لكي تتقدم عملية تخليق الـ DNA ، فان حلزون الـ DNA المزدوج يجب أن يتم فتحه قبل شوكة التضاعف لكي تتمكن الـ deoxyribonucleoside triphosphates من أن تكون أزواجاً قاعدية مع الشريط القالب. وعلى أية حال، يعتبر حلزون الـ DNA المزدوج ثابت جدا في الظروف الطبيعية، حيث تنغلق الأزواج القاعدية على بعضها البعض بقوة كبيرة بحيث يجب أن تصل درجة حرارة الماء إلى الغليان لفصلها عن بعضها البعض في أنبوب التفاعل test tube . ولهذا السبب، فان إنزيم DNA polymerase III يمكن له أن ينسخ حلزون الـ DNA المزدوج فقط عندما يكشف الشريط القالب عند فصله عن شريطة المكمل. لذا لابد من وجود بروتينات تضاعفية أخرى لتساعد على فتح الحلزون المزدوج لتوفر شريط DNA قالب مفرد الشريط single stranded DNA template لكي يستنسخ من قبل إنزيم DNA polymerase III. وهنالك نوعان من البروتينات تساهم في هذه العملية DNA helicase والبروتينات المرتبطة بالـ DNA ذو الشريط المفرد single stranded DNA binding proteins .

1 - إنزيمات الـ DNA helicases: إن إنزيم الـ helicase هو مركب ذو ستة وحدات ثانوية متماثلة hexamere of identical subunits وله القدرة على أن يلتف حول كلا شريطي الـ DNA المفردين في تفاعل يحتاج إلى ATP. ويشكل إنزيم الـ helicase صنفاً من الإنزيمات التي تتحرك على طول حلزون الـ DNA المزدوج مستغلة طاقة التحلل المائي للـ ATP لتفصل الشريطين (شكل 1).

يرتبط إنزيم الـ helicase بمنطقة مفردة الشريط من الـ DNA ، ثم يتحرك على طول ذلك الشريط صاهراً الأواصر الهيدروجينية hydrogen bonds التي تربطه بشريطه المكمل. حيث تستخدم إنزيمات DNA helicases آلية التحليل المائي للـ ATP والذي يمكنها من تغيير شكلها بصورة تسمح لها بأداء وظيفتها المتمثلة بفتح شريطي الـ  DNA ،وبواسطة هذه الآلية يدفع هذا الإنزيم نفسه إلى الأمام بسرعة على طول شريط الـ DNA المفرد الشريط. وعندما يلاقي هذا الإنزيم منطقة الحلزون المزدوجة، فانه يستمر بالحركة على طول الشريط ، فاصلاً شريطي الحلزون عن بعضهما البعض بمعدل 1000 نيوكليوتيدة بالثانية الواحدة ( وهذه هي نفس سرعة عملية التضاعف في بكتريا القولون).

إن إنزيم الـ helicase ،كما هو الحال بالعديد من البروتينات التي تعمل على الـ DNA، فانه يوصف بالتقدمي processive . ولكونه يكون كلابا clamp حول شريط الـ DNA المفرد، فان إنزيم الـ helicase "لا يسقط" إلى أن يصل إلى نهاية ذلك الشريط، أو إلى أن يفرغ تحميله unloaded من الـ DNA من قبل بروتين آخر.

شكل (1): آلية عمل إنزيم DNA helicase وبروتينات SSB (تصميم المؤلف).

2 - البروتينات المرتبطة بالـ DNA المفرد الشريط single stranded DNA binding proteins (SSB) والتي تدعى أيضا بالبروتينات المزيلة لثباتية الحلزون المزدوج، وترتبط بقوة وبشكل تعاوني cooperatively (أي إن ارتباط إحداها يمهد لارتباط الأخرى) بأشرطة الـ DNA المفردة المكشوفة بدون تغطية القواعد النتروجينية، ولهذا السبب تبقى القواعد جاهزة لتعمل عمل القوالب templates .هذه البروتينات (SSB) غير قادرة على فتح حلزون الـ DNA المزدوج الطويل بشكل مباشر (شكل 1)، ولكنها تساعد إنزيمات الـ helicases بتثبيت الحالة الغير ملتفة unwinding وذلك بواسطة منع حدوث عملية إعادة الالتفاف rewinding ، وبذلك فأنها تقدم الشريط القالب لإنزيم الـ .DNA polymerase

بالإضافة إلى ذلك، فان ارتباطها التعاوني يغطي ويقوي مناطق الـ DNA مفردة الشريط على شريط الـ lagging القالب، وبهذه الطريقة فإنها تمنع من تكوين جزيئات DNA صغيرة تشبه الدبوس hairpin structures والتي تعيق تخليق الـ DNA المحفز من قبل إنزيم DNA polymerase إن ارتباط بروتينات الـ SSB بشريط الـ DNA المفرد يعمل على حمايته من هجوم الإنزيمات الهاضمة الداخلية endogenous nucleases .

مواضيع ذات صلة

Use of Transgenic and Knockout/Knockin Organisms to Model Gene Function

The Polymerase Chain Reaction

الإضعاف :التوقف المبكر للاستنساخ (Attenuation: the premature termination of transcription)

كابح التربتوفان tryptophan repressor

Gel Electrophoresis Assay of Eukaryotic Replication Origins

Constancy of the E. coli DNA Elongation Rate

Bidirectional Replication from E. coli Origins

أوبرون اللاكتوز lac operon

اكتشاف الأوبرون

مثبطات تخليق البروتين .... وسيلة للعلاج

تحوير سلاسل الأحماض الأمينية الجانبية للبروتين (Amino acids side chains modifications)

تحوير التركيب البروتيني ثلاثي الأبعاد (Three dimensional structure modifications)