Prokaryotic DNA replication
پروکیریوٹک ڈی این اے کی نقل وہ عمل ہے جس کے ذریعے ایک پروکیریوٹ اپنے ڈی این اے کو دوسری کاپی میں نقل کرتا ہے جو بیٹی کے خلیوں میں منتقل ہوتا ہے۔ اگرچہ اس کا مطالعہ اکثر ماڈل حیاتیات ای کولی میں کیا جاتا ہے، لیکن دوسرے بیکٹیریا بہت سی مماثلت ظاہر کرتے ہیں۔ نقل دو طرفہ ہوتی ہے اور نقل کے واحد ماخذ (او آر سی) سے شروع ہوتی ہے۔ یہ تین مراحل پر مشتمل ہے: شروعات، لمبائی اور خاتمہ۔ ابتداء خلیات کی تقسیم کے لیے آگے بڑھنے سے پہلے تمام خلیات کو ڈی این اے کی نقل مکمل کرنی چاہیے۔ میڈیا کے حالات جو بیکٹیریا میں تیزی سے نشوونما کی حمایت کرتے ہیں وہ بھی جوڑے جن میں انٹر انیشی ایشن کا وقت کم ہوتا ہے، یعنی۔ تیزی سے بڑھتے ہوئے خلیوں میں دوگنا ہونے کا وقت سست نشوونما کے مقابلے میں کم ہوتا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، یہ ممکن ہے کہ تیز نشوونما کے حالات میں دادی کے خلیات گرینڈ ڈٹر سیل کے لیے اپنے ڈی این اے کی نقل تیار کرنا شروع کر دیں۔ اسی وجہ سے، ڈی این اے کی نقل کا آغاز انتہائی منظم ہے۔ بیکٹیریا کی ابتداء اوریسوم اسمبلی کو منظم کرتی ہے، ایک نیوکلئی پروٹین کمپلیکس جو اصل پر جمع ہوتا ہے جو اصل کو کھولنے اور نقل کی تمام مشینری کو لوڈ کرنے کا ذمہ دار ہوتا ہے۔ ای کولی میں، اوریسوم اسمبلی کی سمت نیوکلیوٹائڈ ترتیب کے ایک مختصر حصے میں بنائی جاتی ہے جسے اوریجن آف ریپلیکیشن (اوریسی) کہا جاتا ہے جس میں انیشی ایٹر پروٹین ڈی این اے اے (بیکٹیریل کنگڈم میں ایک انتہائی ہم جنس پروٹین) کے لیے متعدد بائنڈنگ سائٹس ہوتے ہیں۔ ڈی این اے اے کے چار ڈومین ہیں جن میں سے ہر ڈومین ایک مخصوص کام کے لیے ذمہ دار ہے۔ نقل کے ای کولی اصل پر 11 ڈی این اے اے بائنڈنگ سائٹس/بکس ہیں جن میں سے تین بکس آر 1، آر 2 اور آر 4 (جن میں انتہائی محفوظ 9 بی پی اتفاق رائے ترتیب 5 '-ٹی ٹی اے ٹی سی/اے سی اے اے ہیں) اعلی وابستگی والے ڈی این اے اے بکس ہیں۔ وہ برابر وابستگی کے ساتھ ڈی این اے اے-اے ڈی پی اور ڈی این اے اے-اے ٹی پی سے جڑے ہوتے ہیں اور زیادہ تر سیل سائیکل کے دوران ڈی این اے اے سے جڑے ہوتے ہیں اور ایک سکافولڈ بناتے ہیں جس پر باقی اوریسوم اسمبل ہوتے ہیں۔ باقی آٹھ ڈی این اے اے بکس کم وابستگی والے مقامات ہیں جو ترجیحی طور پر ڈی این اے اے-اے ٹی پی سے منسلک ہوتے ہیں۔ شروعات کے دوران، اعلی وابستگی والے ڈی این اے باکس آر 4 سے منسلک ڈی این اے اے ملحقہ کم وابستگی والی جگہ پر اضافی ڈی این اے اے کا عطیہ کرتا ہے اور آہستہ آہستہ تمام کم وابستگی والے ڈی این اے باکسز کو بھرتا ہے۔ سائٹس کو بھرنے سے اس کی آبائی ریاست سے اصل کی تشکیل میں تبدیلی آتی ہے۔ یہ قیاس کیا جاتا ہے کہ ڈی این اے کے ذریعے اصل سے منسلک ڈی این اے کا پھیلاؤ اسٹرینڈ کی علیحدگی کو فروغ دیتا ہے جو زیادہ ڈی این اے کو غیر زخمی علاقے سے منسلک کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ڈی این اے سی ہیلیکیس لوڈر پھر ڈی این اے بی ہیلیکیس کو بھرتی کرنے کے لیے سنگل اسٹرینڈڈ ڈی این اے سے منسلک ڈی این اے کے ساتھ تعامل کرتا ہے، جو ڈی این اے کو کھولتا رہے گا کیونکہ ڈی این اے جی پرائمیز ایک آر این اے پرائمر رکھتا ہے اور ڈی این اے پولیمیرس III ہولینزیم لمبا ہونا شروع ہوتا ہے۔ بیکٹیریا میں کروموسوم کی نقل کا ضابطہ ابتدائی مرحلے میں منظم کیا جاتا ہے۔ ڈی این اے اے-اے ٹی پی کو آر آئی ڈی اے (ڈی این اے اے کی ریگولیٹری ان ایکٹیویشن) کے ذریعے غیر فعال ڈی این اے اے-اے ڈی پی میں ہائیڈرولائز کیا جاتا ہے، اور ڈی اے آر ایس (ڈی این اے اے ری ایکٹیویٹنگ سیکوینس، جو خود ایف آئی ایس اور آئی ایچ ایف کے ذریعے ریگولیٹ کیا جاتا ہے) کے ذریعے دوبارہ فعال ڈی این اے اے-اے ٹی پی فارم میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ تاہم، ڈی این اے اے-اے ٹی پی کا بنیادی ذریعہ نئے مالیکیولز کی ترکیب ہے۔ دریں اثنا، کئی دیگر پروٹین ابتداء کو منظم کرنے کے لیے براہ راست اوریسی ترتیب کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، عام طور پر روک تھام کے ذریعے۔ ای کولی میں ان پروٹینوں میں ڈیا اے، سیق اے، آئی سی آئی اے، ایچ یو، اور آرک اے-پی شامل ہیں، لیکن وہ دیگر بیکٹیریل پرجاتیوں میں مختلف ہوتے ہیں۔ ای کولی میں کچھ دیگر میکانزم جو شروعات کو مختلف طریقے سے منظم کرتے ہیں وہ ہیں ڈی ڈی اے ایچ (ڈی اے-ڈیپینڈینٹ ڈی این اے اے ہائیڈرولیسس، جو آئی ایچ ایف کے ذریعہ بھی منظم کیا جاتا ہے)، ڈی این اے اے جین کی روک تھام (سی کیو اے پروٹین کے ذریعہ)، اور لپڈ جھلی کے ذریعہ ڈی این اے اے کا دوبارہ فعال ہونا۔ طول و عرض ایک بار پرائمنگ مکمل ہونے کے بعد، ڈی این اے پولیمریز III ہولینزیم کو ڈی این اے میں لوڈ کیا جاتا ہے اور نقل شروع ہوتی ہے۔ ڈی این اے پولیمرس III کے اتپریرک طریقہ کار میں فعال جگہ پر دو دھاتی آئنوں کا استعمال، اور فعال جگہ میں ایک ایسا خطہ شامل ہوتا ہے جو ڈی آکسی ریبونوکلیوٹائڈز اور ربن نیوکلیوٹائڈز کے درمیان امتیاز کر سکتا ہے۔ دھات کے آئن عام ڈیویلینٹ کیٹیشن ہوتے ہیں جو 3 'OH کو ڈی آکسی ریبونوکلیوٹائڈ کے الفا فاسفیٹ پر نیوکلیوفیلک حملہ شروع کرنے اور ڈی آکسی ریبونوکلیوٹائڈ پر منفی طور پر چارج شدہ ٹرائی فاسفیٹ کو مستحکم کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ الفا فاسفیٹ پر 3 'OH کے ذریعے نیوکلیوفیلک حملہ پائروفاسفیٹ جاری کرتا ہے، جسے بعد میں ہائیڈرولائز کیا جاتا ہے (غیر نامیاتی فاسفیٹیس کے ذریعے) دو فاسفیٹس میں۔ یہ ہائیڈرولائسیس ڈی این اے کی ترکیب کو تکمیل کی طرف لے جاتا ہے۔ مزید برآں، ڈی این اے پولیمریز III کو صحیح طور پر جوڑے ہوئے اڈوں اور غلط طور پر جوڑے ہوئے اڈوں کے درمیان فرق کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ یہ واٹسن-کرک بیس جوڑوں کو ایک فعال سائٹ پاکٹ کے استعمال کے ذریعے ممتاز کرکے پورا کیا جاتا ہے جو صحیح طور پر جوڑے ہوئے نیوکلیوٹائڈز کی ساخت کی تکمیل کرتا ہے۔ اس جیب میں ٹائروسین کی باقیات ہوتی ہیں جو وین ڈیر والس کے ساتھ صحیح طور پر جوڑے ہوئے نیوکلیوٹائڈ کے ساتھ تعامل کرنے کے قابل ہوتی ہیں۔ اس کے علاوہ، فعال جگہ میں ڈی ایس ڈی این اے (ڈبل اسٹرینڈڈ ڈی این اے) میں ایک وسیع تر بڑی نالی اور چھوٹی چھوٹی نالی ہوتی ہے جو پیورین اڈوں کے تیسرے نائٹروجن اور پیریمیڈین اڈوں کے دوسرے آکسیجن کے ساتھ ہائیڈروجن بانڈ کی تشکیل کی اجازت دیتی ہے۔ آخر میں، فعال جگہ ڈی این اے ریڑھ کی ہڈی کے ساتھ وسیع ہائیڈروجن بانڈ بناتی ہے۔ ان تعاملات کے نتیجے میں ڈی این اے پولیمریز III صحیح طور پر جوڑی دار بیس کے ارد گرد بند ہو جاتا ہے۔ اگر بیس ڈالا جاتا ہے اور غلط طور پر جوڑا بنایا جاتا ہے، تو یہ تعاملات ہائیڈروجن بانڈنگ اور وین ڈیر والز تعاملات میں خلل کی وجہ سے نہیں ہو سکتے۔ ڈی این اے کو 3 '→ 5' سمت میں پڑھا جاتا ہے، اس لیے نیوکلیوٹائڈز کو 5 '→ 3' سمت میں ترکیب (یا ٹیمپلیٹ اسٹرینڈ سے منسلک) کیا جاتا ہے۔ تاہم، ڈی این اے کے پیرنٹ اسٹرینڈز میں سے ایک 3 '→ 5' ہے جبکہ دوسرا 5 '→ 3' ہے۔ اس کو حل کرنے کے لیے، نقل مخالف سمتوں میں ہوتی ہے۔ ریپلیکیشن فورک کی طرف بڑھتے ہوئے، لیڈنگ اسٹرینڈ کو مسلسل انداز میں ترکیب کیا جاتا ہے، جس کے لیے صرف ایک پرائمر کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسری طرف، پسماندہ اسٹرینڈ، جو نقل کے کانٹے سے دور جاتا ہے، کو مختصر ٹکڑوں کی ایک سیریز میں ترکیب کیا جاتا ہے جسے اوکازاکی ٹکڑے کہا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں بہت سے پرائمرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ اوکازاکی کے ٹکڑوں کے آر این اے پرائمرز کو بعد میں آر نیس ایچ اور ڈی این اے پولی میریز I (ایکسونیوکلائز) کے ذریعے خراب کیا جاتا ہے، اور خلا (یا نک) کو ڈی آکسی ریبونوکلیوٹائڈز سے بھرا جاتا ہے اور انزائم لیگس کے ذریعے سیل کیا جاتا ہے۔ نقل کی شرح ایک زندہ خلیے میں ڈی این اے کی نقل کی شرح کو سب سے پہلے فیج سے متاثرہ ای کولی میں فیج ٹی 4 ڈی این اے کی لمبائی کی شرح کے طور پر ماپا گیا تھا۔ 37 ڈگری سیلسیس پر تیز رفتار ڈی این اے کے اضافے کی مدت کے دوران، شرح 749 نیوکلیوٹائڈز فی سیکنڈ تھی۔ فیج ٹی 4 ڈی این اے کی ترکیب کے دوران فی بیس جوڑی فی نقل تغیر کی شرح 1.7 فی 108 ہے۔ ای کولی میں ڈی این اے کی نقل کو ختم کرنا اختتامی ترتیب اور ٹس پروٹین کے استعمال کے ذریعے مکمل کیا جاتا ہے۔ یہ ترتیب دو نقل کے کانٹوں کو صرف ایک سمت سے گزرنے کی اجازت دیتی ہے، لیکن دوسری سمت سے نہیں۔ ڈی این اے کی نقل ابتدائی طور پر دو کیٹینیٹڈ یا منسلک سرکلر ڈی این اے ڈوپلیکس تیار کرتی ہے، جن میں سے ہر ایک میں ایک والدین کا اسٹرینڈ اور ایک نیا ترکیب شدہ اسٹرینڈ (سیمی کنزرویٹو ریپلیکیشن کی نوعیت کے مطابق) ہوتا ہے۔ اس کیٹینشن کو دو باہم جڑے ہوئے رنگوں کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے جنہیں الگ نہیں کیا جا سکتا۔ ای کولی میں ٹوپوآئسومیرس 2 پیرنٹ ڈی این اے یا نئے بنے ہوئے ڈی این اے کے دو یکے بعد دیگرے نیوکلیوٹائڈز میں موجود فاسفوڈیسٹر بانڈز کو توڑ کر دو سرکلر ڈی این اے ڈوپلیکس کو غیر منسلک یا ڈیکیٹینیٹ کرتا ہے اور اس کے بعد لیگٹنگ ایکٹیویٹی لیگٹس جو ڈی این اے اسٹرینڈ کو توڑ دیتی ہے اور اس طرح دونوں ڈی این اے بن جاتے ہیں۔ دیگر پروکیریوٹک نقل ماڈل تھیٹا قسم کی نقل کا پہلے ہی ذکر کیا جا چکا ہے۔ پروکیریوٹک ریپلیکیشن کی دیگر اقسام ہیں جیسے رولنگ سرکل ریپلیکیشن اور ڈی-لوپ ریپلیکیشن رولنگ سرکل ریپلیکیشن یہ بیکٹیریل کنجگیشن میں دیکھا جاتا ہے جہاں وہی سرکلٹیمپلیٹ ڈی این اے گھومتا ہے اور اس کے ارد گرد نیا اسٹرینڈ تیار ہوتا ہے۔ ۔ جب کسی سگنل کے ذریعے کنجگیشن شروع کیا جاتا ہے تو ریلیکسیز انزائم اوریٹ پر کنجگٹیو پلازمیڈ کے ایک اسٹرینڈ میں ایک نک بناتا ہے۔ ریلیکسیز اکیلے یا ایک درجن سے زیادہ پروٹین کے کمپلیکس میں کام کر سکتا ہے جسے اجتماعی طور پر ریلیکسوسوم کہا جاتا ہے۔ ایف-پلازمیڈ نظام میں ریلیکسیز انزائم کو ٹرائی کہا جاتا ہے اور ریلیکسوسوم ٹرائی، ٹرائی، ٹرام اور مربوط میزبان عنصر آئی ایچ ایف پر مشتمل ہوتا ہے۔ نکڈ اسٹرینڈ، یا ٹی-اسٹرینڈ، پھر غیر ٹوٹے ہوئے اسٹرینڈ سے کھولا جاتا ہے اور 5 '-ٹرمینس سے 3'-ٹرمینس سمت میں وصول کنندہ سیل میں منتقل کیا جاتا ہے۔ بقیہ اسٹرینڈ کو یا تو کنجوگیٹو ایکشن سے آزاد (اوری وی سے شروع ہونے والی نباتاتی نقل) یا کنجوگیشن کے ساتھ مل کر نقل کیا جاتا ہے (کنجوگیٹو نقل لیمبڈا فیج کے رولنگ سرکل کی نقل کی طرح)۔ کامیاب منتقلی ہونے سے پہلے کنجوگیٹو ریپلیکیشن کے لیے دوسرے نک کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ ایک حالیہ رپورٹ میں دعوی کیا گیا ہے کہ کیمیکلز کے ساتھ کنجگیشن کو روکا گیا ہے جو اس دوسرے نکنگ ایونٹ کے درمیانی مرحلے کی نقل کرتے ہیں۔ ڈی-لوپ نقل زیادہ تر آرگنیلر ڈی این اے میں دیکھا جاتا ہے، جہاں ایک ٹرپل اسٹرینڈڈ ڈھانچہ تشکیل پاتا ہے جسے ڈسپلیسمنٹ لوپ کہا جاتا ہے۔ حوالہ جات ڈی این اے نقل