تنظیم بیان ژن
همۀ سلولهای سوماتیک بدن ما در نتیجۀ تقسیم میتوز سلول تخم بوجود میآیند، این سلولها کروموزمها و ژنهای یکسانی دارند. مثلاً سلول عصبی و ماهیچۀ بدن دارای ژنهای مشترکیاند؛ اما شکل و عملکرد آنها دارای تفاوتهایی است.
علت تفاوت شکل و عملکرد سلولهای سوماتیک بدن
همۀ سلولها تمام کروموزومها را دارند و محتوای ژنی در همه مشترک است؛ اما آنچه باعث تفاوت میشود این است که در هر سلول تعدادی ژنِ فعال وجود دارد و بقیۀ ژنها غیرفعال هستند. وقتی یک سلول از یک اطلاعات ژنی استفاده کند؛ اصطلاحاً میگوییم آن ژن بیان شده یا روشن است و وقتی یک سلول از یک اطلاعات ژنی استفاده نکند؛ اصطلاحاً میگوییم آن ژن بیان نشده یا خاموش است. ممکن است مقدار، مدت و زمانی که سلولهای متفاوت یک جاندار یا حتی یک سلول (بسته به نیازش) از یک ژن استفاده میکند متفاوت باشد.
تنظیم بیان ژن را میتوان اینگونه تعریف کرد:
«فرایندهایی که تحتتأثیر عوامل مختلف مشخص میکنند که کدام ژن، در چه زمانی و چقدر بیان شود.»
تنظیم بیان ژن موجب پاسخ جاندار به تغییرات میشود؛ مثلاً وقتی نور به گیاه برخورد میکند باعث فعالشدن ژنی در گیاه میشود که آن ژن آنزیم فتوسنتز میسازد. تنظیم بیان ژن باعث بوجود آمدن سلولهای متفاوت از یک سلول میشود؛ مثل تولید انواع سلولهای خونی از مغز قرمز استخوان.
تنظیم بیان ژن در پروکاریوتها
محصول ژن ما pro یا RNA است که در تنظیم بیان ژن میتواند در هر یک از مراحل ترجمه و رونویسی انجام شود؛ ولی معمولاً در مرحلۀ رونویسی بیان ژن تنظیم میشود.
- نکته: محل انجام ترجمه و رونویسی در پروکاریوتها سیتوپلاسم است.
تنظیم رونویسی در پروکاریوتها
ممکن است یک سری عوامل به اتصال RNA پلیمراز به راهانداز کمک کنند یا از اتصال آنها جلوگیری کنند؛ این عوامل میتوانند تنظیم رونویسی را آسانتر کنند یا از آن جلوگیری کنند؛ مثلاً در باکتری اشرشیاکلای، گلوکز قند ترجیحی آن است ولی اگر در محیط قند دیگری مثل لاکتوز باشد باکتری مجبور است برای استفاده، آن را تجزیه کند، که در این صورت باید آنزیم لازم را بسازد و وقتی در محیط گلوکز موردنیاز خود را داشت از ساخت آنزیم تجزیهکننده لاکتوز جلوگیری کند و ساخت آن را مهار کند، یا ساخت آن را کاهش دهد؛ همۀ این موارد تحت شرایط ممکن است.
- نکته: مصرف شیر با گلوکز باعث میشود که شیر تجزیه و جذب نشود؛ چراکه باکتری قند ترجیحیاش گلوکز است؛ و در حضور گلوکز ژن خود را روشن نمیکند.
تنظیم بیان ژن
الف) القایی
ب) مهاری
القایی: (همان تنظیم منفی رونویسی) یعنی رونویسی یک ژن با اضافهشدن مادۀ شیمیایی خاصی به محیط القا میشود که اغلب یکی از پیشماده آنزیمی است که کد میشود و در حال ساخت است.
مهاری: ژنی که با اضافهشدن مادۀ شیمیایی خاموش میشود.
تنظیم منفی رونویسی
رونویسی با اتصال RNA پلیمراز به راهانداز آغاز میشود؛ اما وقتی شروع به رونویسی کند و مانعی جلوی فعالیت را بگیرد در این صورت رونویسی انجام نمیشود که به آن تنظیم منفی رونویسی میگویند.
روی اپراتور ما پروتئینی بهنام مهارکننده قرار گرفته است که اجازۀ رونویسی را نمیدهد و در اینجا لاکتوزِ درون باکتری با اتصال به مهارکننده باعث میشود شکل فضایی (ساختار سوم پروتئین) مهارکننده تغییر پیدا کند و از اپراتور جدا شود؛ حالا روی اپراتور مانعی نیست و RNA پلیمراز میتواند شروع به رونویسی ژن کند، محصول این ژن آنزیم لاکتاز است، که تجزیهکنندۀ لاکتوز است.
♦ نکته: ژنهای مسئول ساخت لاکتوز سه عدد هستند.
♦ نکته: هدف نهایی در تولید لاکتاز، به دستآوردن گلوکز توسط باکتری است.
♦ نکته: ریبوزم پروکاریوتی و RNA پلیمراز پروکاریوتی درون Ecoli لاکتاز را تولید میکنند.
تنظیم مثبت رونویسی
در اینجا برای اینکهRNA پلیمراز به راهانداز متصل شود به کمک یکسری پروتئینهای خاص نیاز دارد. مثلاً اگر در محیط باکتری مالتوز باشد؛ باکتری تشخیص میدهد که آنزیم تجزیهکنندۀ آن را بسازد، و وقتی مالتوز نباشد این آنزیم را نمیسازد و ژن آن خاموش است؛ در واقع حضور مالتوز محرکی برای روشنشدن ژن میشود. این تنظیم بهصورت مثبت است؛ یعنی با وجود مالتوز نوعی پروتئین بهنام فعالکننده وجود دارد که به توالی خاصی از DNA متصل میشود که به آن جایگاه اتصال فعالکننده میگویند. در حضور مالتوز این پروتئینهای فعالکننده به جایگاه خودشان اتصال پیدا میکنند و در این صورت RNA پلیمراز راحتتر راهانداز را پیدا کرده و متصل میشود و رونویسی را شروع میکند.
♦ نکته: بعضی باکتریها اپراتور دارند؛ مثلاً در اینجا اپراتور نداریم.
♦ نکته: فعالکننده مجموعهای از از پروتئینهاست که ژن را روشن میکنند.
♦ نکته: مالتوز پس از تجزیه به دو تا گلوکز تبدیل شده Ecoli و انسان آن را مصرف میکنند.
♦ نکته: ژنهای سازنده مالتاز مثل لاکتاز سه عدد است؛ و مالتوز هیچگاه روی ژن قرار نمیگیرد و به فعالکننده متصل میشود.
تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها
در یوکاریوتها ما تنظیم بیان ژن پیچیدهتری داریم و میتواند در مرحلههای دیگری هم اتفاق بیفتد. مثلاً ممکن است این تنظیم بیان ژن قبل از شروع رونویسی و یا حتی پس از رونویسی اتفاق بیفتد. سلولهای یوکاریوت توسط غشاها تقسیم شدهاند و از طرفی اگر عوامل تغییردهنده تنظیم بیان ژن بخواهند عمل کنند باید از این غشاها عبور کنند. ژن سلولهای یوکاریوت بیشتر در هسته و برخی در میتوکندری و کلروپلاست قرار دارد. در هر کدام از این مکانها، سلول میتواند بیان ژن را تنظیم کند.
تنظیم بیان ژن در مرحله رونویسی
در یوکاریوتها مثل پروکاریوتها رونویسی ما با اتصالRNA پلیمراز به راهانداز اتفاق میافتد اماRNA پلیمراز به تنهایی نمیتواند راهانداز را شناسایی کند پس ما به پروتئینهایی بهنام عوامل رونویسی نیاز داریم که کار ما را تسهیل کنند.
عوامل رونویسی: پروتئینهایی هستند که یک نوع آن روی راهانداز قرار میگیرد و کمک میکند RNA پلیمراز بهتر راهانداز را بشناسد.
در ابتدا گروهی ازاین عوامل رونویسی به نواحی خاصی از راهانداز متصل میشوند و RNA پلیمراز را به محل راهانداز هدایت میکند.
چون توالی راهانداز در ژنهای مختلف، متفاوت است، تمایل این عوامل برای اتصال به راهاندازهای مختلف، متفاوت شده و این مقدار رونویسی ما را دچار تغییر میکند. در مواردی ممکن است این عوامل به بخش دیگری بهنام توالی فزاینده متصل شوند و با ایجاد خمیدگی و ایجاد حلقه در ژن دو گروه عوامل رونویسی را کنار هم قرار دهد و این باعث افزایش سرعت و مقدار رونویسی میشود.
- نکته: توالی افزاینده ممکن است در فاصله دوری از ژن ما قرار گرفته باشد.
تحت یک سری شرایط ممکن است تمایل این پروتئینها برای متصلشدن به راهانداز دچار تغییر شود و در این صورت اتصال RNA پلیمراز نیز دچار تغییر شده و در نتیجه مقدار رونویسی ما هم دچار تغییر میشود.
توالی فزاینده: قسمتی از مولکول DNA است که نوع دیگری از عوامل رونویسی روی آن قرار میگیرد و رونویسی را تقویت میکند.
- نکته: وقتی توالی افزاینده به راهانداز نزدیک میشود، عوامل رونویسی متصل به افزاینده از افزاینده انرژی را دریافت کرده و آن را به RNA پلیمراز میدهد و RNA پلیمراز با دریافت این انرژی رونویسی را آغاز میکند.
تنظیم بیان ژن در مراحل غیر رونویسی
روش اول:
بعضی از RNAهای کوچک بهRNA پیک متصل میشوند و با این کار ریبوزوم از کار میافتد و ترجمه انجام نخواهد شد و RNA پیک هم بعد از مدتی از بین میرود. اینجا پس از رونویسی تنظیم بیان ژن اتفاق میافتد.
روش دوم:
در سطح کروموزم معمولاً دسترسی به بخشهای فشرده کروموزم برای RNA پلیمراز کمتر است و سلول با تغییر در میزان فشردگی کروموزم در بخشهای خاص، اتصال RNA پلیمراز را به ژن تنظیم میکند. این مورد هم قبل از شروع رونویسی بیان ژن تنظیم میشود.
روش سوم:
نقش احتمالی میانهها
با افزایش تعداد و طول میانهها، زمان پروتئینسازی را افزایش میدهد و از طرفی با افزایش طول عمر RNA پیک، مقدار پروتئین افزایش که در کمیت و کیفیت پروتئینسازی مؤثر هستند.
|
کلمات لاتین |
کلمات معادل فارسی |
| سوماتیک | پیکری |
| میتوز | رشتمان |
| کروموزم | فامتن |
| سلول | یاخته |
| RNA | رنا |
| RNA پلیمراز | رنابسپاراز |
| ریبوزوم | رناتن |
| پروکاریوت | پیش هستهای |
| یوکاریوت | هوهستهای |
| میتوکندری | راکیزه |
| کلروپلاست | سبزدیسه |
| RNA پیک | رناپیک |
نویسنده: تیم مشاوره مقدم-زینب آهنگران
سلام این درس پیش نیازی از سال قبل داره؟