دوراهی همانندسازی: ساختار Y شکل در محل جداشدن رشته‌های دِنا
دِنا و نیاز به کپی‌برداری
همه موجودات زنده برای رشد و تولیدمثل نیاز دارند اطلاعات ژنتیکی خود را کپی کنند. این اطلاعات در مولکولی به نام دِنا۴ ذخیره شده است. دِنا شبیه یک نردبان مارپیچ بسیار بلند است که از دو رشته به هم پیچیده تشکیل شده است. فرآیند کپی‌برداری از این مولکول را همانندسازی می‌نامند. تصور کنید قرار است یک کتاب بسیار ارزشمند را دقیقاً کپی کنید. برای این کار باید صفحات آن را از هم جدا کنید تا بتوانید از روی هر صفحه کپی بگیرید. دوراهی همانندسازی دقیقاً همان نقطه‌ای است که این "نردبان" دِنا در حال باز شدن و جدا شدن دو رشته از یکدیگر است.
ساختار دوراهی همانندسازی: یک ناحیه فعال
وقتی فرآیند همانندسازی شروع می‌شود، ناحیه‌ای خاص روی DNA باز می‌شود و شکلی شبیه حرف Y انگلیسی ایجاد می‌کند. به این ناحیه، دوراهی همانندسازی می‌گویند. این ساختار یک ایستگاه کاری بسیار شلوغ و پرجنب‌وجوش است که چندین آنزیم مختلف در آن مشغول به کار هستند.
| نام جزء | توضیح و وظیفه | مثال ساده |
|---|---|---|
| رشته الگو۵ | دو رشته اصلی DNA که از هم جدا شده‌اند و نقشه ساخت رشته‌های جدید را ارائه می‌دهند. | مانند صفحه اصلی کتاب که از روی آن کپی می‌گیرید. |
| رشته پیشتاز۶ | رشته جدیدی که به صورت پیوسته و در جهت باز شدن دوراهی ساخته می‌شود. | کشیدن یک خط ممتد و بدون وقفه روی کاغذ. |
| رشته پیرو۷ | رشته جدیدی که به صورت قطعه‌قطعه (قطعات اوکازاکی۸) و در خلاف جهت باز شدن دوراهی ساخته می‌شود. | چسباندن تکه‌های کوتاه کاغذ پشت سر هم برای تشکیل یک خط. |
| DNA پلی‌مراز | آنزیم اصلی که واحدهای سازنده (نوکلئوتیدها۹) را به هم متصل کرده و رشته جدید DNA را می‌سازد. | کارگری که آجرها (نوکلئوتیدها) را طبق نقشه، پشت سر هم می‌چیند. |
| پرایمر۱۰ | قطعه کوتاهی از RNA که به عنوان نقطه شروع برای DNA پلی‌مراز عمل می‌کند. | چسب اولیه یا نقطه آغازین برای چسباندن اولین آجر. |
چرا دو رشته جدید به دو روش مختلف ساخته می‌شوند؟
این سؤال بسیار مهمی است. آنزیم DNA پلی‌مراز فقط می‌تواند در یک جهت، یعنی از انتهای 3' به انتهای 5' رشته الگو، نوکلئوتیدها را اضافه کند. اما دو رشته DNA موازی، جهت‌های مخالف دارند (ضدموازی۱۱). در نتیجه:
- روی یکی از رشته‌های الگو، DNA پلی‌مراز می‌تواند به راحتی و به صورت پیوسته در جهت حرکت دوراهی، رشته جدید را بسازد. این رشته، رشته پیشتاز نام دارد.
- روی رشته الگوی دیگر، DNA پلی‌مراز مجبور است به صورت ناپیوسته و در خلاف جهت حرکت دوراهی کار کند. بنابراین، قطعات کوچکی از DNA به نام قطعات اوکازاکی ساخته می‌شوند که بعداً توسط آنزیم دیگری به هم متصل می‌شوند. این رشته، رشته پیرو نامیده می‌شود.
یک کارخانه مینیاتوری در عمل
دوراهی همانندسازی مانند یک کارخانه کوچک و بسیار دقیق عمل می‌کند. فرض کنید شما مدیر یک کارخانه چاپ هستید که باید یک کتاب دو جلدی (دو رشته DNA) را با هم و به سرعت کپی کنید. ماشین چاپ شما (DNA پلی‌مراز) فقط از یک سمت می‌تواند کار چاپ را انجام دهد. برای جلد اول (رشته پیشتاز)، کافی است کتاب را باز کنید و ماشین چاپ از اول تا آخر به راحتی آن را کپی می‌کند. اما برای جلد دوم (رشته پیرو)، شما مجبورید کتاب را ورق به ورق از انتها جدا کنید و هر صفحه را جداگانه چاپ کنید، سپس دوباره همه صفحات چاپ شده را به ترتیب صحافی کنید. این دقیقاً مشابه کاری است که در دوراهی همانندسازی برای ساخت رشته پیرو و اتصال قطعات اوکازاکی اتفاق می‌افتد.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. دوراهی همانندسازی یک ناحیه پویا و متحرک است که در طول مولکول DNA حرکت می‌کند و آن را باز می‌کند. در واقع، این دوراهی است که در طول DNA "می‌دود" و فرآیند همانندسازی را پیش می‌برد.
از آنجایی که ساختار Y شکل در نهایت یک ناحیه است، معمولاً به صورت مفرد از آن نام برده می‌شود. اما در واقع، این ساختار دارای دو "بازو" است که هر کدام محل ساخت یکی از رشته‌های جدید هستند. بنابراین درک این که یک ناحیه با دو شاخه فعال داریم، صحیح است.
سلول سیستم‌های نظارتی و ترمیمی بسیار قدرتمندی دارد. اگر DNA پلی‌مراز نوکلئوتید اشتباهی را وارد کند، بلافاصله آن را تشخیص داده و تصحیح می‌کند. اگر آسیب بزرگ‌تر باشد، فرآیند همانندسازی ممکن است متوقف شود تا آسیب ترمیم گردد. شکست‌ها در این سیستم می‌تواند به جهش۱۲ ژنتیکی منجر شود.
پاورقی
۱ دوراهی همانندسازی (Replication Fork)
۲ همانندسازی (Replication)
۳ DNA Polymerase
۴ DNA (Deoxyribonucleic Acid)
۵ Template Strand
۶ Leading Strand
۷ Lagging Strand
۸ Okazaki Fragments
۹ Nucleotides
۱۰ Primer
۱۱ Antiparallel
۱۲ Mutation