في الخلايا حقيقية النواة ، يتم الحفاظ على تكرار الحمض النووي بشكل كبير وتنظيمه بإحكام. يجب تكرار الكروموسومات الخطية المتعددة بدقة عالية قبل انقسام الخلية ، لذلك هناك العديد من البروتينات التي تؤدي أدوارا متخصصة في عملية النسخ المتماثل. يحدث النسخ المتماثل على ثلاث مراحل: البدء ، والاستطالة ، والإنهاء ، وينتهي بمجموعتين كاملتين من الكروموسومات في النواة.

العديد من البروتينات تنسق النسخ المتماثل في الأصل

يتبع النسخ المتماثل حقيقيات النواة العديد من المبادئ نفسها مثل تكرار الحمض النووي بدائية النواة ، ولكن نظرا لأن الجينوم أكبر بكثير والكروموسومات خطية وليست دائرية ، فإن العملية تتطلب المزيد من البروتينات ولها بعض الاختلافات الرئيسية. أولا ، على عكس بدائيات النوى ، يحدث النسخ المتماثل في حقيقيات النوى في وقت واحد في أصول متعددة من النسخ المتماثل على طول كل كروموسوم. تتعرف بروتينات البادئ على هذه الأصول وترتبط بها وتجند بروتينات الهيليكاز لفك الحلزون المزدوج للحمض النووي. في كل نقطة منشأ ، تتشكل شوكتان للنسخ المتماثل. يضيف Primase بعد ذلك بادئات قصيرة من الحمض النووي الريبي إلى خيوط الحمض النووي المفردة ، والتي تعمل كنقطة انطلاق لبوليميراز الحمض النووي للارتباط والبدء في نسخ التسلسل. لا يمكن تصنيع الحمض النووي إلا في اتجاه 5 إلى 3 ، لذا فإن تكرار كلا الخيوط من شوكة نسخ متماثل واحدة يستمر في اتجاهين مختلفين. يتم تصنيع الخيط الرئيسي بشكل مستمر ، بينما يتم تصنيع الخيط المتأخر في امتدادات قصيرة من 100-200 زوج أساسي في الطول ، تسمى شظايا أوكازاكي. بمجرد اكتمال الجزء الأكبر من النسخ المتماثل ، تزيل إنزيمات RNase بادئات الحمض النووي الريبي ، ويملأ بوليميراز الحمض النووي الفجوات ، ويغلق DNA ligase الفجوات في الخيط الجديد.

تقسيم عمل النسخ المتماثل بين البوليميرات

ينقسم عبء عمل نسخ الحمض النووي في حقيقيات النوى بين أنواع مختلفة متعددة من إنزيمات بوليميراز الحمض النووي. يتم تصنيف العائلات الرئيسية لبوليميرات الحمض النووي عبر جميع الكائنات الحية من خلال تشابه هياكل البروتين وتسلسل الأحماض الأمينية. تم تسمية العائلات الأولى التي تم اكتشافها باسم A و B و C و X ، مع تحديد العائلات Y و D لاحقا. تشمل بوليميرات العائلة B في حقيقيات النوى Pol α ، والتي تعمل أيضا كبريماز في شوكة النسخ المتماثل ، و Pol δ و ε ، الإنزيمات التي تقوم بمعظم عمل تكرار الحمض النووي على الخيوط الرائدة والمتأخرة للقالب ، على التوالي. بوليميرات الحمض النووي الأخرى مسؤولة عن مهام مثل إصلاح تلف الحمض النووي ، ونسخ الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيد ، وسد الفجوات في تسلسل الحمض النووي على الخيط المتأخر بعد إزالة بادئات الحمض النووي الريبي.

تحمي التيلوميرات نهايات الكروموسومات من التدهور

نظرا لأن الكروموسومات حقيقية النواة خطية ، فهي عرضة للتدهور في النهايات. لحماية المعلومات الجينية المهمة من التلف ، تحتوي نهايات الكروموسومات على العديد من التكرارات غير المشفرة للحمض النووي الغني ب G المحفوظ للغاية ، التيلوميرات. يتفاعل الجزء المتدلي القصير أحادي الشريطة 3 بوصات في كل طرف من طرفي الكروموسوم مع البروتينات المتخصصة ، والتي تعمل على تثبيت الكروموسوم داخل النواة. نظرا للطريقة التي يتم بها تصنيع الخيط المتأخر ، لا يمكن تكرار كمية صغيرة من الحمض النووي التيلوميري مع كل انقسام للخلية. نتيجة لذلك ، تصبح التيلوميرات أقصر تدريجيا على مدار العديد من دورات الخلايا ، وبالتالي يمكن قياسها كعلامة على الشيخوخة الخلوية. تعبر مجموعات معينة من الخلايا ، مثل الخلايا الجرثومية والخلايا الجذعية ، عن التيلوميراز ، وهو إنزيم يطيل التيلوميرات ، مما يسمح للخلية بالخضوع لمزيد من دورات الخلايا قبل أن تقصر التيلوميرات.