قبل أن تبدأ الخلية في انقسامها تتضاعف كمية الدنا التي بها حتى تستقبل كل خلية جديدة نسخة طبق الأصل من المعلومات الوراثية الخاصة بالخلية الأم، وقد أشار واتسون وكريك إلى أن تركيب الشريط المزدوج ذي القواعد المتزاوجة لجزيئة الدنا يحوي على وسيلة يمكن بها مضاعفة المعلومات الوراثية بدقة فحيث إن الشريطين يحتويان على قواعد متكاملة، فإن تتابع النيوكليوتيدات في كل شريط يوفر المعلومات اللازمة لإنتاج الشريط المقابل فمثلا إذا كان تتابع القواعد النيتروجينية في جزء من الشريط (3' C-C-T-A-A 5') فإن قطعة الشريط التي تتكون معها يكون ترتيب قواعدها النيتروجينية (5' G-G-A-T-T 3')، فإذا تم فصل شريطي الدنا عن بعضهما البعض فإن أيا منهما يمكن أن تعمل كقالب لإنتاج شريط يتكامل معه، أي لكل جزيئة جديدة من الدنا سلسلة قديمة (القالب) وسلسلة جديدة، وهو ما يعرف بالتضاعف شبه المحافظ وقام العديد من العلماء بإجراء تجارب للتأكد من ذلك.

فقد فرض كل من العالمان ماثيو ميسلسون Mathew Messelson وفرانكلين ستال Franklin Stahl.

أن هناك ثلاثة نظريات محتملة لتضاعف الدنا :

1 - التضاعف المحافظ Conservative model)):

تعمل الدنا بعضهما مع بعض كقالب لبناء جزئ دنا جديدة مزدوجة الشريط حيث تستمر جزيئة الدنا الأصلية على حالها وتذهب إلى إحدى الخليتين الجديدتين بينما تذهب الجزيئة الجديدة للخلية الأخرى (شكل 1).

الشكل (1) نظريات لتضاعف الدنا

2 - التضاعف شبه المحافظ Semi conservative)):

ينفصل شريطا الدنا بعضهما عن بعض بكسر الروابط الهيدروجينية التي تربط القواعد النيتروجينية المتزاوجة ويعمل كل شريط من الشريطين كقالب لبناء شريط جديد ثم يتم تكوين روابط بين القواعد المتزاوجة للربط بين شريطين أحدهما جديد والآخر قديم، وعند انقسام الخلية ترث كل خلية جديدة الدنا هجين أي يتكون من شريط قديم وآخر جديد.

3- التضاعف المتشتت (Dispersive model)

تقطع جزيئة الدنا ككل إلى قطع صغيرة يستعمل كل منها كقالب لبناء لولبين جديدين يرتبط بعضهما ببعض بطريقة ما.

وباستعمال سلسلة من التجارب على بكتيريا القولون (E.coli – Escherichia coli) تمكن  ميسلون وستال من إثبات أن النظريتين الأولى والثالثة لا يمكن حدوثهما، ووفرا دليلا قويًا على صدق النظرية الثانية وهي  التضاعف شبه المحافظ.

يتطلب نسخ وتضاعف الدنا  تكامل نشاط عدد من الانزيمات ( حوالي 30 انزيم ) والبروتينات في الخلية ، ولكي يتم النسخ يتعين حدوث ما يلي :

1 - ينفك التفاف الحلزون المزدوج.

2 - ينفصل الشريطان بعضهما عن بعض بكسر الروابط الهيدروجينية الموجودة بين القواعد المتزاوجة في الشريطين.

3 - يبتعد الشريطان بعضهما عن بعض لتعريض القواعد لتتمكن من تكوين روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات جديدة.

ومن المعروف الآن أن إنزيمات الحلزون دنا helicase)) تتحرك على امتداد الحلزون المزدوج فاصلة الشريطين عن بعضهما البعض، أما البناء الفعلي لأشرطة الدنا الجديدة فتقوم به إنزيمات البلمرة دنا (Polymerases) والتي تساعد على إضافة النيوكليوتيدات واحدة بعد الأخرى إلى النهاية 3' لشريط الدنا الجديدة، ولكي يتم إضافة النيوكليوتيدة إلى الشريط الجديد لا بد أولا أن تتزاوج القواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدة مع القاعدة النيتروجينية الموجودة على شريط القالب.

تنتظم الدنا في حقيقيات النواة في صورة كروموسومات حيث يحوي كل كروموسوم على جزيئة واحدة من الدنا تمتد من أحد طرفيه إلى الطرف الآخر، ويبدأ نسخ الدنا عند أي نقطة على امتداد الجزيئة، ومن المعروف أن إنزيم البلمرة يعمل في اتجاه واحد فقط من الطرف 5' في اتجاه 3' للشريط الجديد الذي يجري بناؤه، وحيث إن شريطي الحلزون الدنا المزدوج متوازيان عكسيًا، أي أن أحدهما يكون في اتجاه 5' إلى 3' بينما الشريط المتزاوج معه يتوجه في الاتجاه المعاكس أي في اتجاه 3' إلى 5'، وعلى ذلك فعندما يعمل إنزيم الحلزون على فصل شريطي جزيئة الدنا يتم ذلك في اتجاه النهاية 3' لأحد الشريطين والنهاية 5' للشريط الأخر. وبالنسبة للشريط 5' – 3' ليست هناك مشكلة حيث إن إنزيم البلمرة يتبع إنزيم الحلزون مباشرة مضيفا نيوكليوتيدات جديدة إلى النهاية 3' (ويسمى هذا الشريط بالقائد Leader strand). إلا أن ذلك لا يحدث بالنسبة للشريط الآخر المعاكس، وذلك لأن إنزيم البلمرة لا يعمل في اتجاه 5'-3' ولذا فإن هذا الشريط يتم بناؤه على شكل قطع صغيرة تسمى قطع أوكازاكي (Okazaki fragments) في اتجاه 3'-5'  وهنا يأتي دور إنزيم بلمرة الرنا ((RNA polymerase لتكوين بادئ صغير من الرنا من خلال الاتمام لشريط الدنا وعندها يبدا التضاعف ومن ثم يتم رفع البادئ ثم ترتبط هذه القطع الصغيرة مع بعضها البعض بواسطة إنزيم الربط دنا (ligase)، عندها يكون تضاعف الشريط بشكل متقطع (ويسمى الشريط المنقاد (lagging strand شكل (2)

شكل (2) قطع اوكازاكي

مواضيع ذات صلة

Involvement of the U1 snRNP Particle in Splicing

البادئ (Promoter)

The Clinical Utility of Genomics in Hematologic Malignancies

The Discovery and Assay of RNA Splicing

Termination

Polymerase Elongation Rate

فائدة القفازات

الحلزون المزدوج للدنا

تركيب الدنا

Melted DNA Under RNA Polymerase

Measurement of Binding and Initiation Rates

Structural Variation