معلومة

9.3: نسخ الحمض النووي الريبي - علم الأحياء


المهارات اللازمة للتطوير

  • اشرح كيف يتم تصنيع الحمض النووي الريبي باستخدام الحمض النووي كقالب
  • فرق بين النسخ في بدائيات النوى وحقيقيات النوى

أثناء عملية النسخ ، يتم نسخ المعلومات المشفرة داخل تسلسل الحمض النووي لجين واحد أو أكثر إلى خيط من الحمض النووي الريبي ، يُطلق عليه أيضًا نسخة RNA. ينتج جزيء الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة الناتج من ريبونوكليوتيدات يحتوي على قواعد الأدينين (A) والسيتوزين (C) والجوانين (G) واليوراسيل (U) ، ويعمل كنسخة جزيئية متحركة من تسلسل الحمض النووي الأصلي. يتطلب النسخ في بدائيات النوى وفي حقيقيات النوى أن يزيل الحلزون المزدوج للحمض النووي جزئيًا في منطقة تخليق الحمض النووي الريبي. تسمى المنطقة غير الملفوفة بفقاعة النسخ. دائمًا ما ينشأ نسخ جين معين من أحد خيوط الدنا التي تعمل كقالب ، ما يسمى بالخيط المضاد للدلالة. يُعد منتج الحمض النووي الريبي مكملاً لقالب الحمض النووي وهو مطابق تقريبًا لشريط الحمض النووي غير المصطنع ، أو خيط الإحساس. والفرق الوحيد هو أنه في الحمض النووي الريبي ، يتم استبدال كل النيوكليوتيدات التائية بنكليوتيدات يو ؛ أثناء تخليق الحمض النووي الريبي ، يتم دمج U عندما يكون هناك A في الشريط التكميلي المضاد للتعبير.

النسخ في البكتيريا

تستخدم البكتيريا نفس بوليميراز الحمض النووي الريبي لنسخ جميع جيناتها. مثل بوليميريز الحمض النووي ، يضيف بوليميريز الحمض النووي الريبي النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى إلى مجموعة 3’-أوه من سلسلة النوكليوتيدات المتنامية. أحد الاختلافات الحاسمة في النشاط بين بوليميراز الحمض النووي وبوليميراز الحمض النووي الريبي هو مطلب 3’-OH لإضافة النيوكليوتيدات: يتطلب بوليميريز الحمض النووي مثل هذه المجموعة 3’-أوه ، وبالتالي يستلزم التمهيدي ، في حين أن بوليميريز الحمض النووي الريبي لا. أثناء النسخ ، تتم إضافة ريبونوكليوتيد مكمل لقالب الحمض النووي إلى حبلا الحمض النووي الريبي المتنامي وتتشكل رابطة فسفودايستر تساهمية عن طريق تخليق الجفاف بين النيوكليوتيد الجديد والأخير المضاف. في بكتريا قولونية، يتكون بوليميراز الحمض النووي الريبي من ستة وحدات فرعية متعددة الببتيد ، خمسة منها تؤلف إنزيم البلمرة الأساسي المسؤول عن إضافة نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي إلى حبلا متنامٍ. تُعرف الوحدة الفرعية السادسة باسم سيجما (σ). يمكّن العامل σ بوليميريز الحمض النووي الريبي من الارتباط بمحفز معين ، مما يسمح بنسخ جينات مختلفة. هناك العديد من العوامل التي تسمح بنسخ الجينات المختلفة.

المبادرة

يبدأ بدء النسخ عند المروج ، وهو تسلسل DNA ترتبط عليه آلية النسخ وتبدأ النسخ. زوج النوكليوتيدات في الحلزون المزدوج للحمض النووي الذي يتوافق مع الموقع الذي نُسخ منه أول 5 نكليوتيد من الحمض النووي الريبي هو موقع البدء. النيوكليوتيدات التي تسبق موقع البدء تسمى "المنبع" ، في حين أن النيوكليوتيدات التي تتبع موقع البدء تسمى نيوكليوتيدات "المصب". في معظم الحالات ، توجد المحفزات في بداية الجينات التي تنظمها. على الرغم من اختلاف تسلسل المحفز بين الجينومات البكتيرية ، إلا أنه يتم حفظ بعض العناصر. في المواضع -10 و -35 داخل الحمض النووي قبل موقع البدء (المعين +1) ، هناك تسلسلان إجماعيان للمحفز ، أو مناطق متشابهة عبر جميع المحفزات وعبر الأنواع البكتيرية المختلفة. تسلسل الإجماع -10 ، المسمى صندوق TATA ، هو TATAAT. يتم التعرف على التسلسل –35 وربطه بـ.

استطالة

يبدأ الاستطالة في مرحلة النسخ عندما تنفصل الوحدة الفرعية عن البوليميراز ، مما يسمح للإنزيم الأساسي بتركيب الحمض النووي الريبي المكمل لقالب الحمض النووي في اتجاه 5 "إلى 3" بمعدل 40 نيوكليوتيد تقريبًا في الثانية. مع استمرار الاستطالة ، يتم فك الحمض النووي باستمرار قبل الإنزيم الأساسي ويتم إرجاعه خلفه (الشكل ( PageIndex {1} )).

الشكل ( PageIndex {1} ): أثناء الاستطالة ، يتتبع بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري على طول قالب الحمض النووي ، ويصنع الحمض النووي الريبي في اتجاه 5 "إلى 3" ، ويفك ويعيد لف الحمض النووي أثناء قراءته.

بمجرد نسخ الجين ، يجب أن تنفصل البلمرة البكتيرية عن قالب الحمض النووي وتحرر الحمض النووي الريبي المنشأ حديثًا. يشار إلى هذا باسم إنهاء النسخ. يتضمن قالب الحمض النووي تسلسلات نيوكليوتيد متكررة تعمل كإشارات إنهاء ، مما يتسبب في توقف بوليميريز الحمض النووي الريبي وإطلاقه من قالب الحمض النووي ، وتحرير نسخة الحمض النووي الريبي.

تمرين ( PageIndex {1} )

  1. أين يربط عامل σ من بوليميراز الحمض النووي الريبي الحمض النووي لبدء النسخ؟
  2. ما الذي يحدث لبدء نشاط بلمرة RNA polymerase؟
  3. من أين تأتي إشارة إنهاء النسخ؟

النسخ في حقيقيات النوى

تؤدي بدائيات النوى وحقيقيات النوى في الأساس نفس عملية النسخ ، مع بعض الاختلافات المهمة (انظر الجدول ( PageIndex {1} )). تستخدم حقيقيات النوى ثلاثة بوليميرات مختلفة ، بوليميرات الحمض النووي الريبي الأول والثاني والثالث ، وكلها متميزة هيكليًا عن بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري. كل منها يقوم بنسخ مجموعة فرعية مختلفة من الجينات. ومن المثير للاهتمام ، أن العتائق تحتوي على بوليميريز RNA واحد يرتبط ارتباطًا وثيقًا ببوليميراز الحمض النووي الريبي II حقيقي النواة منه بنظيره البكتيري. عادةً ما تكون mRNAs حقيقية النواة أحادية النواة أيضًا ، مما يعني أن كل منها يشفر فقط عديد ببتيد واحد ، في حين أن mRNAs بدائية النواة للبكتيريا والعتائق عادة ما تكون متعددة النوى ، مما يعني أنها تقوم بتشفير متعدد البيبتيدات.

يتمثل الاختلاف الأكثر أهمية بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى في نواة الأخير المرتبطة بالغشاء ، والتي تؤثر على سهولة استخدام جزيئات الحمض النووي الريبي في تخليق البروتين. مع ارتباط الجينات بالنواة ، يجب على الخلية حقيقية النواة نقل جزيئات الحمض النووي الريبي المشفر للبروتين إلى السيتوبلازم ليتم ترجمتها. يجب أن تخضع النصوص الأولية لترميز البروتين ، جزيئات الحمض النووي الريبي المُصنَّعة مباشرةً بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي ، لعدة خطوات معالجة لحماية جزيئات الحمض النووي الريبي من التدهور أثناء نقلها من النواة إلى السيتوبلازم وترجمتها إلى بروتين. على سبيل المثال ، قد تستمر mRNAs حقيقية النواة لعدة ساعات ، في حين أن mRNA بدائية النواة النموذجية لا تدوم أكثر من 5 ثوانٍ.

النسخة الأولية (تسمى أيضًا pre-mRNA) مغلفة أولاً ببروتينات RNA المثبتة لحمايتها من التدهور أثناء معالجتها وتصديرها من النواة. يبدأ النوع الأول من المعالجة بينما لا يزال النص الأساسي قيد التصنيع ؛ تمت إضافة نيوكليوتيد خاص مكون من 7 ميثيل غوانوزين ، يسمى غطاء 5 ، إلى نهاية 5 بوصات من النسخة المتزايدة. بالإضافة إلى منع التحلل ، تتعرف العوامل المشاركة في تخليق البروتين اللاحق على الغطاء ، مما يساعد على بدء الترجمة بواسطة الريبوسومات. بمجرد اكتمال الاستطالة ، يضيف إنزيم معالجة آخر سلسلة من حوالي 200 نيوكليوتيدات أدينين إلى الطرف 3 ، تسمى ذيل poly-A. يحمي هذا التعديل أيضًا pre-mRNA من التدهور والإشارات إلى العوامل الخلوية التي يحتاجها النص إلى تصديره إلى السيتوبلازم.

تتكون الجينات حقيقية النواة التي تشفر عديد الببتيدات من تسلسلات تشفير تسمى exons (السابق-on يدل على أنهم كذلك السابقمضغوط) ومتواليات متداخلة تسمى إنترونات (int-ron يدل على intدور ervening). لا تقوم تسلسلات الحمض النووي الريبي المنسوخة المقابلة للإنترونات بتشفير مناطق البولي ببتيد الوظيفي وتتم إزالتها من ما قبل الرنا المرسال أثناء المعالجة. من الضروري أن يتم إزالة جميع تسلسلات الحمض النووي الريبي المشفرة بشكل كامل ودقيق من ما قبل الرنا المرسال قبل تخليق البروتين بحيث يتم ربط تسلسل الحمض النووي الريبي المشفر بواسطة إكسون معًا بشكل صحيح لتشفير بولي ببتيد وظيفي. إذا أخطأت العملية حتى بواسطة نيوكليوتيد واحد ، فسيتم تغيير تسلسل الإكسونات الملتصقة ، وسيكون البولي ببتيد الناتج غير وظيفي. تسمى عملية إزالة تسلسل الحمض النووي الريبي المشفر بواسطة الإنترون وإعادة توصيل تلك المشفرة بواسطة exons الربط RNA ويتم تسهيلها من خلال عمل spliceosome الذي يحتوي على بروتينات ريبونوكليو نووية صغيرة (snRNPs). تتم إزالة تسلسلات RNA المشفرة بواسطة Intron من pre-mRNA بينما لا تزال في النواة. على الرغم من عدم ترجمتها ، يبدو أن للإنترونات وظائف مختلفة ، بما في ذلك تنظيم الجينات ونقل mRNA. عند الانتهاء من هذه التعديلات ، يتم نقل النسخة الناضجة ، الحمض النووي الريبي (mRNA) الذي يشفر متعدد الببتيد ، خارج النواة ، متجهًا إلى السيتوبلازم للترجمة. يمكن تقسيم الإنترونات بشكل مختلف ، مما يؤدي إلى تضمين exons مختلفة أو استبعادها من منتج mRNA النهائي. تُعرف هذه العملية باسم الربط البديل. تتمثل ميزة الربط البديل في إمكانية إنشاء أنواع مختلفة من نصوص الرنا المرسال ، وكلها مشتقة من تسلسل الحمض النووي نفسه. في السنوات الأخيرة ، ثبت أن بعض الأركيا لديها أيضًا القدرة على لصق ما قبل الرنا المرسال.

الجدول ( PageIndex {1} ): مقارنة النسخ في البكتيريا مقابل حقيقيات النوى
ملكيةبكتيرياحقيقيات النواة
عدد البولي ببتيدات المشفرة لكل مرناأحادي أو متعدد السلكحصريا أحادي
استطالة حبلاالنواة + σ = الإنزيم المجسمبوليميرات الحمض النووي الريبي الأول أو الثاني أو الثالث
إضافة غطاء 5 بوصاتلانعم
إضافة 3 ذيل بولي-ألانعم
الربط من pre-mRNAلانعم

تصور كيف يحدث التضفير mRNA من خلال مشاهدة العملية أثناء العمل في هذا الفيديو. انظر كيف تتم إزالة الإنترونات أثناء تضفير RNA هنا.

تمرين ( PageIndex {2} )

  1. في الخلايا حقيقية النواة ، كيف يتم تعديل نسخة الحمض النووي الريبي من جين لبروتين بعد نسخه؟
  2. هل تحتوي الإكسونات أو الإنترونات على معلومات عن تسلسل البروتين؟

التركيز السريري: الجزء 2

في قسم الطوارئ ، أخبرت ممرضة مارك أنه اتخذ قرارًا جيدًا بالحضور إلى المستشفى لأن أعراضه تشير إلى وجود عدوى خرجت عن السيطرة. تطورت أعراض مارك ، مع إصابة منطقة الجلد وزيادة التورم. داخل المنطقة المصابة ، بدأ ظهور طفح جلدي ، وتشكلت بثور وجيوب غازية صغيرة تحت الطبقة الخارجية من الجلد ، وأصبح بعض الجلد رماديًا. بناءً على الرائحة الكريهة للقيح المتدفق من إحدى البثور ، والتطور السريع للعدوى ، والمظهر البصري للجلد المصاب ، بدأ الطبيب على الفور في علاج التهاب اللفافة الناخر. أمر طبيب مارك بإجراء مزرعة للسائل الذي يتم تصريفه من البثرة ، كما أمر بعمل الدم ، بما في ذلك تعداد خلايا الدم البيضاء.

تم إدخال مارك إلى وحدة العناية المركزة وبدأ في إعطاء مضاد حيوي واسع الطيف عن طريق الوريد لمحاولة تقليل انتشار العدوى. على الرغم من العلاج بالمضادات الحيوية ، تدهورت حالة مارك بسرعة. أصبح مارك مرتبكًا ودوارًا. في غضون ساعات قليلة من دخوله المستشفى ، انخفض ضغط دمه بشكل كبير وأصبح تنفسه أضعف وأسرع. بالإضافة إلى ذلك ، زادت التقرحات ، مع تكثيف البثور في اللون إلى الأسود الأرجواني ، ويبدو أن الجرح نفسه يتقدم بسرعة حتى ساق مارك.

تمرين ( PageIndex {3} )

  1. ما هي العوامل المسببة المحتملة لالتهاب اللفافة الناخر لمارك؟
  2. ما هي بعض التفسيرات المحتملة لسبب عدم نجاح العلاج بالمضادات الحيوية؟
  • خلال النسخ، يتم استخدام المعلومات المشفرة في الحمض النووي لصنع الحمض النووي الريبي.
  • بوليميراز الحمض النووي الريبي يصنع الحمض النووي الريبي RNA ، باستخدام الشريط المضاد للدلالة من الحمض النووي كقالب عن طريق إضافة نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي التكميلية إلى الطرف الثالث من الشريط المتنامي.
  • يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بالحمض النووي في تسلسل يسمى أ المروجين أثناء ال بدء النسخ.
  • كثيرًا ما يتم نسخ الجينات التي تشفر البروتينات ذات الوظائف ذات الصلة تحت سيطرة محفز واحد في بدائيات النوى ، مما يؤدي إلى تكوين مرنا متعدد الكريات جزيء يشفر متعدد الببتيدات.
  • على عكس بوليميريز الحمض النووي ، لا يتطلب بوليميراز الحمض النووي الريبي مجموعة 3’-OH لإضافة النيوكليوتيدات ، لذلك التمهيدي ليست هناك حاجة أثناء البدء.
  • إنهاء النسخ يحدث في البكتيريا عندما يواجه بوليميراز الحمض النووي الريبي تسلسلات معينة من الحمض النووي تؤدي إلى توقف البوليميراز. ينتج عن هذا إطلاق بوليميريز الحمض النووي الريبي من حبلا قالب الحمض النووي ، وتحرير نسخة RNA.
  • حقيقيات النوى لها ثلاثة أنواع مختلفة من بلمرات الحمض النووي الريبي. تحتوي حقيقيات النوى أيضًا على مرنا أحادي ، كل منها يشفر فقط عديد ببتيد واحد.
  • تتم معالجة النصوص الأولية حقيقية النواة بعدة طرق ، بما في ذلك إضافة ملف 5 'غطاء و 3′-ذيل بولي، إلى جانب الربط، لتوليد جزيء mRNA ناضج يمكن نقله خارج النواة ويكون محميًا من التدهور.

متعدد الخيارات

في أي مرحلة من مراحل النسخ البكتيري تشارك الوحدة الفرعية σ لبوليميراز الحمض النووي الريبي؟

أ. بدء
استطالة
C. الإنهاء
D. الربط

أ

أي من المكونات التالية يدخل في بدء النسخ؟

التمهيدي
الأصل
مروج
D. ابدأ كودون

ج

أي مما يلي ليس دالة على ذيل بولي أ 5 بوصات و 3 بوصات لجزيء الرنا المرسال حقيقيات النوى الناضج؟

أ لتسهيل الربط
باء لمنع تدهور مرنا
جيم للمساعدة في تصدير النسخة الناضجة إلى السيتوبلازم
D. للمساعدة في ربط الريبوسوم بالنسخة

أ

سيحتوي mRNA الناضج من حقيقيات النوى على كل من هذه الميزات باستثناء أي مما يلي؟

A. الحمض النووي الريبي المشفر exon
B. الحمض النووي الريبي المشفر intron
ج. 5 'غطاء
د. 3 'ذيل بولي-أ

ب

املاء الفراغ

________ mRNA هو الذي يرمز لعدة ببتيدات.

متعدد النتوءات

يسمى مجمع البروتين المسؤول عن إزالة تسلسل الحمض النووي الريبي المشفر بالترميز الداخلي من النسخ الأولية في حقيقيات النوى ________.

لصق

اجابة قصيرة

ما هو الغرض من معالجة الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى؟ لماذا لا تتطلب بدائيات النوى معالجة مماثلة؟

يوجد أدناه تسلسل الحمض النووي. تخيل أن هذا جزء من جزيء DNA انفصل استعدادًا للنسخ ، لذا فأنت ترى فقط الخيط المضاد. بناء تسلسل mRNA مكتوب من هذا القالب.

حبلا DNA المضاد المعنى: 3’-T A C T G A C T G A C G A T C-5 ’

التفكير النقدي

توقع تأثير تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات في المنطقة -35 لمحفز بكتيري.

مساهم

  • نينا باركر (جامعة شيناندواه) ومارك شنيغورت (جامعة ولاية ويتشيتا) وآنه-هيو ثي تو (جامعة ولاية جورجيا الجنوبية الغربية) وفيليب ليستر (كلية وسط نيو مكسيكو المجتمعية) وبريان إم فورستر (جامعة سانت جوزيف) مع العديد المؤلفين المساهمين. المحتوى الأصلي عبر Openstax (CC BY 4.0 ؛ الوصول مجانًا على https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


وقع في فعل نسخ الحمض النووي الريبي

مع تحسن أدوات الفحص المجهري بشكل أفضل ، تمكن العلماء من تصور الهياكل على نطاق أصغر وأصغر. تمكن الباحثون الآن من التقاط إنزيم يسمى RNA polymerase لأنه يقوم بواحدة من أهم العمليات الحيوية: نسخ تسلسل DNA إلى جزيء RNA يمكن للخلية استخدامه لصنع البروتين ، على سبيل المثال. لأول مرة ، رأى الباحثون عملية النسخ عند بدايتها ، على مستوى الجين الفردي. تم الإبلاغ عن النتائج في اتصالات الطبيعة.

& quot هذه هي المرة الأولى التي ينظر فيها شخص ما إلى ديناميكيات فسفرة RNA polymerase في جين نسخة واحدة ، كما قال قائدة الدراسة وباحثة ما بعد الدكتوراه Linda Forero-Quintero Forero ، دكتوراه. من جامعة ولاية كولورادو.

في وقت ما ، استخدم الباحثون الذين يدرسون النسخ نماذج تسمى مصفوفات الجينات ، حيث يمكن نسخ مئات النسخ من الجين ، لكن هذه ليست الطريقة التي تحدث بها العملية بشكل طبيعي. في هذا العمل ، عرّض الباحثون الخلايا التي تنمو في المزرعة إلى الأجسام المضادة الفلورية التي من شأنها أن تضيء أجزاء مختلفة من آلية النسخ. يحتوي خط الخلية على جين مراسل يضيء عند نسخه. كانوا قادرين على رؤية إنزيم النسخ RNA polymerase II (RNAP2) حيث أن بعض الأحماض الأمينية التي تشكل مجموعات الفوسفات الإنزيمية (وهي فسفرة). تم تسليط الضوء على ثلاث خطوات في دورة النسخ بألوان مختلفة ، كما تغيرت شدة التألق.

تمكن العلماء من استخدام هذه البيانات لنمذجة الحركة الزمانية المكانية لـ RNAP2 خلال دورة النسخ.

يعتبر العلم متعدد التخصصات هنا مزجًا رائعًا للقدرات التجريبية الجديدة ومنهجًا جديدًا للنمذجة الحسابية الميكانيكية لديناميات الخلية المفردة ، وكلاهما جديد جدًا في مجالات تخصصهما ، & quot ؛ الهندسة البيولوجية في CSU.

تمكن فريق البحث أيضًا من إنشاء نموذج بناءً على نتائجه ، واستخدامه لمعرفة المزيد حول النسخ. على سبيل المثال ، اقترحوا أنه مقابل كل دفعة من نشاط النسخ ، تتجمع مجموعة من خمسة إلى أربعين بوليميرا من الحمض النووي الريبي حول محفز الجينات. في النهاية ، نجح حوالي 46٪ من تلك المجموعة في نسخ نسخة من الجين. وجدوا أيضًا أن كل RNA استغرق حوالي خمس دقائق قبل نسخه وإطلاقه ، على الرغم من أنني أفترض أن هذا الرقم قد يختلف باختلاف الجينات اعتمادًا على حجمها وخصائصها الأخرى.

يأمل العلماء أن يكون لهذه التكنولوجيا تطبيقات أخرى ، ويمكن دمجها مع كريسبر للتحقيق في الجينات الفردية التي يتم التلاعب بها. يومًا ما قريبًا ، قد يكون من الممكن بالفعل رؤية عمليات مختلة وظيفية ، كما تحدث في المرض ، بينما تحدث على مستوى خلية فردية أو جين واحد.

وقال فوريرو إن القدرة على حل الديناميكيات المكانية والزمانية لدورة النسخ ، في جين واحد ، هي الجانب الأكثر إثارة في هذا العمل.


اكتشاف

كانت العقيدة المركزية الأصلية للبيولوجيا الجزيئية تنص على أن الحمض النووي قد نُسخ إلى الحمض النووي الريبي ، والذي تمت ترجمته بدوره إلى بروتين. ومع ذلك ، تم تحدي هذا المفهوم في السبعينيات عندما قام فريقان علميان ، أحدهما بقيادة هوارد تيمين من جامعة ويسكونسن والآخر بقيادة ديفيد بالتيمور في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بتحديد إنزيمات جديدة مرتبطة بتكاثر فيروسات الحمض النووي الريبي تسمى الفيروسات القهقرية [1 ، 2] ]. تقوم هذه الإنزيمات بتحويل جينوم الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى جزيء الحمض النووي التكميلي (cDNA) ، والذي يكون قادرًا بعد ذلك على الاندماج في جينوم المضيف. هذه عبارة عن بوليميرات DNA تعتمد على RNA وتسمى النسخ العكسي لأنها ، على عكس تدفق الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي للعقيدة المركزية ، فإنها تنسخ قوالب الحمض النووي الريبي إلى جزيئات cDNA (شكل 1). في عام 1975 ، حصل Temin و Baltimore على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب (مشتركة مع Renato Dulbecco للعمل ذي الصلة في الفيروسات المسببة للأورام) لعملهما الرائد في تحديد النسخ العكسية [3].


أين يحدث النسخ في خلية بدائية النواة

الخلايا بدائية النواة هي الخلايا البدائية التي تفتقر إلى النواة. هذا هو السبب في أن عملية تخليق البروتين بأكملها في هذه الخلايا تحدث في السيتوبلازم. يتم النسخ والترجمة جنبًا إلى جنب. تتشابه العملية تقريبًا مع حقيقيات النوى ، لكن الاختلاف الوحيد هو المكان الذي تحدث فيه. حقيقيات النوى لها نواة مرتبطة بغشاء. ومن ثم ، فإن الريبوسومات لا تصل إلى mRNA لمواصلة عملية الترجمة. ولكن في بدائيات النوى ، يتوفر الريبوسوم بسهولة في السيتوبلازم ، وبالتالي ، تتم كلتا العمليتين في وقت واحد.

يمكن تقسيم عملية النسخ في بدائيات النوى إلى ثلاث مراحل & # 8211 بدء واستطالة وإنهاء. في البداية ، يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بعامل سيغما لتشكيل الإنزيم. يتعرف هذا الإنزيم على منطقة المروج في الحمض النووي لتشكيل مجمع مغلق. ثم يبدأ الحمض النووي الريبي في التقدم نحو مرحلة الاستطالة. وهكذا ، يزيد طول نسخة الحمض النووي الريبي. ثم أخيرًا ، في مرحلة الإنهاء ، يتوقف بوليميريز الحمض النووي الريبي مؤقتًا ، وينتهي جزيء الرنا المرسال من جزيء الحمض النووي.

يعد تخليق البروتين وظيفة مهمة للخلية ، وبالتالي فهو جزء مهم من أبحاث ودراسات الحمض النووي.

المنشورات ذات الصلة

أصبح تكاثر الحمض النووي ، وهو أساس الوراثة البيولوجية ، ممكنًا عن طريق بعض الإنزيمات الموجودة في الخلايا. في هذا المقال ، أتحدث عن إنزيمات التكرار الأولية ووظائفها.

أحدثت بصمات الحمض النووي ثورة في التحقيقات الجنائية لتحديد الجناة الحقيقيين. بقدر ما يبدو مثيرًا للاهتمام ، فإنه يحتوي على إجراء متطور خطوة بخطوة. هذه المقالة سوف تعطيك كاملة و hellip

في الآونة الأخيرة ، كان هناك جدل كبير حول عملية الاستنساخ البشري. سواء كان ذلك أخلاقيًا أو غير أخلاقي ، فإن الاستنساخ الجيني يُنظر إليه دائمًا على أنه التحدي الأكبر في الجينات والهيليب


نسخ الحمض النووي (تفاصيل متقدمة)

تُظهر هذه الرسوم المتحركة كيف تتفاعل بوليميراز الحمض النووي الريبي وعوامل النسخ الأخرى لنسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.

يتم نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي في عملية تسمى النسخ الجيني. تبدأ العملية بعوامل النسخ التي تتجمع في منطقة من الجين تسمى المحفز. يسافر إنزيم يسمى RNA polymerase على طول الحمض النووي ، ويفك شريطينه. ثم ينسخ الجزيء أحد خيوط الدنا إلى خيط من الرنا.

يعيد هذا الرسم المتحرك الحياة إلى العملية ، ويظهر تمثيلات ثلاثية الأبعاد للجزيئات المعنية. اعتمادًا على خلفيات الطلاب ، قد يكون من المفيد إيقاف الرسوم المتحركة مؤقتًا في نقاط مختلفة لتحديد الجزيئات ووصف تفاعلاتها.

تفاصيل

العقيدة المركزية ، التعبير الجيني ، البدء ، الرسول RNA (mRNA) ، النيوكليوتيدات ، المروج ، RNA polymerase ، القالب ، عامل النسخ

المورد مرخص بموجب رخصة المشاع الإبداعي Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 ترخيص دولي. لا يتم منح أي حقوق لاستخدام أسماء أو شعارات HHMI أو BioInteractive بشكل مستقل عن هذا المورد أو في أي أعمال مشتقة.


ما هو النسخ

النسخ هو الخطوة الأولى لتخليق البروتين ونسخ المعلومات الموجودة في الجين إلى جزيء RNA. بوليميراز الحمض النووي الريبي هو الإنزيم الذي يحفز النسخ. خطوات النسخ الثلاث هي البدء والاستطالة والإنهاء. يؤدي ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمناطق المحفز إلى بدء النسخ. يتم تنظيمه بواسطة عوامل النسخ. أثناء الاستطالة ، يضيف بوليميراز الحمض النووي الريبي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي التكميلية إلى تسلسل الشريط المضاد للاندماج. يهرب بوليميراز الحمض النووي الريبي من الخيط المضاد للدلالة عندما يلبي تسلسل المنهي. الأنواع الثلاثة من الحمض النووي الريبي المنتجة في النسخ هي mRNA و tRNA و rRNA. يتم أيضًا إنتاج بعض الأنواع الأخرى من الحمض النووي الريبي غير المشفر عن طريق النسخ. يظهر النسخ في شكل 1.

الشكل 1: النسخ


قوالب نوكليوتيدات الحمض النووي شريط واضح

قوالب نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي أقلام ملونة أو أقلام تحديد

مقص ترتيب معين لقواعد الحمض النووي

1. لون نيوكليوتيدات قالب الحمض النووي ونيوكليوتيدات قالب الحمض النووي الريبي بهذه الألوان:

ديوكسيريبوز - أدينين برتقالي - أحمر

ريبوز - ثايمين بني - أخضر

الفوسفات - الجوانين الأسود - الأزرق

2. اقطع النيوكليوتيدات ورتب نيوكليوتيدات الحمض النووي بالترتيب الذي أعطاه لك مدرسك. الصق النيوكليوتيدات معًا. سيكون هذا فقط نصف جزيء الحمض النووي الخاص بك.

3. رتب وألصق نيوكليوتيدات الحمض النووي التي تكمل النصف الآخر من جزيء الحمض النووي الخاص بك.

4. باستخدام الخيط الأصلي من الحمض النووي فقط ، ابدأ بمطابقة نيوكليوتيدات الرنا المرسال المجانية وقم بربطها معًا.

5. يمكنك الآن لصق نصفي جزيئات الحمض النووي معًا.

6. لقد أوضحت كيف يقدم الحمض النووي رسالة mRNA.

7. قم بتسليم نماذج DNA و RNA جنبًا إلى جنب مع ورقة العمل هذه.

الاستنتاجات:

1. هل يشبه نموذج mRNA إلى حد كبير خيط DNA الذي تم نسخه منه أو الخيط التكميلي الذي لم يتم استخدامه؟ يشرح

2. اشرح كيف تمكّن بنية الحمض النووي من نسخ الجزيء بسهولة. لماذا هذا مهم للمعلومات الجينية؟

3. ما هي أهمية الحمض النووي الريبي للخلية؟ كيف يحمل جزيء mRNA المعلومات من الحمض النووي؟


عنصر الاستنساخ

النسخ هو العملية التي يتم من خلالها نسخ المعلومات الجينية من أحد خيوط الحمض النووي إلى خيط آخر من الحمض النووي الريبي. هنا أيضًا يتم إجراء الاقتران الأساسي التكميلي ويحكم مبدأ التكامل عملية النسخ أيضًا. يوجد فرق بسيط هنا وهو أنه بدلاً من اليوراسيل ، يتزاوج الثايمين مع اليوراسيل. هذا هو التعريف العام للنسخ في علم الأحياء. في عملية تكرار الحمض النووي ، يتم تكرار الحمض النووي بالكامل مما يعني أنه يتم تكرار كل من خيوط الحمض النووي ولكن هنا في هذه العملية ، يتم نسخ خيط واحد فقط. والسبب في ذلك:

سيكون لجزيء الحمض النووي الريبي تسلسلات مختلفة إذا كان كلا الخيطين يعملان كقوالب. سيؤدي هذا إلى اختلاف في الرموز الخاصة بالبروتينات لأن تسلسل الأحماض الأمينية سيكون مختلفًا. من هذا ، يمكننا القول أن خيطًا واحدًا سيرمز لأكثر من بروتين واحد ، وبالتالي ستكون هناك رموز مختلفة للبروتينات. لكن ، هذا غير ممكن ، لذلك بسبب هذا فقط يتم نسخ الخيط.

إذا تم نسخ كل من خيوط الحمض النووي ، فسيؤدي ذلك إلى نسختين مكملتين من الحمض النووي الريبي ، وبما أن هذين الخيطين مكملان لبعضهما البعض ، فسوف يجتمعان معًا ، وبالتالي سيتم إعاقة عملية الترجمة.

سوف نتعلم المزيد عن عامل النسخ والفرق بين النسخ بدائية النواة والنسخ حقيقية النواة.

وحدة النسخ

سنتعرف على عامل النسخ هنا. للتشغيل السلس لعملية النسخ ، هناك بعض العوامل والوحدات المسؤولة عن هذه العملية. إنها ضرورية جدًا لعملية النسخ ولها أهمية قصوى. وحدة النسخ هي جزء من الحمض النووي يشارك في عملية النسخ. المكونات الثلاثة الرئيسية أو عوامل النسخ العامة للنسخ هي:

وحدة المروج أو التسلسل

قالب ستراند

يُعرف خيط القالب أيضًا باسم الشريط غير المشفر. يعمل الإنزيم المسؤول عن تحفيز حبلا القالب في قطبية 5 إلى 3. إنه قادر على التعرف على هذه الخيوط فقط. لذلك يتعرف على خيط واحد فقط. يحتوي الشريط النموذجي على قطبية من 3 إلى 5 وقطب الشريط الآخر المعروف باسم الشريط التكميلي لديه قطبية من 5 إلى 3. تُعرف هذه الخصلة أيضًا باسم حبلا الإحساس أو الخيط غير القالب. في نهاية الـ 5 من الحمض النووي ، لدينا وجود تسلسل المحفز. تساعد هذه التسلسلات في التعرف على القطبية وأيضًا جذب الإنزيم لبدء عملية النسخ. يساعد هذا التسلسل في توفير موقع ربط لإنزيم نسخ بوليميريز RNA. تُعرف التسلسلات التي تساعد في التعرف على حبلا القالب باسم تسلسلات التعرف. أيضًا في النهاية 3 ، هناك تسلسلات معينة تُعرف باسم متواليات النهاية. كما يوحي الاسم ، تساعد هذه التسلسلات في عملية إنهاء عملية النسخ.

أنواع الحمض النووي الريبي

هناك ثلاثة أنواع موجودة من الحمض النووي الريبي. هم انهم:

مرنا: ومن المعروف باسم رسول RNA. ويشكل 5٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي في الخلية. إنه أطول الحمض النووي الريبي. يُعرف أيضًا باسم رسول القالب أو الرسول النووي. يساعد في نقل المعلومات الجينية التي يقدمها الحمض النووي.

الرنا الريباسي: ومن المعروف باسم الحمض النووي الريبي. ويشكل 80٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي. إنه أصغر من mRNA. إنها تلعب دورًا محفزًا وهيكلية في عملية الترجمة.

الحمض الريبي النووي النقال: ومن المعروف باسم نقل الحمض النووي الريبي. إنه أصغر RNA وهو موجود في 15 ٪ من إجمالي محتوى RNA للخلية. يُعرف أيضًا باسم RNA القابل للذوبان و RNA المحول ويساعد في حمل الأحماض الأمينية. من أجل تخليق البروتينات في الخلية ، هناك حاجة إلى جميع الأنواع الثلاثة من الحمض النووي الريبي.

هذا ليس فرقًا بين النسخ بدائية النواة وحقيقية النواة وجميع هذه الحمض النووي الريبي هي نفسها.

وحدة النسخ والجين

الجين هو الوحدة الوظيفية للوراثة. توجد هذه الجينات على الحمض النووي. يُعرف الكسترون بالوحدة الوظيفية للجين. إنه مجرد تسلسل من الحمض النووي يساعد في ترميز عديد الببتيد. في حقيقيات النوى ، يوجد جين أحادي السلك وجين متعدد الكريات موجود في بدائيات النوى. كلاهما يختلفان في التركيب الجيني. تُعرف Exons بالتسلسلات المشفرة وتعرف الإنترونات بالتسلسلات غير المشفرة. لا توجد الإنترونات في الحمض النووي الريبي الناضج لأنه يتم إزالتها في عملية التضفير. هذا هو الفرق بين النسخ بدائية النواة والنسخ حقيقية النواة.

النسخ في بدائيات النوى

تحدث هذه العملية في سيتوبلازم الخلية. يتم ذلك بمساعدة إنزيمات النسخ. الإنزيم المسؤول عن العملية هو بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. يساعد هذا الإنزيم في نسخ جميع أنواع الحمض النووي الريبي. يتكون بوليميراز الحمض النووي الريبي من عديد ببتيدات مختلفة وهو أنزيم هولو. كانت مراحل النسخ:

البدء: يتم ذلك بمساعدة عوامل سيجما. تُعرف عوامل سيجما أيضًا باسم عوامل البدء. يرتبطون بموقع المروج ثم يبدأون عملية النسخ.

الاستطالة: كما يوحي الاسم ، في هذه العملية يشارك الإنزيم الأساسي وهو بوليميراز الحمض النووي الريبي ويساعد في استطالة الخيط.

الإنهاء: لإنهاء النسخ ، يلزم وجود عوامل rho.

يمكن تلخيص بعض النقاط من العملية المذكورة أعلاه ، وهي:

لا يلزم أي معالجة لكي يكون الحمض النووي الريبي نشطًا.

تتم عملية النسخ والترجمة في نفس القسم بحيث يكون لديهم نفس موقع النسخ.

يمكن أن تبدأ عملية النسخ والترجمة في نفس الوقت تقريبًا في البكتيريا.

نسخ حقيقيات النوى

يشبه نسخ حقيقيات النوى تقريبًا نسخ النسخ في بدائيات النوى. هناك بعض التعديلات التي تحدث في حقيقيات النوى. هم يغطون ويخلفون. في وضع السد ، يضاف ميثيل غوانوزين ثلاثي الفوسفات في نهاية 5 'من الحمض النووي. هذه خطوة مهمة لأنها ضرورية لتشكيل مجمع الرنا الريبوسوم. إذا لم يكن هناك غطاء ، فمن الصعب تحديد الحمض النووي. في عملية الذيل ، تتم إضافة حوالي 200-300 زوج قاعدي في الطرف الثالث للحمض النووي. تتم إزالة الإنترونات من الحمض النووي من خلال عملية التضفير لأنها ليست تسلسلات مشفرة وليست ضرورية للحمض النووي. تساعد هذه العمليات أيضًا في تنظيم النسخ.

[سيتم تحميل الصورة قريبا]

الرموز الجينية

بعد عملية النسخ ثم الترجمة ، يتم تحويل الحمض النووي الريبي إلى رمز وراثي. يساعد هذا الكود الجيني في ترميز البروتين. من هذا ، يمكننا القول أن الحمض النووي يحمل معلومات البروتينات لأنه الحمض النووي فقط هو الذي يتم تحويله إلى RNA من خلال عملية النسخ ، ومن ثم يتم تحويل الحمض النووي الريبي إلى بروتينات بمساعدة الشفرة الجينية. هذه البروتينات مطلوبة في جميع وظائف الجسم تقريبًا. وبهذه الطريقة ، فإن تسلسل الأحماض الأمينية مهم لأن تسلسلات الأحماض الأمينية المحددة تساعد في ترميز بروتينات معينة. من خلال دراسة المعلومات المذكورة أعلاه ، يمكننا القول أن الشفرة الجينية هي التي تساعد في إقامة علاقة بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

بعض ميزات الكود الجيني هي:

ثلاث قواعد نيتروجينية تساعد في صنع الكود الجيني. يوجد في المجموع 61 كودون وهذه الكودونات ترمز للبروتينات. الكودونات موجودة في شكل ثلاثي.

يمكننا أن نرى أن كودون واحد فقط يساعد في ترميز حمض أميني واحد ، وهذا يعني أنه يمكن ترميز حمض أميني واحد فقط من واحد مشفر ، وبالتالي فإن الشفرات الجينية لا لبس فيها ومحددة في طبيعتها.

هذه الأكواد موجودة بشكل مستمر ولا توجد علامات ترقيم أو نقاط توقف كاملة بين هذه الأكواد.

هناك بعض أكواد البدء المحددة وأكواد الإيقاف الموجودة في الشفرات الجينية والتي تساعد في بدء ووقف تكوين الأكواد الجينية.

AUG هو أحد أكواد البدء التي تساعد في تكوين أو بدء تكوين سلسلة الأحماض الأمينية.


بنية RNA Polymerase II في حقيقيات النوى

نهاية

يحدث إنهاء النسخ في تفاعل مقترن بمعالجة RNA 3′-end. يتم قطع معظم سلائف mRNA حقيقية النواة بطريقة خاصة بالموقع في المنطقة غير المترجمة 3′ ، متبوعة بعديد الأدينيل لمنتج الانقسام المنبع. يشارك عدد كبير من البروتينات في هذه التفاعلات. تظل الآلية الدقيقة للاقتران بين المعالجة ثلاثية الأطراف وإنهاء النسخ غير واضحة. يصاحب الإنهاء نزع الفسفرة من pol II CTD ، لكن التوقيت الدقيق لنزع الفسفرة pol II غير واضح أيضًا. مطلوب نزع الفسفرة لإعادة إنشاء النسخ ، حيث لا يمكن للبول II أن ينضم إلا إلى مجمع البدء في شكله غير المبرمج. يلعب فوسفاتيز CTD Fcp1 دورًا رئيسيًا في إزالة الفسفرة من pol II وإعادة التدوير. يرتبط Fcp1 بالبول II عبر Rpb4. Rpb4 apparently recruits Fcp1 to the vicinity of the CTD since the Rpb4/7 complex binds near the linker that connects the pol II core to the CTD.


Clinical Relevance - Phenylketonuria (PKU)

This condition occurs due to a single base pair substitution (G to A) in the enzyme phenylalanine hydroxylase. This results in intron skipping, producing unstable mRNA. It is a genetic condition that is tested for in newborn babies via the heel prick test.

Individuals with phenylketonuria accumulate phenyalanine in their tissues, plasma and urine. Phenylketones are also found in their urine.

Symptoms of PKU include intellectual disability, developmental delay, microcephaly, seizures and hypopigmentation.

Treatment includes consuming diets low in phenylalanine and avoiding high protein foods such as meat, milk and eggs.

[caption align="aligncenter"] Fig. 4 - Heel prick testing for PKU[/caption]


شاهد الفيديو: RNA Transcription (كانون الثاني 2022).