل مستمر قبل الموقع الذي يحدث فيه التخليق الحمض النووي الريبي. لفترة قصيرة، يتم تشكيل ما يسمى بالمجمع المفتوح، والذي يظهر بداخله حلزون RNA-DNA يبلغ طوله حوالي 20 نيوكليوتيدات
(الشكل 30). ثم يقوم الإنزيم (باستخدام موقع خاص) بتحريفه مرة أخرى

أرز. 30. استطالة النسخ

الحمض النووي خلف موقع البلمرة. تتم إزالة نسخة الحمض النووي الريبي (RNA) من المجمع من خلال قناة خاصة مميزة لبوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA).

معدل تخليق الحمض النووي الريبي في البكتيريا حوالي 30 النيوكليوتيداتفي الثانية، ولكنها ليست ثابتة وقد تنخفض قليلاً. تسمى هذه الفترات توقف النسخ.

لقد ثبت أنه حتى قبل تكوين هجين RNA-DNA، يقوم بوليميراز RNA بتحويل الحمض النووي من الشكل B إلى الشكل A. وفيه تكون مستويات القواعد النيتروجينية ليست متعامدة مع محور الحلزون، ولكنها تميل بمقدار 20 0 على المتعامد. ربما يسهل هذا فصل قاعدتين نيتروجينيتين متجاورتين في شريط الحمض النووي. إن معلمات حلزون RNA-DNA تكاد تكون متطابقة تمامًا مع خصائص الشكل A للحمض النووي.

3. يتم تحديد الإنهاء (نهاية النسخ) من خلال تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي الخاص الموجود في منطقة فاصل الأوبون.

هناك نوعان من النهايات في العمليات البكتيرية:

- ρ (رو)- الإنهاءات المستقلة (النوع الأول)؛

- ρ - الإنهاءات التابعة (النوع الثاني).

أرز. 31. ρ- إنهاء النسخ المستقل في البكتيريا

ρ-الإنهاءات المستقلةتتكون من تسلسلات تمثل تكرارًا مقلوبًا - متناظر (الشكل 31)، وتقع على بعد 16-20 زوجًا من النيوكليوتيدات من نقطة النهاية. متناظرة(التسلسلات التي تقرأ نفسها من اليسار إلى اليمين ومن اليمين إلى اليسار) ρ- تحتوي النهايات المستقلة على عدد كبير من تكرارات GC. يوجد خلف هذا القسم من سلسلة القالب تسلسل قليل (A) (4-8 نيوكليوتيدات الأدينيل على التوالي). يؤدي النسخ في المنطقة المتناوبة إلى حقيقة أنه في نسخة الحمض النووي الريبي (RNA) الناتجة يتشكل بسرعة عنصر مستقر من البنية الثانوية - "دبوس الشعر" - منطقة حلزونية تحتوي على مكملات تكميلية

أزواج G-C. "دبوس الشعر" يعطل قوة رابطة DNA-RNA في المجمع المفتوح. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي نسخ تسلسل oligo(A) في سلسلة القالب إلى تكوين قسم هجين DNA-RNA يتكون من أزواج AU ضعيفة، مما يساهم أيضًا في تدمير الاتصال بين DNA وRNA.

الإنهاءات المعتمدة على ρ.أحد عوامل النسخ بدائيات النوى هو البروتين ρ . ρ العامل هو بروتين ذو بنية رباعية وله نشاط ATPase. وهو قادر على الارتباط بالطرف الخامس من الحمض النووي الريبي المركب الذي يبلغ طوله حوالي 50 نيوكليوتيدات. ρ - يتحرك العامل على طول الحمض النووي الريبي بنفس السرعة التي يتحرك بها بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول الحمض النووي. نظرًا لوجود العديد من أزواج GC (مع ثلاث روابط هيدروجينية) في الفاصل، فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في منطقة الإنهاء يتباطأ، ρ يلحقه العامل، ويغير شكل الإنزيم، ويتوقف تخليق الحمض النووي الريبي (الشكل 32).

تحدث ثلاثة أحداث رئيسية في كلا النوعين من أدوات الإنهاء:

توقف تخليق الحمض النووي الريبي.

يتم تحرير سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) من الحمض النووي (DNA)؛

يتم تحرير بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) من الحمض النووي.

النسخ

معلومات عامة

النسخ- عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب، وتحدث في جميع الخلايا الحية. وبعبارة أخرى، هو نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.
أثناء نسخ الجينات، يحدث التخليق الحيوي لجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) المكملة لأحد خيوط الحمض النووي القالبية، مصحوبًا ببلمرة أربعة ثلاثي فوسفات ريبونوكليوسيد (ATP، GTP، CTP وUTP) مع تكوين روابط فوسفوديستر 3"-5" وإطلاقها من البيروفوسفات غير العضوي.
يتم تحفيز النسخ بواسطة انزيم بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. تستمر عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه من النهاية 5 إلى النهاية 3 بوصة، أي على طول شريط قالب الحمض النووي، يتحرك بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه 3 "-> 5"
يمكن أن تتكون بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) من وحدة فرعية واحدة أو أكثر. في الميتوكوندريا وبعض العاثيات، على سبيل المثال SP6، T7، مع عدد صغير من الجينات في الجينومات البسيطة، حيث لا يوجد تنظيم معقد، يتكون بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) من وحدة فرعية واحدة. بالنسبة للبكتيريا وحقيقيات النوى، التي تحتوي على عدد كبير من الجينات والأنظمة التنظيمية المعقدة، تتكون بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) من عدة وحدات فرعية. لقد ثبت أن بوليميرات الحمض النووي الريبي العاثي التي تتكون من وحدة فرعية واحدة يمكن أن تتفاعل مع البروتينات البكتيرية، مما يغير خصائصها [باتروشيف، 2000].
في بدائيات النوى، يتم تصنيع جميع أنواع الحمض النووي الريبوزي (RNA) بواسطة نفس الإنزيم.
تحتوي حقيقيات النوى على 3 بوليميرات RNA نووية، وبوليميرات RNA للميتوكوندريا، وبوليميرات RNA للبلاستيدات الخضراء.
تعمل ثلاثي فوسفات الريبونوكليوسيد (النيوكليوتيدات المنشطة) كركائز لبوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA). يتم تنفيذ عملية النسخ بأكملها بسبب طاقة الروابط عالية الطاقة للنيوكليوتيدات المنشطة.

النيوكليوتيد الأول في الحمض النووي الريبي (RNA) هو دائمًا البيورين على شكل ثلاثي الفوسفات.
عوامل النسخ- البروتينات التي تتفاعل مع بعضها البعض، المناطق التنظيمية للحمض النووي الريبي (DNA) وبوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) لتشكيل مجمع النسخ وتنظيم النسخ. بفضل عوامل النسخ والتسلسلات التنظيمية للجينات، يصبح تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) أمرًا ممكنًا.
مبادئ النسخ
التكامل - يعد mRNA مكملاً لشريط قالب الحمض النووي ويشبه شريط تشفير الحمض النووي
معاداة التوازي
الأحادية القطبية
بدون برايمر - لا يحتاج بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) إلى مادة تمهيدية
عدم التماثل
مراحل النسخ

1. الاعتراف المروج و ربط- يرتبط بوليميراز RNA بصندوق TATA الخاص بالمحفز 3 بمساعدة عوامل النسخ الأساسية، وعوامل إضافية تمنع الارتباط أو تحفزه
2. المبادرة- تكوين رابطة فوسفوديستر الأولى بين Pu والنيوكليوتيدات الأولى. تتم إضافة نيوكليوتيد مكمل لنيوكليوتيد الحمض النووي الثاني إلى ثلاثي فوسفات البيورين مع انقسام البيروفوسفات من نيوكليوسيد ثلاثي الفوسفات لتكوين رابطة ديستر
3. استطالة(3'→5') - mRNA متماثل للحمض النووي غير القالبي (الترميز، المعنى)، المُصنَّع على قالب DNA؛ يتم تحديد أي من شريطي الحمض النووي الذي سيكون القالب من خلال اتجاه المروج
4. نهاية

مصانع النسخ

هناك عدد من البيانات التجريبية التي تشير إلى أن النسخ يحدث في ما يسمى بمصانع النسخ: ضخمة، حسب بعض التقديرات، تصل إلى 10 مجمعات MDa تحتوي على حوالي 8 بوليميراز RNA II ومكونات للمعالجة والربط اللاحقين، بالإضافة إلى إثبات -قراءة النص المركب حديثا. في نواة الخلية، هناك تبادل مستمر بين تجمعات بوليميراز الحمض النووي الريبي القابل للذوبان والمنشط. ويشارك بوليميريز الحمض النووي الريبي النشط في مثل هذا المجمع، والذي بدوره عبارة عن وحدة هيكلية تنظم ضغط الكروماتين. أحدث البيانات. تشير إلى أن مصانع النسخ موجودة حتى في حالة عدم وجود النسخ، فهي ثابتة في الخلية (ليس من الواضح بعد ما إذا كانت تتفاعل مع مصفوفة الخلية أم لا) وتمثل حجرة فرعية نووية مستقلة. محاولات عزل مجمع البروتين الوظيفي في مصنع النسخ لم تؤد بعد إلى النجاح بسبب حجمها الضخم وانخفاض قابليتها للذوبان.

النسخ في حقيقيات النوى

بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة

تحتوي حقيقيات النوى على ثلاثة أنواع من بوليميرات الحمض النووي الريبي (باستثناء الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء):
بوليميريز الحمض النووي الريبي I- تصنيع الحمض النووي الريبي الريباسي في النواة (18S و28S rRNA، باستثناء 5S)؛
بوليميريز الحمض النووي الريبي II- تصنيع mRNA وبعض sRNA؛
بوليميريز الحمض النووي الريبي III- توليف الحمض الريبي النووي النقال، الحمض الريبي النووي النقال، الرنا الريباسي 5S.
تختلف بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة في: عدد الوحدات الفرعية - 2 كبيرة (120-220 كيلو دالتون) وما يصل إلى 8 وحدات صغيرة (10-100 كيلو دالتون)، والحاجة إلى أيونات المغنيسيوم والمنغنيز، والحساسية لـ - أمونيتين- سم العلجوم - ببتيد يحتوي على أحماض أمينية D: poli - مستقر، polII - تم تثبيطه بتركيز 10-8M، polIII - بتركيز 10-6M أمونيتين. يتم تشفير بوليمرات الحمض النووي الريبي (RNA) الأول والثاني والثالث في النواة. الوحدات الفرعية الكبيرة متماثلة مع الوحدات الفرعية β و β للبكتيريا الحقيقية.

بوليميريز الحمض النووي الريبي I

بوليميريز الحمض النووي الريبي II

يحتوي Human PolII على أكثر من 10 وحدات فرعية ترتبط ببعضها البعض بشكل ضعيف. ينتمي بعضها إلى عوامل النسخ الأساسية (GTFs).
بروتينات الخميرة PolII هولو إنزيم[باتروشيف، 2000].
بول الثاني- نشاط بوليميريز RNA، يتفاعل مع العديد من عوامل النسخ العامة والخاصة بالأنسجة، ويدخل في اختيار نقطة بدء النسخ.
تفييب- يربط Pol II وTBP بالمروج، ويشارك في اختيار نقطة بدء النسخ
تفييف- يتفاعل مع Pol II، ويحفز استطالة النسخ لـ Pol II، وهو مكون من المجمع الفرعي SRB/الوسيط
TFIIH- نشاط ATPase المعتمد على الحمض النووي، نشاط هيليز الحمض النووي، له نشاط كيناز CTD
إس آر بي 2، إس آر بي 5
تتفاعل مع TBP، مكونات المجمع الفرعي SRB/الوسيط
جال11/سبت13- المشاركة في تكوين مجمع البدء، وتحفيز تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) القاعدي والمستحث،
مكونات المجمع الفرعي SRB/الوسيط، والتي من المفترض أن تتفاعل مع منشطات النسخ
سوغ1- من المفترض أن يتفاعل أحد مكونات المجمع الفرعي SRB/الوسيط مع منشطات النسخ
SRB4، SRB6، SRB7، SRB8، SRB9، SRB10، SRB11- مكونات المجمع الفرعي SRB/الوسيط، على الأرجح
التفاعل مع مجال CTD الخاص بـ Pol II

بوليميريز الحمض النووي الريبي III

عوامل النسخ

المبادرة

يحدث بدء النسخ في موقع كابترميز النوكليوتيدات الأولى للإكسون الأول من mRNA.
صندوق تاتاموضعي عند 25-30 نقطة أساس في موقع الغطاء، ويربط بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) أمام موقع الغطاء. يقع المروج على بعد 200 نقطة أساس تقريبًا من موقع الغطاء. يبلغ طول المعززات عادة 100-200 نقطة أساس.

استطالة

نهاية

الإنهاء في موقع عديد الأدينيلات.

يرتبط الحمض النووي الريبي (RNA) المُصنَّع حديثًا من الجينات بالبروتينات النووية - المخبرية، ويخضع لتعديلات ما بعد النسخ المختلفة ويتم نقله من النواة (انظر معالجة المراجعة) للترجمة اللاحقة (انظر مراجعة الترجمة).

النسخ في بدائيات النوى

E. كولاي RNA بوليميريز

يقوم بوليميريز E. coli RNA بنسخ جميع الجينات البكتيرية ويتكون من عدة وحدات فرعية: α-35kDa، β'-165kDa، β-155kDa، σ-عادة 70kDa (σ70). يُطلق على بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) ذو التركيبة ααββ'σ70 اسم الإنزيم المجسم (Eσ70)، والإنزيم ذو التركيبة ααββ'' (E).
σ هو عامل خصوصية قابل للاستبدال ينفصل بعد بدء النسخ. يتم تنفيذ الاستطالة والإنهاء بواسطة الإنزيم الأساسي. تحتوي الإشريكية القولونية على 10 أنواع تقريبًا من الوحدات الفرعية. يتم نسخ جينات الصدمة الحرارية أو عمليات gln أو nif بواسطة σ54 كجزء من الإنزيم holo Eσ54 (54 كيلو دالتون).
جميع الوحدات الفرعية مشحونة سالبًا: σ>α>β>β' - مرتبة بترتيب تنازلي للشحنة. تحتوي كل وحدة فرعية على مجموعة من المواقع المشحونة (+) التي ترتبط بها بالحمض النووي. أكبر عدد من المجموعات هو β، الذي يشارك في ربط الإنزيم بالحمض النووي، وتحتوي الوحدة الفرعية β على مراكز نشطة - البدء والاستطالة، وتضمن الوحدات الفرعية α التفاعل الصحيح للإنزيم مع المروجين. يمنع الريفامبيسين البدء، ويمنع الستربتوليديجين الاستطالة، مما يشير إلى فصل المراكز النشطة في بوليميراز الحمض النووي الريبي.
يتم التعرف على RNA-pol وربطه بالمروج بواسطة إنزيم holo
وفي الوقت نفسه، يوجد حوالي 7000 جزيء من بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية. إن إنزيم هولو فقط هو الذي لديه ألفة عالية لتسلسل نيوكليوتيدات محدد - يتم تقليل ألفته لتسلسلات الحمض النووي العشوائية الأخرى بمقدار 10000 مرة. الإنزيم الأساسي له نفس الألفة لأي تسلسل نيوكليوتيد.
يمتلك عامل سيجما نفسه أقل ألفة للحمض النووي مقارنة بالوحدات الفرعية الأخرى من بوليميراز الحمض النووي الريبي، لكنه يعطي إنزيم هولو شكلًا يزيد من الألفة للمروج.
يتم تنفيذ مراحل التعرف والربط، وكذلك البدء، بواسطة إنزيم هولو. يتم تنفيذ الاستطالة والإنهاء بواسطة الإنزيم الأساسي.
وحدتان فرعيتان α هما إطار بوليميريز RNA. الوحدات الفرعية المتبقية مرتبطة بهم.
الوحدة الفرعية β مسؤولة عن الارتباط القوي بالحمض النووي بسبب مجموعة من الأحماض الأمينية موجبة الشحنة.
تحتوي الوحدة الفرعية β على مركزين تحفيزيين. أحدهما مسؤول عن الابتداء، والآخر مسؤول عن الاستطالة. يعمل أحد المركزين في الهولو والآخر في الإنزيم الأساسي.

الشروع في النسخ

يتعرف بوليميريز Ecoli RNA على اثنين من 6H مفصولين بـ 25H

استطالة النسخ

إنهاء النسخ

تنظيم النسخ

مخطط الحث السلبي لجاكوب ومونود

يحتوي E. coli lac operon على 3 جينات مسؤولة عن تكوين البروتينات المشاركة في نقل ثنائي سكاريد اللاكتوز إلى الخلية وتفككه.
Z-β - غالاكتوزيداز(يقسم اللاكتوز إلى جلوكوز وجلاكتوز).
نفاذية Y-β-جالاكتوزيد(ينقل اللاكتوز عبر غشاء الخلية).
أ - ثيوجالاكتوزيد ترانساسيتيلاز(أسيتيل الجالاكتوز).
في حالة عدم وجود اللاكتوز في الخلية، يتم إيقاف تشغيل اللاك أوبون. يرتبط البروتين الكابت النشط، المشفر في أوبرا أحادي السيسترون (LacI)، الذي لا يحتوي على عامل، بمشغل أوبرا lac. وبما أن المشغل يتداخل مع المروج، فإن هبوط بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) على المروج أمر مستحيل.
بمجرد دخول كمية معينة من اللاكتوز إلى الخلية، يتفاعل جزيئين من الركيزة (اللاكتوز) مع البروتين الكابح، ويغيران شكله - ويفقد تقاربه بالنسبة للمشغل.
يبدأ نسخ مشغل lac وترجمة mRNA الناتج على الفور؛ تشارك ثلاثة بروتينات مركبة في استخدام اللاكتوز.
عندما تتم معالجة كل اللاكتوز، يقوم جزء آخر من المثبط الخالي من اللاكتوز بإيقاف تشغيل لاك أوبون.

دائرة الحث الإيجابية

في آرا أوبرون بكتريا قولونية 3 سيسترونات تقوم بتشفير الإنزيمات التي تحطم سكر الأرابينوز. عادة يتم إغلاق الأوبرا. يرتبط البروتين المثبط بالمشغل.

عندما يدخل أرابينوز إلى الخلية، فإنه يتفاعل مع بروتين مثبط. يغير البروتين الكابح التشكل ويتحول من الكابت إلى المنشط، ويتفاعل مع المروج ويسهل ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) بالمروج.
يُطلق على نظام التنظيم هذا اسم الحث الإيجابي، حيث أن العنصر المتحكم - البروتين المنشط - "يقوم بتشغيل" عمل الأوبون.

نواجه مفهوم النسخ عند دراسة لغة أجنبية. فهو يساعدنا على إعادة كتابة ونطق الكلمات غير المعروفة بشكل صحيح. ما المقصود بهذا المصطلح في العلوم الطبيعية؟ يعد النسخ في علم الأحياء عملية أساسية في نظام تفاعلات التخليق الحيوي للبروتين. وهذا هو الذي يسمح للخلية بتزويد نفسها بالببتيدات التي ستؤدي وظائف البناء والحماية والإشارات والنقل وغيرها من الوظائف فيها. فقط إعادة كتابة المعلومات من موضع الحمض النووي على جزيء من حمض الريبونوكلييك المعلوماتي يؤدي إلى تشغيل جهاز تخليق البروتين في الخلية، والذي يوفر تفاعلات الترجمة الكيميائية الحيوية.

في هذه المقالة سنلقي نظرة على مراحل النسخ وتخليق البروتين التي تحدث في الكائنات الحية المختلفة، ونحدد أيضًا أهمية هذه العمليات في البيولوجيا الجزيئية. بالإضافة إلى ذلك، سنقدم تعريفا لما هو النسخ. في علم الأحياء، يمكن الحصول على المعرفة حول العمليات التي تهمنا من أقسام مثل علم الخلايا، والبيولوجيا الجزيئية، والكيمياء الحيوية.

ملامح ردود الفعل التوليف المصفوفة

بالنسبة لأولئك الذين هم على دراية بالأنواع الأساسية من التفاعلات الكيميائية التي تمت دراستها في دورة الكيمياء العامة، ستكون عمليات تصنيع المصفوفة جديدة تمامًا. والسبب هنا هو كما يلي: مثل هذه التفاعلات التي تحدث في الكائنات الحية تضمن نسخ الجزيئات الأم باستخدام رمز خاص. ولم يتم اكتشافها على الفور، ومن الأفضل القول إن فكرة وجود لغتين مختلفتين لتخزين المعلومات الوراثية قد شقت طريقها على مدى قرنين من الزمان: من نهاية القرن التاسع عشر إلى منتصف العشرين. لتخيل ما هو النسخ والترجمة في علم الأحياء بشكل أفضل ولماذا يشيران إلى تفاعلات تركيب المصفوفة، دعونا ننتقل إلى المفردات التقنية للقياس.

كل شيء كما هو الحال في المطبعة

تخيل أننا بحاجة إلى طباعة، على سبيل المثال، مائة ألف نسخة من صحيفة شعبية. يتم جمع جميع المواد التي تدخل فيه على الناقل الأم. هذا النمط الأول يسمى المصفوفة. ثم يتم نسخها على المطابع - يتم عمل النسخ. تحدث عمليات مماثلة في الخلية الحية، حيث تعمل جزيئات DNA وmRNA فقط كقوالب بالتناوب، وتعمل جزيئات RNA وجزيئات البروتين كنسخ. دعونا نلقي نظرة عليها بمزيد من التفصيل ونكتشف أن النسخ في علم الأحياء هو تفاعل تركيب المصفوفة الذي يحدث في نواة الخلية.

الشفرة الوراثية هي مفتاح سر التخليق الحيوي للبروتين

في علم الأحياء الجزيئي الحديث، لم يعد أحد يجادل حول المادة التي تحمل الخصائص الوراثية وتخزن البيانات حول جميع بروتينات الجسم دون استثناء. وبطبيعة الحال، هو حمض الديوكسي ريبونوكلييك. ومع ذلك، فهو مبني من النيوكليوتيدات، والبروتينات، التي يتم تخزين المعلومات حول تركيبها، تتمثل في جزيئات الأحماض الأمينية التي ليس لها أي صلة كيميائية مع مونومرات الحمض النووي. بمعنى آخر، نحن نتعامل مع لغتين مختلفتين. في إحداهما تكون الكلمات نيوكليوتيدات، وفي الأخرى تكون أحماض أمينية. من سيعمل كمترجم يعيد ترميز المعلومات التي تم الحصول عليها نتيجة النسخ؟ وتعتقد البيولوجيا الجزيئية أن هذا الدور تلعبه الشفرة الوراثية.

الخصائص الفريدة للرمز الخلوي

هذا هو الكود الذي يظهر جدوله أدناه. عمل علماء الخلايا وعلماء الوراثة والكيمياء الحيوية على إنشائها. وبالإضافة إلى ذلك، تم استخدام المعرفة من التشفير في تطوير التعليمات البرمجية. مع الأخذ بعين الاعتبار قواعده، من الممكن تحديد البنية الأولية للبروتين المركب، لأن الترجمة في علم الأحياء هي عملية ترجمة المعلومات حول بنية الببتيد من لغة نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) إلى لغة الأحماض الأمينية للبروتين. مركب.

تم التعبير عن فكرة الترميز في الكائنات الحية لأول مرة بواسطة G. A. Gamov. أدت التطورات العلمية الإضافية إلى صياغة قواعدها الأساسية. أولاً، ثبت أن بنية 20 حمضًا أمينيًا مشفرة في 61 ثلاثية من الحمض النووي الريبي المرسال، مما أدى إلى مفهوم انحطاط الكود. بعد ذلك، قمنا بتحديد تكوين الكودونات غير الموجودة، والتي تعمل كبداية وتوقف لعملية التخليق الحيوي للبروتين. ثم ظهرت الأحكام المتعلقة بعلاقتها الخطية المتداخلة وعالميتها، لتكمل النظرية المتناغمة للشفرة الوراثية.

أين يحدث النسخ والترجمة؟

في علم الأحياء، حددت العديد من أقسامها التي تدرس البنية والعمليات الكيميائية الحيوية في الخلية (علم الخلايا والبيولوجيا الجزيئية) توطين تفاعلات تخليق المصفوفة. وهكذا، يحدث النسخ في النواة بمشاركة إنزيم بوليميراز RNA. في الكاريوبلازم الخاص به، يتم تصنيع جزيء mRNA من النيوكليوتيدات الحرة وفقًا لمبدأ التكامل، ونسخ المعلومات حول بنية الببتيد من جين هيكلي واحد.

ثم يخرج من نواة الخلية من خلال المسام الموجودة في الغلاف النووي وينتهي في سيتوبلازم الخلية. هنا، يجب أن يتحد mRNA مع العديد من الريبوسومات لتكوين متعدد الجسيمات، وهو هيكل جاهز للالتقاء بجزيئات الأحماض النووية الريبية الناقلة. وتتمثل مهمتهم في جلب الأحماض الأمينية إلى موقع تفاعل آخر لتخليق المصفوفة - الترجمة. دعونا نفكر في آليات كلا التفاعلين بالتفصيل.

ملامح تكوين جزيئات mRNA

النسخ في علم الأحياء هو إعادة كتابة المعلومات حول بنية الببتيد من الجين الهيكلي للحمض النووي إلى جزيء حمض الريبونوكلييك، وهو ما يسمى بالمعلومات. وكما قلنا سابقاً فإنه يحدث في نواة الخلية. أولاً، يكسر إنزيم تقييد الحمض النووي الروابط الهيدروجينية التي تربط سلاسل الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، ويتفكك حلزونه. يرتبط إنزيم بوليميريز RNA بمواقع البولينوكليوتيدات الحرة. إنه ينشط تجميع النسخة - جزيء mRNA، والذي، بالإضافة إلى الأقسام الإعلامية - الإكسونات - يحتوي أيضًا على تسلسلات النيوكليوتيدات الفارغة - الإنترونات. فهي صابورة وتتطلب الإزالة. تسمى هذه العملية بالمعالجة أو النضج في البيولوجيا الجزيئية. بهذا ينتهي النسخ. يشرح علم الأحياء ذلك بإيجاز على النحو التالي: فقط من خلال فقدان المونومرات غير الضرورية، سيتمكن الحمض النووي من مغادرة النواة ويكون جاهزًا لمراحل أخرى من التخليق الحيوي للبروتين.

النسخ العكسي في الفيروسات

تختلف أشكال الحياة غير الخلوية بشكل لافت للنظر عن الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ليس فقط في بنيتها الخارجية والداخلية، ولكن أيضًا في تفاعلات تركيب المصفوفة. في سبعينيات القرن الماضي، أثبت العلم وجود الفيروسات القهقرية - وهي كائنات حية يتكون جينومها من سلسلتين من الحمض النووي الريبي. تحت تأثير الإنزيم - العكسي - تقوم هذه الجزيئات الفيروسية بنسخ جزيئات الحمض النووي من أقسام الحمض النووي الريبي، والتي يتم إدخالها بعد ذلك في النمط النووي للخلية المضيفة. وكما نرى، فإن نسخ المعلومات الوراثية في هذه الحالة يسير في الاتجاه المعاكس: من الحمض النووي الريبي (RNA) إلى الحمض النووي (DNA). وهذا الشكل من الترميز والقراءة هو سمة، على سبيل المثال، للعوامل المسببة للأمراض التي تسبب أنواعًا مختلفة من السرطان.

الريبوسومات ودورها في عملية التمثيل الغذائي الخلوي

تحدث التفاعلات الأيضية البلاستيكية، والتي تشمل التخليق الحيوي للببتيدات، في سيتوبلازم الخلية. للحصول على جزيء البروتين النهائي، لا يكفي نسخ تسلسل النيوكليوتيدات من الجين الهيكلي ونقله إلى السيتوبلازم. هناك حاجة أيضًا إلى هياكل تقرأ المعلومات وتضمن ربط الأحماض الأمينية في سلسلة واحدة من خلال روابط الببتيد. هذه هي الريبوسومات، التي تحظى بنيتها ووظائفها باهتمام كبير في علم الأحياء الجزيئي. لقد اكتشفنا بالفعل مكان حدوث النسخ - وهذا هو الكاريوبلازم للنواة. مكان عمليات الترجمة هو السيتوبلازم الخلية. يوجد فيه قنوات الشبكة الإندوبلازمية التي توجد عليها عضيات تصنيع البروتين - الريبوسومات - في مجموعات. ومع ذلك، فإن وجودهم لا يضمن بعد ظهور التفاعلات البلاستيكية. نحن بحاجة إلى هياكل من شأنها توصيل جزيئات البروتين المونومر - الأحماض الأمينية - إلى الجسيم المتعدد. يطلق عليهم الأحماض الريبية النووية الناقلة. ما هم وما هو دورهم في البث؟

ناقلات الأحماض الأمينية

تحتوي الجزيئات الصغيرة من نقل الحمض النووي الريبي (RNA) في تكوينها المكاني على منطقة تتكون من سلسلة من النيوكليوتيدات - وهو مضاد للكودون. لتنفيذ العمليات الانتقالية، من الضروري ظهور مجمع المبادرات. يجب أن تشمل المصفوفة الثلاثية والريبوسومات والمنطقة التكميلية لجزيء النقل. بمجرد تنظيم مثل هذا المجمع، فهذه إشارة لبدء تجميع بروتين البوليمر. تعد كل من الترجمة والنسخ في علم الأحياء بمثابة عمليات الاستيعاب، والتي تتضمن دائمًا امتصاص الطاقة. لتنفيذها، تستعد الخلية مقدما، وتتراكم عددا كبيرا من جزيئات حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك.

يتم تصنيع مادة الطاقة هذه في الميتوكوندريا - وهي أهم العضيات في جميع الخلايا حقيقية النواة دون استثناء. إنه يسبق بداية تفاعلات تخليق المصفوفة، ويحتل مكانًا في مرحلة ما قبل التخليق من دورة حياة الخلية وبعد تفاعلات التكرار. يصاحب انهيار جزيئات ATP عمليات النسخ وتفاعلات الترجمة؛ وتستخدم الخلية الطاقة المنبعثة خلال هذه العملية في جميع مراحل التخليق الحيوي للمواد العضوية.

مراحل البث

في بداية التفاعلات التي تؤدي إلى تكوين البولي ببتيد، يرتبط 20 نوعًا من مونومرات البروتين بجزيئات معينة من أحماض النقل. بالتوازي، يحدث تكوين متعدد الجسيمات في الخلية: ترتبط الريبوسومات بالمطرس في موقع كودون البداية. تبدأ بداية عملية التخليق الحيوي، وتتحرك الريبوسومات على طول ثلاثة توائم mRNA. الجزيئات التي تنقل الأحماض الأمينية مناسبة لهم. إذا كان الكودون الموجود في البوليزوم مكملاً لمضاد أحماض النقل، فإن الحمض الأميني يبقى في الريبوسوم، وتربطه رابطة البوليببتيد الناتجة مع الأحماض الأمينية الموجودة بالفعل هناك. بمجرد وصول العضية المصنعة للبروتين إلى نقطة التوقف الثلاثية (عادة UAG أو UAA أو UGA)، تتوقف الترجمة. ونتيجة لذلك، يتم فصل الريبوسوم مع جسيم البروتين عن mRNA.

كيف يكتسب الببتيد شكله الأصلي؟

المرحلة الأخيرة من الترجمة هي عملية انتقال البنية الأولية للبروتين إلى الشكل الثالث، الذي له شكل كروي. تقوم الإنزيمات بإزالة بقايا الأحماض الأمينية غير الضرورية، وإضافة السكريات الأحادية أو الدهون، بالإضافة إلى تصنيع مجموعات الكربوكسيل والفوسفات. كل هذا يحدث في تجاويف الشبكة الإندوبلازمية، حيث يدخل الببتيد بعد الانتهاء من عملية التخليق الحيوي. بعد ذلك، يمر جزيء البروتين الأصلي إلى القنوات. إنها تخترق السيتوبلازم وتساعد على ضمان دخول الببتيد إلى منطقة معينة من السيتوبلازم ومن ثم استخدامه لاحتياجات الخلية.

اكتشفنا في هذه المقالة أن الترجمة والنسخ في علم الأحياء هما التفاعلان الرئيسيان لتخليق المصفوفة التي تكمن وراء الحفاظ على الميول الوراثية للكائن الحي ونقلها.