We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
أهداف التعلم المرتبطة بـ 2020_Spring_Bis2a_Facciotti_Lecture_25
- بالنظر إلى العقيدة المركزية ، اقترح أساسًا منطقيًا للحاجة إلى تنظيم كل خطوة ، بما في ذلك تحلل الجزيء الحيوي.
- بالنظر إلى المعلومات المتعلقة بالتنظيم الخيفي لبروتين ربط الحمض النووي ، توقع تأثير تغيير تركيز المنظم الخيفي على ارتباط عامل النسخ بعنصر تنظيمي.
- وصف أدوار كل من المنظمين النسبيين الإيجابي والسلبي في التحكم في التعبير الجيني.
- ارسم نماذج تساعد في شرح كيف أن الارتباط الخيفي للجزيئات الصغيرة بعوامل النسخ ذات التأثير الإيجابي والسلبي يمكن أن يفسر في كلتا الحالتين قدرتها على "رفع" أو "رفض" النسخ بطريقة تعتمد على تركيز جزيء صغير.
أمثلة على تنظيم الجينات البكتيرية
يصف هذا القسم مثالين على تنظيم النسخ في البكتيريا. كن على اطلاع في الفصل وفي المناقشة وفي أدلة الدراسة للحصول على امتدادات لهذه الأفكار واستخدمها لشرح الآليات التنظيمية المستخدمة لتنظيم الجينات الأخرى.
أمثلة على تنظيم الجينات في بكتريا قولونية
دور المروج
المستوى الأول من السيطرة على التعبير الجيني هو في المروج نفسه. يقوم بعض المروجين بتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) ويحولون أحداث ربط بروتين الدنا إلى نسخ أكثر كفاءة من المحفزات الأخرى. هذه الخاصية الجوهرية للمُروّج ، هي قدرته على إنتاج نسخة بمعدل معين ،
اتصال جامعة كاليفورنيا في ديفيس الجامعية:
استخدمت مجموعة من طلاب جامعة كاليفورنيا في ديفيس المهتمين بالبيولوجيا التركيبية هذه الفكرة لإنشاء مادة تركيبية
المثال رقم 1: Trp Operon
منطق تنظيم التخليق الحيوي للتربتوفان
بكتريا قولونية، مثل جميع الكائنات الحية ، تحتاج إما إلى تصنيع أو استهلاك الأحماض الأمينية للبقاء على قيد الحياة. الأحماض الأمينية التربتوفان هو أحد هذه الأحماض الأمينية. E. القولونية يمكن إما استيراد التربتوفان من البيئة (تناول ما يمكنه تنظيفه من العالم من حوله) أو تصنيع التربتوفان من جديد باستخدام الإنزيمات المشفرة بخمس جينات. هذه الجينات الخمسة
تنظيم trp أوبرون
الجينات الخمسة التي تشفر إنزيمات التخليق الحيوي للتربتوفان
بالتتابع على الكروموسوم وتحت سيطرة مروج واحد - أي الانتقاء الطبيعي
في الاوبرون. فقط قبل منطقة الترميز هي موقع بدء النسخ. هذا ، كما يوحي الاسم ، هو المكان الذي يبدأ فيه بوليميراز الحمض النووي الريبي نسخة جديدة. تسلسل المروج هو مزيد من المنبع لموقع بدء النسخ.
تسلسل DNA يسمى "المشغل"
بين المروج والأول
بعض التفاصيل الإضافية المتعلقة بمواقع ربط TF
يجب أن نلاحظ أن استخدام مصطلح "المشغل" يقتصر على عدد قليل من الأنظمة التنظيمية ودائمًا ما يشير إلى موقع الربط لعامل النسخ الذي يعمل بشكل سلبي. من الناحية المفاهيمية ، ما تحتاج إلى تذكره هو أن هناك مواقع على الحمض النووي تتفاعل مع البروتينات المنظمة ، مما يسمح لها بأداء وظيفتها المناسبة (مثل قمع أو تنشيط النسخ). سوف يتكرر هذا الموضوع عالميًا عبر علم الأحياء سواء كان مصطلح "المشغل"
.
في حين أن الأمثلة المحددة التي ستعرضها تصور مواقع ربط TF في مواقعها المعروفة ، فإن هذه المواقع ليست عالمية لجميع الأنظمة. يمكن أن تختلف مواقع ربط عامل النسخ في الموقع بالنسبة إلى المروج. هناك بعض الأنماط (على سبيل المثال ، غالبًا ما تكون الجهات التنظيمية الإيجابية في مقدمة المروج والهيئات التنظيمية السلبية تربطها بالمصب) ، ولكن هذه التعميمات ليست صحيحة بالنسبة لجميع الحالات. مرة أخرى ، الشيء الأساسي الذي يجب تذكره هو أن عوامل النسخ (سواء كانت إيجابية أو سلبية) لها مواقع ارتباط تتفاعل معها للمساعدة في تنظيم بدء النسخ بواسطة بوليميريز الحمض النووي الريبي.
الجينات الخمسة التي تتطلب توليف التربتوفان في مجموعة E. coli بجانب بعضها البعض في
الإسناد:
تنظيم trp أوبرون
عندما يكون التربتوفان موجودًا في الخلية: يرتبط جزيئين من التربتوفان بـ
وترجمته ، والتربتوفان
.
نظرًا لأن عامل النسخ يرتبط بشكل فعال بالمشغل للحفاظ على إيقاف تشغيل الجينات ، فإن
إلى
"والبروتينات التي ترتبط بالمشغل لإسكات الصوت trp التعبير المنظمين السلبيين.
مناقشة ملحوظة محتملة 
نقطة
لنفترض أن الطبيعة اتخذت نهجًا مختلفًا لتنظيم عامل trp. اقتراح طريقة لتنظيم التعبير عن
رابط خارجي
شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد عن
المثال الثاني: ملف لاك أوبرون
الأساس المنطقي لدراسة لاك أوبرون
في هذا المثال ، ندرس تنظيم الجينات التي تشفر البروتينات التي يتمثل دورها الفسيولوجي في استيراد واستيعاب اللاكتوز ثنائي السكاريد ، لاك أوبرون. قصة التنظيم لاك operon هو مثال شائع يستخدم في العديد من فصول البيولوجيا التمهيدية لتوضيح المبادئ الأساسية لتنظيم الجينات المحرض. نصف هذا المثال ثانيًا لأنه ، في تقديرنا ، أكثر تعقيدًا من المثال السابق الذي يتضمن نشاط عامل نسخ واحد يعمل بشكل سلبي.
تنظيم لاك يعد operon مثالًا رائعًا على كيفية قيام النشاط المنسق لكل من المنظمين الموجبين والسلبيين حول نفس المروج بدمج عدة مصادر مختلفة للمعلومات الخلوية لتنظيم التعبير عن الجينات.
أثناء استعراض هذا المثال ، ضع في اعتبارك النقطة الأخيرة. بالنسبة للعديد من مدربي Bis2a ، من المهم بالنسبة لك أن تتعلم لاك أوبرون قصة والمبادئ التوجيهية مما هو عليه الحال بالنسبة لك لحفظ الجدول المنطقي الموضح أدناه. عندما يكون هذا هو الحال ، فعادة ما يخبرك المدرب بذلك. غالبًا ما لا يقوم هؤلاء المعلمون عن عمد بتضمين أسئلة الامتحان حول لاك أوبرون. بدلاً من ذلك ، سيختبرونك حول ما إذا كنت قد فهمت المبادئ الأساسية التي تقوم عليها الآليات التنظيمية التي تدرسها باستخدام مثال lac operon. إذا لم يكن واضحًا ما يريده المعلم ، فاسأل.
استخدام اللاكتوز
اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من الجلوكوز والسداسي الجالاكتوز. عادة ما نواجه اللاكتوز في الحليب وبعض منتجات الألبان. كما يمكن للمرء أن يتخيل ، يمكن أن يكون السكاريد مادة غذائية مهمة للميكروبات التي يمكن أن تستخدم سداسيتيها. القولونية يمكن استخدام العديد من السكريات المختلفة كمصادر للطاقة والكربون ، بما في ذلك
و ال لاك أوبرون هي بنية ترميز الجينات الضرورية
ومعالجة اللاكتوز من البيئة المحلية. القولونيةومع ذلك ، لا تصادف في كثير من الأحيان اللاكتوز ، وبالتالي جينات لاك يجب أن أوبرون عادة
(أي "متوقف") عند غياب اللاكتوز. يؤدي نسخ هذه الجينات عند غياب اللاكتوز إلى إهدار الطاقة الخلوية الثمينة.
اللاكتوز موجود ، سيكون منطقيًا للجينات المسؤولة عن استخدام السكر
(أي "قيد التشغيل"). حتى الآن ، القصة مشابهة جدًا لقصة أوبرا التربتوفان الموصوف أعلاه.
ومع ذلك، هناك كمية الصيد. التجارب التي أجريت في
من قبل جاكوب ومونود أظهر ذلك بكتريا قولونية يفضل استخدام كل الجلوكوز الموجود في البيئة قبل أن يستخدم اللاكتوز. هذا يعني أن الآلية المستخدمة لاتخاذ القرار
للتعبير عن جينات استخدام اللاكتوز يجب أن تكون قادرة على دمج نوعين من المعلومات (1) تركيز الجلوكوز و (2) تركيز اللاكتوز. في حين أن هذا يمكن من الناحية النظرية
بطرق متعددة ، سوف نفحص كيف لاك ينجز Operon هذا باستخدام عوامل النسخ المتعددة.
المنظمون النسخ من لاك أوبرون
ال لاك مثبط - جهاز استشعار مباشر للاكتوز
كما لوحظ ، فإن لاك أوبرون عادة ما يكون منخفضًا جدًا أو لا ينتج نسخًا في حالة عدم وجود اللاكتوز. هذا بسبب عاملين: (1) قوة المروج التأسيسية للأوبون منخفضة نسبيًا و (2) يؤثر الوجود المستمر لبروتين مثبط LacI سلبًا على النسخ. يرتبط هذا البروتين بموقع المشغل بالقرب من المروج ويمنع RNA polymerase من نسخ لاك جينات الأوبيرون.
بروتين CAP - جهاز استشعار غير مباشر للجلوكوز
في بكتريا قولونية، عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، الجزيء الصغير AMP دوري (
هو جزيء إشارة شائع
في استقلاب الجلوكوز والطاقة في العديد من الكائنات الحية. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الخلية ، تزداد تركيزات
السماح لهذا المركب بالالتزام بمنظم النسخ الموجب المسمى بروتين منشط الكاتابوليت (CAP) - يشار إليها أيضًا باسم CRP.
يحتوي مجمع -CAP على العديد من المواقع في جميع أنحاء بكتريا قولونية الجينوم والعديد من هذه المواقع
بالقرب من مروجي العديد من العوامل التي تتحكم في معالجة السكريات المختلفة.
في ال لاك أوبرون
-CAP موقع ملزم
المنبع من المروج. تجليد
-CAP للحمض النووي يساعد على تجنيد وإبقاء بوليميريز الحمض النووي الريبي في المروج. زيادة شغل بوليميراز الحمض النووي الريبي لمروجها
يؤدي إلى زيادة مخرجات النسخ. هنا ، يعمل بروتين CAP كمنظم إيجابي.
لاحظ أن CAP-
يمكن للمركب ، في عوامل أخرى ، أن يعمل أيضًا كمنظم سلبي اعتمادًا على مكان موقع الربط لـ CAP-
مركب
بالنسبة إلى موقع ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي.
وضع كل ذلك معًا: حث التعبير عن أوبرون lac
بالنسبة إلى لاك مشغل ل
عرض أكثر دقة لوظيفة مثبط lac
يصف وصف وظيفة مثبط lac بشكل صحيح منطق آلية التحكم المستخدمة حول
منطقة تنظيم lac operon التي تصور المروج وثلاثة مشغلي lac وموقع ربط CAP.
الإسناد:
يصور tetramer lac repressor (الأزرق) ربط اثنين من المشغلين على حبلا من DNA حلقي (برتقالي).
الإسناد:
تنظيم الجينات حقيقية النواة
نظرة عامة على اللوائح
كما لوحظ سابقًا ، فإن التنظيم يدور حول اتخاذ القرار. تنظيم الجينات ، كموضوع عام ، يتعلق ب
حول التعبير الوظيفي للمادة الجينية. سواء كان المنتج النهائي هو نوع من أنواع الحمض النووي الريبي أو بروتينًا ، فإن إنتاج المنتج النهائي المعبر عنه يتطلب عمليات تتخذ خطوات متعددة. لقد أمضينا بعض الوقت في مناقشة بعض هذه الخطوات (مثل النسخ والترجمة) وبعض الآليات التي تستخدمها الطبيعة لاستشعار المعلومات الخلوية والبيئية لتنظيم بدء النسخ.
عندما ناقشنا مفهوم المروجين القوي والضعيف ، قدمنا فكرة أن تنظيم كمية (عدد الجزيئات) من النسخة المنتجة من المروج في وحدة زمنية معينة قد يكون مهمًا أيضًا للوظيفة. لا ينبغي أن يكون هذا مفاجئًا تمامًا. بالنسبة للجين المشفر للبروتين ، فكلما زاد عدد النسخ ، زادت القدرة على إنتاج المزيد من البروتين. قد يكون هذا مهمًا عندما يكون صنع الكثير من إنزيم معين مفتاحًا للبقاء. في حالات أخرى ، تحتاج الخلية فقط إلى القليل من بروتين معين ، وبالتالي فإن إنتاج الكثير من البروتين سيكون إهدارًا للموارد الخلوية.
، قد تفضل الخلية مستويات منخفضة من النسخ. يمكن للمروجين من مختلف القوى تلبية هذه الاحتياجات المتفاوتة. فيما يتعلق برقم النص ، ذكرنا أيضًا بإيجاز أن التوليف ليس الطريقة الوحيدة لتنظيم الوفرة. عمليات التدهور مهمة أيضًا في الاعتبار.
في هذا القسم ، نضيف إلى هذه الموضوعات من خلال التركيز على العمليات التنظيمية حقيقية النواة. على وجه التحديد ، نحن نفحص - وأحيانًا نعيد فحص - الخطوات المتعددة المطلوبة للتعبير عن المادة الجينية في الكائنات حقيقية النواة في
اللائحة. لا نريدك فقط أن تفكر في العمليات ولكن أيضًا أن تدرك أن كل خطوة في عملية التعبير هي أيضًا فرصة لضبط ليس فقط وفرة نسخة أو بروتين ولكن أيضًا حالته الوظيفية أو شكله (أو متغيره) ، و / أو الاستقرار. قد يكون كل من هذه العوامل الإضافية أيضًا مهمًا بشكل حيوي للنظر فيه للتأثير على وفرة المتغيرات الوظيفية المحددة المشروطة.
الاختلافات الهيكلية بين الخلايا البكتيرية وحقيقية النواة التي تؤثر على تنظيم الجينات
السمة المميزة للخلية حقيقية النواة هي النواة ، وهي عبارة عن غشاء مزدوج يحيط بالمادة الوراثية للخلية. من أجل ملاءمة الحمض النووي للكائن الحي بكفاءة في المساحة المحصورة للنواة ، يتم تعبئة الحمض النووي أولاً وتنظيمه بواسطة البروتين في بنية تسمى الكروماتين. هذه العبوة للمواد النووية تقلل من الوصول إلى أجزاء معينة من الكروماتين. يتم حزم بعض عناصر الحمض النووي بإحكام بحيث لا تستطيع آلية النسخ الوصول إلى المواقع التنظيمية مثل المروجين. هذا يعني أن أحد المواقع الأولى لتنظيم النسخ في حقيقيات النوى يجب أن يكون التحكم في الوصول إلى الحمض النووي نفسه. يمكن أن تخضع بروتينات الكروماتين لتعديل إنزيمي يمكن أن يؤثر على ما إذا كانت ترتبط بإحكام (وصول نسخ محدود) أو بشكل أكثر مرونة (وصول نسخ أكبر) إلى جزء من الحمض النووي
عملية التعديل هذه - أي اتجاه
الأول - قابل للعكس. لذلك ، يمكن للحمض النووي
وإتاحته عندما "يحين الوقت".
يتضمن تنظيم التعبير الجيني في حقيقيات النوى أيضًا
نفس الآليات الأساسية الإضافية التي تمت مناقشتها في الوحدة النمطية حول التنظيم البكتيري (أي استخدام المروجين القوي أو الضعيف ، وعوامل النسخ ، والمُنهي ، وما إلى ذلك) ولكن العدد الفعلي للبروتينات المتضمنة يكون عادةً أكبر بكثير في حقيقيات النوى من البكتيريا أو العتائق.
المعالجة الأنزيمية بعد النسخ للـ RNA التي تحدث في النواة وتصدير الناضج
إلى العصارة الخلوية هما فرقان إضافيان بين تنظيم الجينات البكتيرية وحقيقية النواة. سننظر في هذا المستوى من التنظيم بمزيد من التفصيل أدناه.
تصوير بعض الاختلافات الرئيسية بين عمليات التعبير الجيني البكتيري وحقيقية النواة. لاحظ في هذه الحالة
الإسناد:
تعبئة الحمض النووي والعلامات اللاجينية
الحمض النووي في الخلايا حقيقية النواة
تعبئة الحمض النووي
المستوى الأول من التنظيم ، أو التعبئة ، هو لف خيوط الحمض النووي حولها هيستون البروتينات. تجمع الهيستونات وترتيب الحمض النووي في وحدات هيكلية تسمى النيوكليوزومات، والتي يمكنها التحكم في وصول البروتينات إلى مناطق معينة من الحمض النووي. تحت المجهر الإلكتروني ، فإن هذا اللف للحمض النووي حول بروتينات الهيستون لتشكيل الجسيمات النووية يشبه حبات صغيرة على خيط. يمكن لهذه الحبيبات (المجمعات النووية) أن تتحرك على طول السلسلة (DNA) لتغيير مناطق الحمض النووي التي يمكن الوصول إليها من خلال آلية النسخ. بينما يمكن للنيوكليوسومات أن تتحرك لفتح بنية الكروموسوم لفضح جزء من الحمض النووي ، فإنها تفعل ذلك بطريقة مسيطر عليها للغاية.
ينثني الحمض النووي حول بروتينات هيستون لإنشاء مجمعات نيوكليوسوم (أ). تتحكم هذه النيوكليوسومات في وصول البروتينات إلى الحمض النووي الأساسي. عندما ينظر إليها من خلال المجهر الإلكتروني (
تعديل هيستون
تعتمد كيفية تحرك بروتينات الهيستون على الإشارات الكيميائية الموجودة في كل من بروتينات الهيستون وعلى الحمض النووي. هذه الإشارات الكيميائية عبارة عن علامات كيميائية تضاف إلى بروتينات الهيستون والحمض النووي الذي يخبر الهيستونات إذا كان يجب أن تكون منطقة الكروموسومات "مفتوحة" أو "مغلقة". يوضح الشكل أدناه التعديلات على بروتينات الهيستون والحمض النووي. هذه العلامات ليست دائمة ، ولكن يجوز
يمكن أن تنزلق النيوكليوسومات على طول الحمض النووي. عندما النيوكليوسومات
مناقشة ملحوظة محتملة نقطة
في مرحلة النضج اللاحقة لخلايا الحيوانات المنوية ، يتم استبدال الهستونات (التي تحتوي على أعداد كبيرة من الأحماض الأمينية اللايسينية) بالبروتامين ، وهي بروتينات نووية صغيرة غنية جدًا بأحماض الأرجينين الأمينية. يقال أن هذه العملية ضرورية لتكثيف رأس الحيوانات المنوية وتثبيت الحمض النووي. بناءً على هذه المعلومات ، ما هي المقارنات التي يمكنك إجراؤها بين البروتامين والهيستونات؟ لماذا من المهم وجود أعداد كبيرة من اللايسين والأرجينين في الهيستونات والبروتامين؟ ما هي الأسباب التي تعتقد أن البروتامين يحل محل الهستونات في الحيوانات المنوية وليس الخلايا الأخرى؟
تعديل الحمض النووي
لا تؤدي التغييرات الجينية إلى تغييرات دائمة في تسلسل الحمض النووي. تغير التغييرات الوراثية اللاجينية بنية الكروماتين (معقد البروتين والحمض النووي) للسماح أو تمنع الوصول إلى نسخ الجينات. يمكن أن يؤدي تعديل الحمض النووي مثل الميثيل على نيوكليوتيدات السيتوزين إما إلى تجنيد البروتينات المثبطة التي تمنع وصول بوليميريز الحمض النووي الريبي إلى نسخ
مصدر:
تنظيم التعبير الجيني من خلال إعادة تشكيل الكروماتين
رابط خارجي
شاهد هذا الفيديو الذي يصف كيف يتحكم التنظيم اللاجيني في التعبير الجيني.
بنية الجينات حقيقية النواة ومعالجة الحمض النووي الريبي
هيكل الجينات حقيقية النواة
العديد من الجينات حقيقية النواة ، خاصة تلك التي تشفر منتجات البروتين ،
أجزاء الجين النموذجي حقيقيات النوى المتقطع. الإسناد:
تتضمن أجزاء من جين حقيقيات النوى العام عناصر مألوفة مثل المحفز والمنهي. بين هذين العنصرين ، تقوم المنطقة بترميز جميع عناصر الجين التي لديها القدرة على ذلك
(ليس لديهم أكواد توقف) ، كما هو الحال في الأنظمة البكتيرية ،
إطار القراءة المفتوح (ORF). محسن و / أو
العناصر هي مناطق من الحمض النووي تقوم بتجنيد البروتينات المنظمة. يمكن أن تكون قريبة نسبيًا من المحفز ، كما هو الحال في الأنظمة البكتيرية ، أو آلاف النيوكليوتيدات. توجد أيضًا في العديد من النصوص البكتيرية ، توجد أيضًا مناطق غير مترجمة 5 'و 3' (UTRs). تقوم هذه المناطق من الجين بتشفير أجزاء من
والتي ، كما تدل أسمائهم ،
والجلوس 5 'و 3' ، على التوالي ، إلى ORF. ترميز UTRs عادةً بعض العناصر التنظيمية المهمة لتنظيم النسخ أو خطوات التعبير الجيني التي تحدث بعد النسخ.
أنواع الحمض النووي الريبي الناتجة عن نسخ هذه الجينات هي أيضًا متقطعة وبالتالي يجب
قبل الخروج من النواة إلى
أو تستخدم في العصارة الخلوية كرنا ناضجة. في الأنظمة حقيقية النواة يتضمن ذلك تضفير الحمض النووي الريبي (RNA) ، وسد 5 '، و 3' انشقاق طرفي ، وعديد الأدينيل. هذه السلسلة من الخطوات هي عملية جزيئية معقدة يجب أن تحدث داخل الحدود المغلقة للنواة. توفر كل خطوة من هذه الخطوات فرصة لتنظيم وفرة النصوص المصدرة والأشكال الوظيفية التي ستتخذها هذه النصوص. في حين أن هذه ستكون موضوعات لدورات أكثر تقدمًا ، فكر في كيفية تأطيرها
الموضوعات التالية كمشكلات فرعية لتحدي التصميم للتنظيم الجيني. إذا لم يكن هناك شيء آخر ،
نقدر الرقص الجزيئي المنسق للغاية الذي يجب أن يحدث للتعبير عن الجين وكيف أن هذا جزء مذهل من الهندسة التطورية.
5 'وضع حد أقصى
كما هو الحال في الأنظمة البكتيرية ، يجب على الأنظمة حقيقية النواة تجميع معقد ما قبل البدء في وحول تسلسل المحفز لبدء النسخ. تخدم المجمعات التي تتجمع في حقيقيات النوى العديد من الوظائف نفسها التي تؤديها تلك الموجودة في الأنظمة البكتيرية ، لكنها أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ ، حيث تشتمل على العديد من البروتينات المنظمة. يسمح هذا التعقيد الإضافي بتنظيم أكبر وتجميع البروتينات ذات الوظائف التي تحدث في الغالب في الأنظمة حقيقية النواة. إحدى هذه الوظائف الإضافية هي "تغطية" النصوص الوليدة.
في جينات ترميز البروتينات حقيقية النواة ، يتم إنتاج الحمض النووي الريبي لأول مرة
قبل
. تشير البادئة "pre" إلى أن هذا ليس mRNA الناضج الكامل الذي سيفعل
وأنه يتطلب أولاً بعض المعالجة. يحدث التعديل المعروف باسم 5'-capping بعد
حوالي 20-30 نيوكليوتيدات طويلة. في هذه المرحلة ، يتلقى ما قبل الحمض النووي الريبي عادةً أول تعديل له بعد النسخ ، وهو 5'-cap. "الغطاء" هو تعديل كيميائي - أ 7-
- التي يتم تحفيز إنزيمي لإضافتها إلى نهاية النسخة 5 بوصات بواسطة إنزيمات متعددة تسمى مجمع إنزيم السد (CEC) وهي مجموعة من الإنزيمات المتعددة التي تنفذ خطوات متسلسلة تشارك في إضافة غطاء 5 بوصات. يرتبط CEC ببوليميراز RNA في وقت مبكر جدًا من النسخ وينفذ تعديلًا لـ 5 'ثلاثي الفوسفات ، النقل اللاحق لـ GTP
(توصيل النيوكليوتيدات باستخدام رابط فريد من 5'-to-5 ') ، ومثيلة الغوانين المنقولة حديثًا ، وفي بعض النسخ ، التعديلات الإضافية على النيوكليوتيدات القليلة الأولى. يبدو أن غطاء 5 هذا يعمل عن طريق حماية النسخة الناشئة من التدهور و
بواسطة بروتينات ربط الحمض النووي الريبي المعروفة باسم مجمع ربط الغطاء (CBC). هناك بعض الأدلة على أن هذا التعديل والبروتينات المرتبطة به يلعبان دورًا في استهداف النسخة للتصدير من النواة. إن حماية الحمض النووي الريبي الناشئ من التدهور ليس مهمًا فقط للحفاظ على الطاقة المستثمرة في تكوين
لكن
في تنظيم وفرة
نسخ ذلك
.
دور الـ 5'-cap في توجيه النص للتصدير سيساعد بشكل مباشر ليس فقط في تنظيم كمية النسخة التي
لكن ربما
مقدار النص ذلك
إلى السيتوبلازم الذي لديه القدرة على
.
هيكل نموذجي 7-
الربط النصي
يجب أن تعالج الخلايا النسخ الوليدة إلى RNAs ناضجة عن طريق الانضمام إلى exons وإزالة الإنترونات المتداخلة. أنهم
باستخدام مركب متعدد المكونات من الحمض النووي الريبي والبروتينات تسمى spliceosome. يتجمع مجمع spliceosome في النسخة الوليدة ، وفي أغلب الأحيان يتخذ قرارات بشأن الإنترونات التي يجب دمجها في نسخة ناضجة
عند هذه النقطة. كيف هذه القرارات
ولكنه ينطوي على التعرف على تسلسل الحمض النووي المحدد في مواقع لصق بواسطة الحمض النووي الريبي وأنواع البروتين والعديد من الأحداث التحفيزية. من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن الجزء التحفيزي من spliceosome
من الحمض النووي الريبي بدلاً من البروتين. تذكر أن الريبوسوم هو مثال آخر على
-مركب البروتين حيث يعمل الحمض النووي الريبي كمكون تحفيزي أولي. يعد اختيار أي متغير لصق يتم إجراؤه شكلاً من أشكال تنظيم التعبير الجيني.
بدلاً من التأثير على وفرة النص ، يسمح التضفير البديل للخلية بتحديد أيهما
.
كما الأشكال الإسوية. إنشاء الأشكال الإسوية شائع في أنظمة حقيقية النواة و
لتكون مهمًا في مراحل مختلفة من التطور في الكائنات متعددة الخلايا وفي تحديد وظائف أنواع الخلايا المختلفة.
ترميز متعددة
منتجات جينية من جين واحد يبدأ نسخه
من موقع تنظيمي نصي واحد (بواسطة
المنتج النهائي الذي سيتم إنتاجه بعد النسخ) يغني عن الحاجة إلى إنشاء نسخ مستقلة من كل جين والاحتفاظ بها في أجزاء مختلفة من الجينوم وتطوير مواقع تنظيمية مستقلة. لذلك ، فإن القدرة على تكوين العديد من الأشكال الإسوية من منطقة تشفير واحدة يمكن أن تكون تطورية
لأنه يتيح بعض الكفاءة في تشفير الحمض النووي ، ويقلل من التعقيد التنظيمي للنسخ ، وقد يقلل من عبء الطاقة للحفاظ على المزيد من الحمض النووي وحمايته من الطفرات. بعض الأمثلة على
يمكن أن تشمل نتائج التضفير البديل: توليد متغيرات إنزيمية ذات ألفة تفاضلية للركيزة أو معدلات تحفيزية ؛
؛ وظائف جديدة تماما ، عن طريق مبادلة مجالات البروتين يمكن
. هذه فقط أمثلة قليلة.
إحدى النتائج الإضافية المثيرة للاهتمام للربط البديل هي إدخال أكواد الإيقاف التي يمكن ، من خلال آلية يبدو أنها تتطلب الترجمة ، أن تؤدي إلى الانحلال المستهدف للنسخة. هذا يعني أنه إلى جانب التحكم في بدء النسخ والسد 5'، يمكننا أيضًا اعتبار التضفير البديل كواحد من الآليات التنظيمية التي قد تؤثر على وفرة النسخ. وبالتالي ، فإن تأثيرات التضفير البديل واسعة النطاق - من الخسارة الكاملة للوظيفة إلى وظيفة جديدة ومتنوعة إلى التأثيرات التنظيمية.
شكل يصور بعض الأنماط المختلفة للربط البديل يوضح كيف يمكن أن تؤدي متغيرات لصق مختلفة إلى أشكال بروتينية مختلفة.
الإسناد:
3 انشطار نهاية وبولي أدينيل
الإسناد:
MicroRNAs
استقرار RNA و microRNAs
إلى جانب تعديلات ما قبل الحمض النووي الريبي الموصوفة أعلاه والبروتينات المرتبطة بها والتي ترتبط بالنصوص والناشئة ، هناك عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على استقرار الحمض النووي الريبي في الخلية. أحد الأمثلة على ذلك هو عناصر تسمى microRNAs. الجسيمات الدقيقة ، أو الجزيئات الدقيقة ، هي جزيئات قصيرة من الحمض النووي الريبي تتكون من 21-24 نيوكليوتيد فقط
التصدير النووي
التصدير النووي
معالجة كاملة وناضجة
نحن نعلم الكثير من التفاصيل الإضافية للعمليات الموضحة أعلاه إلى مستوى معين من التفاصيل ، ولكن لا يزال هناك الكثير من الأسئلة
. من أجل Bis2a عليه
لتشكيل نموذج للخطوات التي تحدث في إنتاج نسخة ناضجة في الكائنات حقيقية النواة. لقد رسمنا صورة بضربات عريضة جدًا ، في محاولة لتقديم مشهد يعكس ما يحدث
في جميع حقيقيات النوى. إلى جانب تعلم السمات المميزة الرئيسية لتنظيم الجينات حقيقية النواة ، نود أيضًا أن يفكر طلاب Bis2a في كل خطوة من هذه الخطوات كفرصة للطبيعة لتنظيم التعبير الجيني
ولتبرير كيفية تأثير أوجه القصور أو التغييرات في هذه المسارات - التي يُحتمل تقديمها من خلال الطفرات - على التعبير الجيني.
بينما لم نطرح تحدي التصميم أو قصة الطاقة بشكل صريح
هذه الشكليات بارعة بنفس القدر في مساعدتك على فهم ما يتم وصفه. نحن نشجعك على محاولة إنشاء قصة طاقة لعمليات مختلفة. نشجعك أيضًا على استخدام نموذج تقييم تحدي التصميم لإعادة فحص القصص أعلاه: تحديد المشكلات التي تحتاج إلى حل ؛ افترض الحلول الممكنة ومعايير النجاح. استخدم الشكليات للتعمق أكثر وطرح أسئلة جديدة / تحديد المشاكل أو الأشياء الجديدة التي لا تعرفها عن العمليات هو ما يفعله الخبراء. من المحتمل أن يؤدي القيام بهذا التمرين المقترح إلى تحديد اتجاه البحث الذي اتبعه شخص ما بالفعل (ستشعر بذلك
ذكي في ذلك!). بدلاً من ذلك ، يمكنك طرح سؤال جديد تمامًا لم يفكر فيه أحد بعد.
السيطرة على وفرة البروتين
بعد أن تم نقل mRNA إلى السيتوبلازم ،
مجمع البدء ومعدل الترجمة
مثل النسخ ،
زيادة في مستويات الفسفرة
التعديلات الكيميائية ونشاط البروتين وطول العمر
لا
بواسطة الأحماض النووية ، يمكن للبروتينات أيضًا
مع إضافة مجموعات تشمل مجموعات الميثيل والفوسفات والأسيتيل واليوبيكويتين. يمكن أن تؤدي إضافة أو إزالة هذه المجموعات من البروتينات إلى تنظيم نشاطها أو تنظيم
وقت وجودهم في الخلية. في بعض الأحيان يمكن أن تنظم هذه التعديلات مكان وجود البروتين
في الخلية - على سبيل المثال ، في النواة ، السيتوبلازم ، أو متصلة بغشاء البلازما.
يمكن أن تحدث التعديلات الكيميائية استجابة للمنبهات الخارجية مثل الإجهاد أو نقص المغذيات أو الحرارة أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
تنظيم وظيفة البروتينات نفسها ، إذا حدثت هذه التغييرات على بروتينات معينة ، فيمكنها تغيير إمكانية الوصول اللاجيني (
تعديل هيستون) ، النسخ (عوامل النسخ) ، استقرار mRNA (بروتينات ربط RNA) ، أو الترجمة (
-2) وبالتالي تغذي وتنظم أجزاء مختلفة من عملية التعبير الجيني.
تعديل البروتينات التنظيمية ، يمكن أن يكون هذا وسيلة فعالة للخلية
مستويات بروتينات معينة استجابة للبيئة من خلال تنظيم مختلف الخطوات
.
إن إضافة مجموعة اليوبيكويتين لها وظيفة أخرى - فهي تحدد هذا البروتين للتحلل. Ubiquitin هو جزيء صغير يعمل مثل العلم
أن البروتينات الموسومة يجب أن
لعضية تسمى البروتيازوم. هذه العضية عبارة عن مركب كبير متعدد البروتينات يعمل على شطر البروتينات إلى قطع أصغر يمكنها بعد ذلك
. يساعد التواجد في كل مكان (إضافة علامة يوبيكويتين) على التحكم في التعبير الجيني عن طريق تغيير العمر الوظيفي لمنتج البروتين.
يتم تمييز البروتينات التي تحمل علامات يوبيكويتين للتحلل داخل البروتيازوم.
في الختام ، نرى أن تنظيم الجينات معقد وذاك
