تحقیق : الهه تابش (علوم آزمایشگاهی بهمن 86)
بخش عمده‌ي ماده ژنتيكي سلولهاي يوكاريوتي درون بخش سازمان يافته‌اي به نام هسته جاي دارد. هسته داراي پوشش ومشخصي است كه به دليل قدرت پراش نوري زيادي كه دارد از سالها قبل توسط ميكروسكوپ نوري شناخته شده است .
شكل هسته : در بيشتر سلول‌ها هسته كم و بيش كروي و بيضي شكل است .
محل هسته : در بسياري از سلول‌ها به طورمعمول در وسط سلول قرار گرفته است ولي در هنگام تمايز يافتن سلول هسته به كناره‌هاي سلول رانده ميشود.
تعداد هسته :اغلب سلول‌ها داراي يك هسته هستند ولي بعضي سلولهاي جانوري چند هسته دارند .
اندازه هسته : ابعاد هسته درجانداران مختلف وحتي در يك سلول بر حسب سن سلول متفاوت است .
پوشش هسته : اطراف هسته سلولهاي يوكاريوتي را پوششي شامل غشاي بيروني و دروني و فضاي بين آن پوشانده است .غشاي بيروني و دروني شباهت زيادي با شبكه‌ي‌آندوپلاسمي‌دارد .
منافذي كه در پوشش هسته وجود دارند گذرگاه‌هاي فعالي براي مبادله‌ي مواد بين هسته و سيتوپلاسم مي‌باشند. شيره‌ي هسته مايعي است كه از نظر كلي شبيه سيتوزول است وحالت اسيدي دارد .
مواد پروتئيني مهمي‌كه در شيره‌ي هسته وجود دارد به 2 گروه تقسيم مي‌شوند :
الف) پرروتئين‌هاي آنزيمي‌كه مهمترين آنها عبارتند از DNA سنتكاز ، RNA سنتكاز وليگازها.
ب) پرروتئين‌هاي ساختماني كه از مهمترين آنها هيستون‌ها هستند.
اسكلت هسته اي : زير بناي پروتئيني دارد و از پروتئين‌هاي خاصي به نام لامين تشكيل شده است . اسكلت هسته اي از 2 شبكه روي هم تشكيل شده است . يكي رشته اي و ديگري دانه اي .
شبكه‌ي اول از پروتئين‌هاي رشته اي ساخته شده ونقش پشتيبان را براي شبكه‌ي دوم دارد .شبكه‌ي دوم از پروتئين‌هاي گوبچه اي ساخته شده كه بين آنها ساختمان‌هاي آنزيمي دخالت كننده در رونويسي وهمانند سازي وجود دارد .
هستك : به صورت يك اندامك درون هسته اي و بدون غشا در شيره‌ي هسته وجود دارد و جايگاه ريبوزوم‌هاست .
كروماتين : تركيب اصلي هسته، كروماتين است كه در حقيقت حالت بسيار كم متراكم شده اي از كروموزوم‌هاست . رويركروماتين ها RNA , DNA وپروتئين وجود دارد .
فرا ساختمان كروماتيني : رشته‌هاي كروماتيني در هسته‌ي اينتروفازي حالت در هم رفته اي دارند .
كروموزوم‌ها : در برخي باكتري‌ها علاوه بر كروموزوم اصلي كه اغلب ژن‌ها را دارد كروموزوم كوچكي هم كه به طور معمول آن را پلاسمير مي‌نامند قابل تشخيص است .
كرومومرها : از تجمع ماده‌ي كروماتيني به صورت دانه‌هاي كروي ايجاد ميشود.
ساختمان اول DNA : مولكول DNA پليمري است كه از اتصال تعداد زيادي مولكولهاي دئوكسي ريبونوكلئوتيد تشكيل شده است . اين مولكول‌ها ، بازهاي G , C , T , A هستند كه ترتيب آنها ويژگي يك جاندار را بيان ميكند .
ساختمان دوم DNA : درهر مارپيچ ساختماني DNA مولكولهاي دئوكسي ريبور و ريشه‌هاي فسفات كه به صورت زنجير يكي پس از ديگري قرار گرفته اند استخوان بندي اصلي مارپيچ را تشكيل مي‌دهند و بازهاي آلي مختلف بر روي استخوان بندي به صورت عمودي اتصال يافته‌اند. دو مارپيچ موازي يكديگر بوده و در مقابل هر يك از بازهاي يك مارپيچ بازمكمل آن كه متعلق به مارپيچ ديگر است قرار دارد .
اطلاعات ژنتيكي كه درتوالي نوكئوتيد‌هاي DNA نهفته است دو وظيفه‌ي اصلي را به عهده دارد :
1) منبع اطلاعات براي سنتز تمام مولكولهاي پروتئيني سلول وموجود زنده مي‌باشد .
2) اين اطلاعات را به صورت گوارشي به سلول دختر و يا فرزندان موجود زنده منتقل ميكند.
همانند سازي ژنتيكي هسته : براي امكان توليد مثل ، انتقال ماده‌ي ژنتيكي جانداران از نسلي به نسل بعد ضروري است .
مبدأ همانند سازي : در مبدأ همانند سازي ، پروتئين‌هاي اتصالي به توالي اختصاصي DNA با يك سري توالي‌هاي DNA تكراري مستقيم ارتباط برقرار ميكنند .
باز شدن DNA : تعامل پروتئين‌ها محل شروع همانند سازي را مشخص كرده وناحيه‌ي كوتاهي از DNA را ايجاد ميكند كه براي شروع سنتز رشته‌ي جديد DNA مورد نياز است .
ايجاد چنگال همانند سازي : يك چنگل همانند سازي شامل چهر جزء مي‌باشد كه در طي توالي زير ايجاد ميشود :
- DNA هليكاز قطعه اي كوتاهي از DNA دو رشته اي مادري را باز ميكند .
- سنتزيك مولكول RNA توسط يك پرايماز آغاز مي‌شودكه خود براي شروع سنتز DNA ضروري است .
- DNA پليمر از شروع به سنتز رشته‌ي جديد دختر مي‌نمايد .
- مولكولهاي SSB به SSDNA وتوليد dsDNA مي‌شوند.
شروع وطويل سازي سنتز DNA : شروع سنتز DNA نياز به آغاز توسط قطه‌ي كوتاهي از RNA دارد . در پستانداران بعد از توليد قطعات زيادي از DNA كه به RNA اتصال دارند كمپلكس همانند سازي شروع به برداشت پرايمر RNA نموده و شكاف حاصل از اين برداشت با استفاده از داكسي نوكلئوتيدهايي پر مي‌گردد كه جفت باز مناسب ايجاد ميكنند .
همانند سازي قطبيت دارد : مولكولهاي DNA دو رشته هستند و دو رشته‌ي آن موازي ناهمسو مي‌باشند . همانند سازي هر دو رشته DNA به طور همزمان صورت مي‌گيرد ولي هر دو رشته DNA نمي‌تواند به طورهمزمان در يك جهت رشدكنند . با اين وجود يك آنزيم هر دو رشته را در يك زمان همانند سازي ميكند .
در طي همانند سازي بايد دو رشته از هم جدا شده تا هر رشته به عنوان الگويي براي ايجاد پيوندهاي هيدروژني بين بازهاي نوكوئيدي خود وداكسي نوكلئوزيد تري فسفات ورويدي عمل كند . جداسازي اين دو رشته توسط مولكولهاي SSB تسريعمي‌شودكه مولكولهاي پروتئيني اختصاصي براي پايداري ساختمان تك رشته مي‌باشند .
همانند سازي DNA در پروكاريوت از يك ناحيه آغازي و دريوكاريوت‌ها از نواحي متعددي شروع ميشود. پس از آنكه با تاثير آنزيم‌ها در ناحيه آغازي پيوندهاي هيدروژني بين دو زنجيره گسسته شد با دخالت DNA پليمرازهايي همانند سازي در دوجهت مقابل شروع شده وتا رسيدن به پايان مولكول حلقوي پيش مي‌رود .
دريوكاريوت‌ها مولكول DNA نواحي متعددي براي شروع همانند سازي دارد كه از هر ناحيه همانند سازي به صورت سدوجهتي تا رسيدن به 2 ناحيه‌ي پاياني ادامه مي‌يابد .هر ناحيه مستقل همانند سازي در DNA يوكاريوتي را يك رپليكون ميگويند .
شناساندن ناحيه‌آغازي به‌آنزيم‌هاي همانند سازي به عهده پروتئين DNA است كه به اين ناحيه متصل ميشود. بعد از اينكه 2 رشته اي DNA از هم باز شد همانند سازي شروع ميشود .بي ترديد پس از باز شدن دو زنجيره از هم ممانعت به وسيله پروتئين‌هاي SSBP انجام ميشود . اين پروتئين به علاوه بر‌آنكه از پيوستند و زنجيره باز شده‌ي مولكول DNA ممانعت ميكنند، از پيوند نوكلئوتيدهاي هر زنجيره هم جلوگيري مينمايند .
آنزيم‌هاي موثر درهمانند سازي :
1- آنزيم‌هايي كه در رهايي DNA از شبكه هيستون‌ها در پروكاريوت‌ها و رهايي DNA از هسيتون‌ها دريوكاريوت‌ها دخالت دارند . عبارتند از متيلازها، استيلازها، وفسفريلازها
2- توپرايزومرازها : اين آنزيم‌ها براي تشخيص موقعيت فضايي مولكول DNA ، باز كردن مارپيچ مضاعف وحتي گسستن پيوندها درهمان ابتداي همانند سازي دخالت دارند .
3- هليكازها : انزيمهايي هستند كه مسئول باز كردن مارپيچ DNA از راه گسستن پيوندهاي هيدروژني بين دو زنجيره هستند . و براي عمل خود نياز به انرژي ATP دارند.
4- DNA پليمرازها : اين‌آنزيم‌ها براي كاتاليز سنتز مولكول DNA نيمه حفاظتي كه در آن يك رشته‌ي DNA نقش قالب را به عهده داشته و بتواند رشته‌ي ديگر را بسازد فعاليت دارند . سه نوع آنزيم DNA پليمراز وجود دارد كه از بين آنها DNA پليمراز III مهم ترين نقش را درهمانند سازي ه عهده دارد.
5- DNA ليگاز : اين‌آنزيم نقش مهمي در پيوند بين قطعات DNA به عهده دارد و از اين رو آن را DNA ليگاز مي‌نامند .
6- DNA ژيراز : شكستن و تشكيل پروند فسفوري استر رشته‌ي DNA
فرضيه‌ي همانند سازي DNA :
DNA نوساخته شده توسط پيوندي كووالان به يك رشته‌ي كوتاه RNA متصل است و اين رشته كوتاه RNA نقش پيشگام را در سنتز DNAبه عهده دارد .
يك‌آنزيم RNA پليمراز خاص يك رشته‌ي كوتاه RAN را در انتهاي يكي از رشته‌هاي DNA قالب ، سنتز مي‌نمايد . پريماز بر خلاف DNA پليمراز نيازي به يك نوكلئوتيد آغازي ندارد . عامل هيدروكسيل كه در انتهاي رشته‌ي RAN وجود دارد نقش آغاز كننده‌ي سنتز DNA جديد را به عهده دارد .
درهنگام باز شدن مارپيچ دوتايي در يك DNA حلقوي يك وضعيت خاصي رخ مي‌دهد . بدين ترتيب كه در اثر باز شدن دو رشته‌ي DNA، درمكان دو شاخه‌ي همانندسازي ، مولكول DNA مادر باسرعتي حدود صد دور در ثانيه به دور خود ميچرخد واين چرخش كلافي درهم پيچيده را به وجود مي‌آورد. باز شدن مارپيچي زماني مي‌تواند ادامه داشته باشدكه كلاف DNA باز شده وبه حالت اول برگردد . از اينرو يك‌آنزيم چرخش دهنده مولكولي كه بتواند مولكول DNA مادر را به حالت اول خود برگرداند . لازم به نظر مي‌ايد .اين‌آنزيم DNA ژيراز نام دارد كه عمل خود را با گسستن و دوباره پيوند دادن يوندهاي فسفودي استر انجام مي‌دهد .
سپس يك رشته به عنوان الگو قرار گر فته و بازهاي موجود در سيتوپلاسم مقابل رشته‌ي قديم قرارگرفته و رشته‌ي جديد ساخته ميشود. براي همانند سازي سه مرحله آغاز، طويل شدن و پايان درنظر ميگيرند كه ردر يافته‌هاي يوكاريوتي وپروكاريوتي مشابه است .
منابع :
كتاب زيست شناسي سلولي ملكولي ؛ تأليف دكتر شريعت زاده
كتاب بيوشيمي‌هارپر؛ چاپ 2008
كتاب بيوشيمي‌عمومي؛ نوشته ملك نيا شهبازي (جلد اول)
