מבוא להכפלת DNA (PDF)

**supercoil** הוא מצב בו מעבר לסיבוב הרגיל של מבנה ההליקס, מולקולת הדנא יוצרת סיבובים גם סביב עצמה, בדומה לשפרפרת שמסתבכת. אפשר לספור את מספר הסיבובים שהוא סובב סביב עצמו - נקרא גם linking number וגם את הכיוון שלהם -- ימינה (חיובי) או שמאלה (שלילי). בדנא רגיל אין supercoil ובו יש כ-10.4 בסיסים לכ...

**supercoil** הוא מצב בו מעבר לסיבוב הרגיל של מבנה ההליקס, מולקולת הדנא יוצרת סיבובים גם סביב עצמה, בדומה לשפרפרת שמסתבכת. אפשר לספור את מספר הסיבובים שהוא סובב סביב עצמו - נקרא גם linking number וגם את הכיוון שלהם -- ימינה (חיובי) או שמאלה (שלילי). בדנא רגיל אין supercoil ובו יש כ-10.4 בסיסים לכל סיבוב. למשל בדוגמה הזו, האמצעי הוא relax, השמאלי מסובב ימינה ולכן הוא חיובי והימני מסובב שמאלה ולכן הוא שלילי. בדוגמה הזו יש רק סיבוב אחד לכן ה-linking number עבור הימני הוא מינוס 1 (-1) כי הוא סביב אחד שמאלה, והשני הוא פלוס אחד (+1) כי הוא סיבוב אחד ימינה. במצב רגיל, הדנא של e-coli הוא negative supercoli. בשכפול של דנא מעגלי, נוצרים שני מזלגות בצורה [*θ*]{.math.inline}. למרות שהמצב הרגיל של כרומוזום הוא negative supercoli, בזמן ההפרדה של שני העותקים נוצר positive supercoil בקצה ויש צורך בהפרדה של השרשראות אחרת נוצר יותר מדי לחץ שמונע את ההכפלה. באיור אנחנו רואים דנא מעגלי שהוא relax. נראה שגם כשהוא relax נוצר supercoil, אז שהדנא מלכתחילה מסובב, נוצרים יותר סיבובים. אנזימים שנקראים **טופואיזומרזות** הם אלה שמבקרים את רמת ה-supercoil של הדנא. **יש שתי משפחות של טופואיזומרזות:** 1. **Type 1:** שוברים רק קשר פוספודיאסטרי אחד (גדיל אחד), מעביר אותו סביב הגדיל השני וכך פותח את הקשרים. באופן הזה הוא משחרר negative supercoil ויוצר positive supercoil. הוא מכניס linking number 1 (+1). בגלל שכבר יש הרבה מהסופרקיול החיובי, אנחנו לא רוצים להוסיף עליו עוד ולכן הסוג הזה של טופואיזומר לא מתאים לרפליקציה. 2. **Type 2:** שבורים את שני הגדילים וכך הופך סופרקיול חיובי לשלילי. ה-linking number שהוא מכניס הוא 2. בגלל שזה שלילי זה (-2). הסוג הזה מתאים לרפליקציה. הטופואיזומרז שמתאים לחיידקים נקרא DNA GYRAS. הטופואיזומרז הזה כל פעם פותח את הסופרקויל שנוצר בקדמת המזלג ומאפשר לאנזים שמפריד להמשיך בהפרדה של הגדילים. התהליך חוזר על עצמו. **origin of replication (OriC)** לחיידקי אי-קולי יש origin of replication (oriC) באורך של 245 זוגות בסיסים. הרצפים הצהובים נקראים box B והכחולים box A. את המילה box בדרך כלל משייכים לרצפים שמורים. הרצף שחוזר על עצמו כתוב מתחת ל-boxes, עבור הצהוב הוא חוזר 3 פעמים ועבור הכחול 4. הרצפים הצהובים נמצאים ב-tandem, כלומר, באותו כיוון, בעוד שהרצפים הכחולים בכיוונים מנוגדים. כדי שחלבונים ייקשרו לאתרים האלה, הרצפים צריכים להיות באותו כיוון. עבור הצהוב זו לא בעיה אבל הרצפים הכחולים צריכים להתקפל כדי להיות באותו כיוון. החלבונים שנקשרים ל-ABox יקראו dnaA ואלו ל-Box, יקראו dnaB. ה-B box עשיר ברצפי AT. כדי שהרפליקציה תתחיל, חלבונים צריכים לזהות את האוריג׳ין ולהיקשר אליו. חלבוני A מגיעים יחד עם פקטורים שנקראים Hu ונקשרים באוריינטציה מסויימת לדנא, כלומר, רק בכיוון ספציפי של דנא A וכדי שזה יקרה הדנא חייב להתקפל. קיפול הדנא באופן הזה יוצר בו לחץ ולכן דנא box B נאלץ להיפתח, עובדה זו באה בשורה אחת עם העובדה שהאזור הזה עשיר ב-AT שלהם רק שני קשרי מימן לכן הם חלשים יותר. (הלחץ לא מספיק כדי לפתוח את כל המולקולה, רק את ההתחלה). בשלב הבא מגויסים חלבוני דנא B שהן הליקזות -- אנזימים שפותחים את הדאבל הליקס. יחד עם זאת, חלבונים אלה לא יודעים לזהות את הרצף לכן הם מגוייסים על ידי חלבון אחר שנקרא DNA C. דנא bBOX הוא הקסמר, כלומר, חלבון אחד שבנוי מ-6 תת יחידות. dnaC יודע לקשור יחידה אחת של ההקסמר לכן כדי לגייס את DNA Bbox צריך 6 יחידות של dnaC. סך הכל אנחנו צריכים שתי הליקזות עבור שני מזלגות ההכפלה (אחד לכל כיוון) לכן סך הכל אנחנו צריכים 12 יחידות של dnaC. למרות ש-dnaC הוא זה שמביא את dnaB, הוא מעכב אותו ולא נותן לו להתחיל לפתוח את הגדילים. כדי להתחיל את הרפליקציה צריך לגייס חלבונים נוספים ורק אחרי שכולם יגויסו יתחיל התהליך. באי-קולי יש כ-6 הליקזות שונות, יש כאלה שאחראית על תיקון דנא, על קניוגציה בחיידקים ומי שאחראי על הרפליקציה נקרא principle helicase.