معلومة

16.4: تنظيم جينات النسخ حقيقية النواة - علم الأحياء


مهارات التطوير

  • ناقش دور عوامل النسخ في تنظيم الجينات
  • اشرح كيف تقوم المعززات والمثبطات بتنظيم التعبير الجيني

مثل الخلايا بدائية النواة ، يتطلب نسخ الجينات في حقيقيات النوى أفعال بوليميريز الحمض النووي الريبي لربط تسلسل أعلى للجين لبدء النسخ. ومع ذلك ، على عكس الخلايا بدائية النواة ، يتطلب بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقيات النوى بروتينات أخرى ، أو عوامل نسخ ، لتسهيل بدء النسخ. عوامل النسخ هي بروتينات ترتبط بتسلسل المحفز والتسلسلات التنظيمية الأخرى للتحكم في نسخ الجين المستهدف. لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي في حد ذاته بدء النسخ في الخلايا حقيقية النواة. يجب أن ترتبط عوامل النسخ بمنطقة المروج أولاً وأن تقوم بتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي للموقع ليتم إنشاء النسخ.

ارتباط بالتعلم

شاهد عملية النسخ - صنع الحمض النووي الريبي من قالب DNA - في هذا الموقع.

المروج وآلة النسخ

يتم تنظيم الجينات لجعل التحكم في التعبير الجيني أسهل. منطقة المروج هي المنبع مباشرة لتسلسل الترميز. يمكن أن تكون هذه المنطقة قصيرة (فقط عدد قليل من النيوكليوتيدات في الطول) أو طويلة جدًا (مئات النيوكليوتيدات طويلة). كلما طالت مدة المحفز ، زادت المساحة المتاحة لربط البروتينات. يضيف هذا أيضًا مزيدًا من التحكم في عملية النسخ. طول المحفز خاص بالجينات ويمكن أن يختلف بشكل كبير بين الجينات. وبالتالي ، يمكن أن يختلف مستوى التحكم في التعبير الجيني أيضًا بشكل كبير بين الجينات. الغرض من المروج هو ربط عوامل النسخ التي تتحكم في بدء النسخ.

داخل منطقة المروج ، فقط المنبع من موقع بدء النسخ ، يوجد صندوق TATA. هذا المربع هو مجرد تكرار لثايمين ودينوكليوتيدات الأدينين (حرفيا ، يكرر TATA). يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمركب بدء النسخ ، مما يسمح بحدوث النسخ. لبدء النسخ ، فإن عامل النسخ (TFIID) هو أول من يرتبط بصندوق TATA. يؤدي ربط TFIID إلى تجنيد عوامل النسخ الأخرى ، بما في ذلك TFIIB و TFIIE و TFIIF و TFIIH إلى صندوق TATA. بمجرد تجميع هذا المركب ، يمكن أن يرتبط RNA polymerase بتسلسله الأولي. عندما يرتبط مع عوامل النسخ ، فإن بوليميريز الحمض النووي الريبي يتم فسفرته. هذا يطلق جزءًا من البروتين من الحمض النووي لتنشيط مجمع بدء النسخ ويضع بوليميراز الحمض النووي الريبي في الاتجاه الصحيح لبدء النسخ ؛ يجلب بروتين ثني الحمض النووي المُحسِّن ، الذي يمكن أن يكون بعيدًا جدًا عن الجين ، على اتصال بعوامل النسخ والبروتينات الوسيطة (الشكل ( PageIndex {1} )).

بالإضافة إلى عوامل النسخ العامة ، يمكن أن ترتبط عوامل النسخ الأخرى بالمحفز لتنظيم نسخ الجينات. ترتبط عوامل النسخ هذه بمحفزات مجموعة معينة من الجينات. إنها ليست عوامل نسخ عامة ترتبط بكل معقد محفز ، ولكن يتم تجنيدها لتسلسل محدد على محفز جين معين. هناك المئات من عوامل النسخ في الخلية التي يرتبط كل منها على وجه التحديد بعنصر معين لتسلسل الحمض النووي. عندما ترتبط عوامل النسخ بالمحفز فقط في بداية الجين المشفر ، يشار إليه باسم a رابطة الدول المستقلة- عنصر فاعل ، لأنه موجود على نفس الكروموسوم بجوار الجين مباشرة. تسمى المنطقة التي يرتبط بها عامل نسخ معين موقع ارتباط عامل النسخ. تستجيب عوامل النسخ للمنبهات البيئية التي تجعل البروتينات تجد مواقع الارتباط الخاصة بها وتبدأ نسخ الجين المطلوب.

المعززات والنسخ

في بعض الجينات حقيقية النواة ، توجد مناطق تساعد في زيادة أو تحسين النسخ. هذه المناطق ، التي تسمى المعززات ، ليست بالضرورة قريبة من الجينات التي تعززها. يمكن أن توجد في الجزء العلوي من الجين ، داخل منطقة ترميز الجين ، أو في اتجاه مجرى الجين ، أو قد تكون على بعد آلاف النيوكليوتيدات.

مناطق المحسن هي سلاسل ملزمة ، أو مواقع ، لعوامل النسخ. عندما يرتبط بروتين ثني الحمض النووي ، يتغير شكل الحمض النووي (الشكل ( PageIndex {1} )). يسمح هذا التغيير في الشكل بتفاعل المنشطات المرتبطة بالمحسّنات مع عوامل النسخ المرتبطة بمنطقة المروج وبوليميراز الحمض النووي الريبي. في حين يتم تصوير الحمض النووي بشكل عام على أنه خط مستقيم في بعدين ، فهو في الواقع كائن ثلاثي الأبعاد. لذلك ، فإن تسلسل النوكليوتيدات بعيدًا عن آلاف النيوكليوتيدات يمكن أن ينثني ويتفاعل مع محفز معين.

إيقاف تشغيل الجينات: مكابس النسخ

مثل الخلايا بدائية النواة ، تمتلك الخلايا حقيقية النواة أيضًا آليات لمنع النسخ. يمكن أن ترتبط مثبطات النسخ بمناطق المحفز أو المُحسِّن وتمنع النسخ. مثل المنشطات النسخية ، تستجيب المثبطات للمحفزات الخارجية لمنع ارتباط عوامل النسخ المنشطة.

ملخص

لبدء النسخ ، يجب أن ترتبط عوامل النسخ العامة ، مثل TFIID و TFIIH وغيرهما ، أولاً بصندوق TATA وتوظيف بوليميريز RNA في هذا الموقع. ربط عوامل النسخ التنظيمية الإضافية بـ رابطة الدول المستقلة-عناصر الفاعلية إما أن تزيد أو تمنع النسخ. بالإضافة إلى تسلسل المحفز ، تساعد مناطق المحسن في زيادة النسخ. يمكن أن تكون المعززات في المنبع ، أو في اتجاه مجرى النهر ، أو داخل الجين نفسه ، أو على كروموسومات أخرى. ترتبط عوامل النسخ بمناطق المحسن لزيادة أو منع النسخ.

راجع الأسئلة

يلزم ربط ________ لبدء النسخ.

  1. بروتين
  2. بوليميريز الحمض النووي
  3. بوليميراز الحمض النووي الريبي
  4. عامل النسخ

ج

ماذا سينتج عن ارتباط عامل النسخ بمنطقة مُحسِّن؟

  1. نقص نسخ الجين المجاور
  2. زيادة نسخ الجين البعيد
  3. تغيير ترجمة الجين المجاور
  4. الشروع في توظيف بوليميراز الحمض النووي الريبي

ب

إستجابة مجانية

يمكن للطفرة داخل منطقة المروج أن تغير نسخ الجين. صف كيف يمكن أن يحدث هذا.

يمكن لطفرة في منطقة المروج تغيير موقع الربط لعامل النسخ الذي يرتبط عادة بزيادة النسخ. يمكن للطفرة إما أن تقلل من قدرة عامل النسخ على الارتباط ، وبالتالي تقليل النسخ ، أو يمكن أن تزيد من قدرة عامل النسخ على الارتباط ، وبالتالي زيادة النسخ.

ماذا يمكن أن يحدث إذا كانت الخلية تحتوي على الكثير من عامل النسخ المنشط؟

إذا كان هناك الكثير من عامل النسخ المنشط ، فسيتم زيادة النسخ في الخلية. هذا يمكن أن يؤدي إلى تغييرات جذرية في وظيفة الخلية.

قائمة المصطلحات

رابطة الدول المستقلة- عنصر الفعل
مواقع ربط عامل النسخ داخل المحفز الذي ينظم نسخ الجين المجاور له
محسن
جزء من الحمض النووي المنبع ، في اتجاه مجرى النهر ، وربما آلاف النيوكليوتيدات بعيدًا ، أو على كروموسوم آخر يؤثر على نسخ جين معين
عبر- عنصر الفعل
موقع ارتباط عامل النسخ الموجود خارج المحفز أو على كروموسوم آخر يؤثر على نسخ جين معين
موقع ارتباط عامل النسخ
تسلسل الحمض النووي الذي يرتبط به عامل النسخ

16.3 تنظيم الجينات الوراثية الوراثية حقيقية النواة

في هذا القسم سوف تستكشف السؤال التالي:

اتصال لدورات AP ®

أحد الأسباب التي تجعل التعبير الجيني حقيقي النواة أكثر تعقيدًا من التعبير الجيني بدائية النواة هو أن عمليات النسخ والترجمة مفصولة فعليًا داخل الخلية حقيقية النواة. تقوم الخلايا حقيقية النواة أيضًا بتجميع جينوماتها بطريقة أكثر تعقيدًا مقارنة بالخلايا بدائية النواة. وبالتالي ، يمكن للخلايا حقيقية النواة أن تنظم التعبير الجيني على مستويات متعددة ، بدءًا من التحكم في الوصول إلى الحمض النووي. نظرًا لأن الحمض النووي الجينومي مطوي حول بروتينات هيستون لإنشاء مجمعات نيوكليوسوم ، فإن النيوكليوسومات تنظم فعليًا وصول البروتينات ، مثل عوامل النسخ والإنزيمات ، إلى الحمض النووي الأساسي. تؤدي مثيلة الحمض النووي والهستونات إلى تجميع النيوكليوسومات معًا بإحكام ، مما يمنع عوامل النسخ من الارتباط بالحمض النووي. تحتوي النيوكليوسومات الميثيلية على DNA لا يتم التعبير عنه. من ناحية أخرى ، ينتج عن أستلة الهيستون تعبئة فضفاضة للنيوكليوسومات ، مما يسمح لعوامل النسخ بالارتباط بالحمض النووي. تحتوي النيوكليوسومات الأسيتيل على دنا يمكن التعبير عنه.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم الموضحة في الفكرة الكبيرة 3 من إطار منهج علم الأحياء AP ®. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المنهج الدراسي أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 3 تقوم الأنظمة الحية بتخزين المعلومات الأساسية لعمليات الحياة واستردادها ونقلها والاستجابة لها.
التفاهم الدائم 3. ب يتضمن التعبير عن المعلومات الجينية الآليات الخلوية والجزيئية.
المعرفة الأساسية 3-ب 1 ينتج عن تنظيم الجينات التعبير الجيني التفاضلي ، مما يؤدي إلى تخصص الخلية.
ممارسة العلوم 7.1 يمكن للطالب ربط الظواهر والنماذج عبر المقاييس المكانية والزمانية
هدف التعلم 3.19 الطالب قادر على وصف العلاقة بين تنظيم التعبير الجيني والاختلافات الملحوظة بين الأفراد في مجموعة سكانية

التحكم اللاجيني: تنظيم الوصول إلى الجينات داخل الكروموسوم

كما ذكرنا سابقًا ، فإن أحد الأسباب التي تجعل التعبير الجيني حقيقي النواة أكثر تعقيدًا من التعبير الجيني بدائية النواة هو أن عمليات النسخ والترجمة مفصولة ماديًا. على عكس الخلايا بدائية النواة ، يمكن للخلايا حقيقية النواة أن تنظم التعبير الجيني على العديد من المستويات المختلفة. يبدأ التعبير الجيني حقيقي النواة بالتحكم في الوصول إلى الحمض النووي. يحدث هذا الشكل من التنظيم ، المسمى التنظيم اللاجيني ، حتى قبل بدء النسخ.

يقوم الجينوم البشري بترميز أكثر من 20000 جين لكل زوج من 23 زوجًا من الكروموسومات البشرية يشفر آلاف الجينات. يتم جرح الحمض النووي في النواة بدقة ولفه وضغطه في الكروموسومات بحيث يتلاءم مع النواة. يتم تنظيمه أيضًا بحيث يمكن الوصول إلى مقاطع محددة حسب الحاجة بواسطة نوع خلية معين.

المستوى الأول من التنظيم ، أو التعبئة ، هو لف خيوط الحمض النووي حول بروتينات هيستون. تقوم الهيستون بتجميع وترتيب الحمض النووي في وحدات هيكلية تسمى مجمعات النيوكليوسوم ، والتي يمكنها التحكم في وصول البروتينات إلى مناطق الحمض النووي (الشكل 16.6)أ). تحت المجهر الإلكتروني ، فإن هذا اللف للحمض النووي حول بروتينات الهيستون لتشكيل النيوكليوسومات يشبه حبات صغيرة على سلسلة (الشكل 16.6)ب). يمكن لهذه الحبيبات (بروتينات هيستون) أن تتحرك على طول السلسلة (DNA) وتغير بنية الجزيء.

إذا تم نسخ جين معين من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، فإن النيوكليوسومات المحيطة بتلك المنطقة من الحمض النووي يمكن أن تنزلق أسفل الحمض النووي لفتح تلك المنطقة الصبغية المحددة والسماح لآلية النسخ (بوليميريز الحمض النووي الريبي) ببدء النسخ (الشكل 16.7). يمكن للنيوكليوسومات أن تتحرك لفتح بنية الكروموسوم لفضح جزء من الحمض النووي ، ولكن تفعل ذلك بطريقة محكمة للغاية.

اتصال مرئي

  1. تؤدي مثيلة الحمض النووي ونقص أستلة الهستونات إلى تجميع النيوكليوسومات معًا بشكل غير محكم ، مما يؤدي إلى تعطيل أحد الكروموسومات X.
  2. تؤدي مثيلة الهيستونات والأستلة المفرطة للحمض النووي إلى تجميع النيوكليوسومات معًا بإحكام ، مما يؤدي إلى تعطيل أحد الكروموسوم X بسبب القمع النسخي.
  3. تتسبب مثيلة الحمض النووي ونقص أستلة الهستونات في تجميع النيوكليوسومات معًا بإحكام ، مما يؤدي إلى تعطيل أحد الكروموسومات X.
  4. يؤدي أسيتيل الحمض النووي والميثيلين المفرط للهيستونات إلى تجميع النيوكليوسومات معًا بإحكام ، مما يؤدي إلى تعطيل أحد الكروموسومات X.

تعتمد كيفية تحرك بروتينات الهيستون على الإشارات الموجودة في كل من بروتينات الهيستون وعلى الحمض النووي. هذه الإشارات هي علامات تضاف إلى بروتينات الهيستون والحمض النووي التي تخبر الهيستونات ما إذا كانت المنطقة الكروموسومية يجب أن تكون مفتوحة أو مغلقة (الشكل 16.8 يصور التعديلات على بروتينات هيستون والحمض النووي). هذه العلامات ليست دائمة ، ولكن يمكن إضافتها أو إزالتها حسب الحاجة. وهي عبارة عن تعديلات كيميائية (مجموعات فوسفات أو ميثيل أو أسيتيل) مرتبطة بأحماض أمينية معينة في البروتين أو بالنيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي. لا تغير العلامات تسلسل قاعدة الحمض النووي ، لكنها تغير مدى إحكام جرح الحمض النووي حول بروتينات هيستون. الحمض النووي عبارة عن جزيء سالب الشحنة ، وبالتالي فإن التغييرات في شحنة الهيستون ستغير مدى إحكام جرح جزيء الحمض النووي. عندما تكون بروتينات الهيستون غير معدلة ، يكون لها شحنة موجبة كبيرة عن طريق إضافة تعديلات كيميائية مثل مجموعات الأسيتيل ، تصبح الشحنة أقل إيجابية.

يمكن أيضًا تعديل جزيء الحمض النووي نفسه. يحدث هذا في مناطق محددة جدًا تسمى جزر CpG. هذه تمتد مع تردد عالٍ من أزواج الحمض النووي السيتوزين والغوانين ثنائي النوكليوتيد (CG) الموجودة في مناطق المروج للجينات. عند وجود هذا التكوين ، يمكن ميثلة عضو السيتوزين في الزوج (تتم إضافة مجموعة ميثيل). يغير هذا التعديل كيفية تفاعل الحمض النووي مع البروتينات ، بما في ذلك بروتينات الهيستون التي تتحكم في الوصول إلى المنطقة. يتم لف مناطق الحمض النووي عالية الميثيل (شديدة الميثيل) ذات الهيستونات المنزوعة الأسيتيل بإحكام وغير نشطة نسبيًا.

يسمى هذا النوع من التنظيم الجيني بالتنظيم اللاجيني. الوراثة اللاجينية تعني "حول علم الوراثة". التغييرات التي تحدث لبروتينات الهيستون والحمض النووي لا تغير تسلسل النوكليوتيدات وليست دائمة. بدلاً من ذلك ، تكون هذه التغييرات مؤقتة (على الرغم من أنها غالبًا ما تستمر من خلال جولات متعددة من الانقسام الخلوي) وتغير بنية الكروموسومات (مفتوحة أو مغلقة) حسب الحاجة. يمكن تشغيل الجين أو إيقاف تشغيله اعتمادًا على الموقع والتعديلات على بروتينات الهيستون والحمض النووي. إذا تم نسخ الجين ، يتم تعديل بروتينات الهيستون والحمض النووي المحيط بالمنطقة الصبغية التي تشفر ذلك الجين. يؤدي هذا إلى فتح منطقة الكروموسومات للسماح بوصول بوليميراز الحمض النووي الريبي والبروتينات الأخرى ، التي تسمى عوامل النسخ ، للارتباط بمنطقة المروج ، الموجودة في الجزء العلوي من الجين ، وبدء النسخ. إذا كان الجين سيظل مغلقًا أو صامتًا ، فإن بروتينات الهيستون والحمض النووي لها تعديلات مختلفة تشير إلى تكوين كروموسومي مغلق. في هذا التكوين المغلق ، لا تستطيع عوامل النسخ والبوليميراز RNA الوصول إلى الحمض النووي ولا يمكن أن يحدث النسخ (الشكل 16.7).

اتصال الممارسة العلمية لدورات AP®

فكر في الأمر

في الإناث ، يتم تعطيل أحد الكروموسومين X أثناء التطور الجنيني بسبب التغيرات اللاجينية في الكروماتين. ما هو التأثير الذي تعتقد أنه سيكون لهذه التغييرات على العبوة النووية ، وبالتالي على التعبير الجيني؟

شاهد هذا الفيديو الذي يصف كيف يتحكم التنظيم اللاجيني في التعبير الجيني.

  1. سيسمح علم التخلق الوراثي بتركيب أجزاء جديدة من الجسم يمكن أن تحل محل تلك التالفة من السرطان.
  2. يمكن أن يغير علم التخلق الوراثي الشفرة الجينية لجميع خلايا الجسم لمنعها من أن تصبح سرطانية.
  3. يمكن إجراء علاجات جديدة من شأنها تغيير الشفرة الجينية لجينات السرطان الضارة.
  4. يمكن إجراء علاجات جديدة لا تتطلب تغيير الحمض النووي للخلية السرطانية.
  • أنت هنا: & # 160
  • الصفحة الرئيسية
  • مظلة
  • كتب مدرسية
  • بيو 581
  • الفصل 11 الانقسام الاختزالي والتكاثر الجنسي
  • 11.1 عملية الانقسام الاختزالي

يستند هذا النص إلى Openstax Biology لدورات AP ، المؤلفين المساهمين الكبار Julianne Zedalis ، مدرسة Bishop في La Jolla ، كاليفورنيا ، John Eggebrecht ، المؤلفون المساهمون بجامعة كورنيل Yael Avissar ، كلية رود آيلاند ، Jung Choi ، معهد جورجيا للتكنولوجيا ، Jean DeSaix ، University of North Carolina at Chapel Hill، Vladimir Jurukovski، Suffolk County Community College، Connie Rye، East Mississippi Community College، Robert Wise، University of Wisconsin، Oshkosh

هذا العمل مُرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License بدون قيود إضافية


التنظيم الجيني في بدائيات النوى وحقيقيات النوى

في هذه المقالة سوف نناقش حول: - 1. الأنظمة المحرضة والقابلة للقمع 2. التحكم النسخي والتحريري 3. تنظيم تشغيل التربتوفان بكتريا قولونية 4. تنظيم النسخ في حقيقيات النوى 5. المروجين والمعززات 6. المنشطات النسخية 7. التنظيم عن طريق الربط البديل لنسخة الحمض النووي الريبي 8. التنظيم على مستوى الترجمة 9. التحكم اللاجيني للتنظيم الجيني.

الأنظمة المحرضة والقابلة للقمع:

في النظام المحرض عندما يكون المحفز غائبًا ، يرتبط المكبِط بالمشغل ويمنعه من أن بوليميريز الحمض النووي الريبي لا يمكنه التحرك على طول الحمض النووي ، بحيث يتم تصنيع كميات صغيرة جدًا من الرنا المرسال ، إذا تم تصنيعها على الإطلاق ، بواسطة الجينات الهيكلية.

ولكن عندما يكون اللاكتوز موجودًا في الوسط كمحفز ، يتم تحفيز الأوبرا على تخليق كميات كبيرة من الإنزيمات المطلوبة في نقل وتقويض اللاكتوز. في هذه الحالة ، يعمل الأوبون لأن المثبط يرتبط بجزيء المحرض ، ويصبح المشغل حراً ، وتقوم الجينات الهيكلية بتركيب الرنا المرسال.

يقدم lac operon مثالًا واحدًا على نظام محرض حيث يؤدي وجود المغذيات في الوسط إلى تخليق كميات كبيرة من الإنزيمات اللازمة لتقويض تلك المغذيات. لذلك ، تعمل هذه الأنظمة في تدهور الركائز الخارجية في عمليات تقويضية.

في الأنظمة القابلة للقمع ، يتحكم الأوبون في تخليق البروتينات أو الإنزيمات اللازمة للتفاعلات الابتنائية. يستمر هذا المشغل في العمل بشكل طبيعي حتى يكون هناك فائض من المنتجات.

عندما يكون المنتج النهائي زائدًا ، فإنه يعمل كمستقلب قمع يسمى co-repressor. في هذا النظام يكون القامع غير نشط من تلقاء نفسه. ولكن عندما يرتبط الضاغط المساعد بالضاغط ليشكل معقدًا معقدًا ومضخمًا مشتركًا يرتبط بالمشغل ، لا تستطيع الجينات الهيكلية نسخ الرنا المرسال (الشكل 16.3).

في النظام القابل للقمع ، يتم التحكم في الأوبون سلبًا. بالإضافة إلى أوبرون الهيستيدين الموصوف سابقًا ، فإن عامل التربتوفان في الإشريكية القولونية يعمل أيضًا كعامل قابل للقمع. عندما تكون هناك تركيزات طبيعية من التربتوفان في الخلية ، يكون المشغل وظيفيًا أو غير مكبوت. ولكن عندما يكون التربتوفان زائدًا ، فإنه يعمل كعامل قمع مشارك ويرتبط بالقمع غير النشط.

يرتبط المركب بالمشغل ويمنع تخليق mRNA بواسطة الجينات الهيكلية. عندما ينخفض ​​تركيز التربتوفان ، فإنه يتسبب في بقاء جزيئات الكابح حرة ، ويصبح المشغل غير مقيد ، وتقوم الجينات الهيكلية بنسخ الرنا المرسال. وبالتالي يتم إلغاء قمع الأوبون مرة أخرى.

التحكم في النسخ والتحويل:

يوضح أوبرون اللاكتوز أن التحكم في النسخ يتضمن تفاعل البروتينات التنظيمية مع تسلسلات محددة من الحمض النووي ، وهذا ينطبق على نطاق واسع على حقيقيات النوى أيضًا. تسمى التسلسلات التنظيمية مثل المشغل عناصر التحكم المؤثرة في رابطة الدول المستقلة لأنها تؤدي إلى التعبير عن الجينات المرتبطة فقط على جزيء الحمض النووي نفسه.

في المقابل ، تسمى البروتينات المثبطة بالعوامل العابرة لأنها يمكن أن تؤثر على تعبير الجينات الموجودة على الكروموسومات الأخرى داخل الخلية. علاوة على ذلك ، يعتبر lac operon كمثال على التحكم السلبي في التعبير الجيني لأن ارتباط المثبط يمنع النسخ. ومع ذلك ، هناك أمثلة أخرى حيث العوامل التحويلية هي منشطات (تحكم إيجابي) للنسخ.

تم إثبات التحكم الإيجابي في النسخ في الإشريكية القولونية من خلال الدراسات حول تأثير الجلوكوز على التعبير عن الجينات التي ترمز الإنزيمات التي تؤدي إلى انهيار (تقويض) السكريات الأخرى ، مثل اللاكتوز. يوفر اللاكتوز مصدرًا بديلاً للكربون والطاقة.

طالما يتوفر الجلوكوز ، يتم استخدامه بشكل تفضيلي ، مما يؤدي إلى عدم التعبير عن الإنزيمات المشاركة في تقويض مصادر الطاقة البديلة. وهذا يعني أنه إذا نمت الإشريكية القولونية على وسط يوفر كلا من الجلوكوز واللاكتوز ، فلن يتم تحريض أوبرون اللاكتوز ، ويتم استخدام الجلوكوز فقط بواسطة خلايا الإشريكية القولونية. وهكذا ، يقوم الجلوكوز بقمع أوبرون اللاكتوز حتى في وجود اللاكتوز المحفز الطبيعي.

يتم التوسط بالفعل في قمع الجلوكوز ، والذي يُطلق عليه أيضًا قمع catabolite ، من خلال نظام تحكم إيجابي يتم تحديده بواسطة مستويات AMP الدوري. (cAMP) (الشكل 16.4). يتم إنتاج cAMP في البكتيريا من ATP بواسطة إنزيم adenylyl cyclase. يتم تنظيم تحويل ATP إلى cAMP بطريقة تزيد من مستويات cAMP عندما تنخفض مستويات الجلوكوز. ثم يرتبط AMP الدوري ببروتين تنظيمي نسخي يسمى بروتين منشط الهدم (CAP).

إن ارتباط cAMP بـ CAP يحفز ربط CAP بتسلسلات DNA المحددة الخاصة به. في أوبرون لاك ، يقع تسلسل الحمض النووي المحدد هذا على حوالي 60 قاعدة في الجزء العلوي من موقع بدء النسخ. يتفاعل CAP بعد ذلك مع الوحدة الفرعية ألفا لبوليميراز الحمض النووي الريبي ، مما يسهل ربط البوليميراز بالمحفز وتنشيط النسخ.

تنظيم بكتريا قولونية التربتوفان أوبرون:

تعتبر جينات التربتوفان من الحمض الأميني (جينات trp) جينات قابلة للقمع حيث يؤدي وجود المستقلب (trp) في البيئة إلى إيقاف التعبير عن جيناته البنيوية. يعمل التربتوفان كمثبط مساعد. يتم تنظيم أوبرون trp بطريقتين.

في الأول ، يتم التحكم في التعبير عن الجينات الهيكلية الخمسة E و D و C و B و A التي ترمز للإنزيمات المشاركة في تخليق التربتوفان ، بواسطة جين تنظيمي محدد. أكواد الجينات التنظيمية لبروتين معين يسمى الكابت. القامع في حد ذاته غير نشط ، ولكن عندما يصبح معقدًا مع التربتوفان (القامع المشترك) فإنه يصبح نشطًا.

المركب المُنشَّط المُثبِّت والمُثبط المُنشَّط يتأخر عن منطقة معينة من الحمض النووي ، المشغل يقع بجوار الجينات الهيكلية التي يتم تنظيمها. هذا يمنع حركة RNA polymerase نحو الجينات الهيكلية.

تشكل الجينات الهيكلية ومناطق المشغل والمروج معًا عامل التشغيل. وبالتالي ، عندما يكون التربتوفان موجودًا في البيئة ، فإن المكبِط يشكل معقدًا مع التربتوفان ، ثم يرتبط بالمشغل ويمنع نسخ الجينات الهيكلية.

على العكس من ذلك ، عندما ينقص التربتوفان في البيئة ، يظل المكبِط حراً وغير نشط ، ولا يرتبط بالمشغل ، مما يؤدي إلى نسخ الجينات الهيكلية وتوليف التربتوفان. يشار إلى هذا على أنه نظام تحكم سلبي لأن المكبِط الناتج عن الجين التنظيمي يعمل على إيقاف نسخ الجينات الهيكلية (الشكل 16.5).

الآلية الثانية التي تسمى التوهين ، تنظم التعبير عن جينات التربتوفان الهيكلية من خلال التحكم في قدرة بوليميراز الحمض النووي الريبي على مواصلة الاستطالة خلال تسلسل نوكليوتيد معين. تعمل هذه الآلية عند توفر مستويات عالية من التربتوفان. هناك توهين في التنظيم من خلال تسلسل ينهي النسخ قبل الأوان.

يقع هذا التسلسل أو منطقة التوهين على 162 نيوكليوتيدًا في نهاية موقع بدء النسخ ، وهذا هو أول جين هيكلي. ينتهي النسخ في هذه المنطقة إذا كان التربتوفان متاحًا ، قبل أن يصل RNA polymerase إلى أول جين هيكلي. بعبارة أخرى ، يحدث التوهين إذا كان الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) المحدد أمينيًا متاحًا. إذا لم يكن الأمر كذلك ، يستمر النسخ ، مما ينتج عنه trp mRNA وظيفي.

يبدأ النسخ في منطقة المروج لإنتاج ما يشار إليه باسم نسخة القائد. يحتوي RNA القائد على إشارة البداية والتوقف لتخليق البروتين. نظرًا لأن بدائيات النوى تفتقر إلى غشاء نووي ، يمكن أن يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد ، على عكس حقيقيات النوى حيث يوجد فصل مكاني للنسخ (في النواة) والترجمة (في السيتوبلازم).

لذلك ، بينما يتم تصنيع القائد RNA ، تبدأ الريبوسومات في الترجمة في النهاية 5 & # 8242. ينتج عن هذا سلسلة ببتيد قصيرة بينما يقوم بوليميراز RNA بنسخ المنطقة الرائدة. إذا كان tryptophan-tRNA متاحًا ، فسيستمر تصنيع سلسلة الببتيد ، حتى يصل الريبوسوم إلى إشارة التوقف الموجودة في RNA القائد.

ومع ذلك ، إذا لم يكن هناك ما يكفي من tryptoph an -tRNA ، فلن يتم ترجمة RNA القائد إلى ببتيد ، وسيتم القبض على الريبوسوم في أكواد التربتوفان في RNA القائد ، دون الوصول إلى إشارة التوقف.

إلى جانب متواليات التوقف والبدء ، يحتوي RNA القائد على 4 مناطق لها تسلسلات تكميلية تتيح تكوين الهياكل الجذعية والحلقة عن طريق الاقتران الأساسي.

يمكن للمنطقة 1 تشكيل أزواج أساسية مع المنطقة 2 يمكن للمنطقة 2 تشكيل أزواج أساسية على كلا الجانبين إما مع المنطقة 1 أو مع المنطقة 3 يمكن للمنطقة 3 أيضًا تشكيل أزواج أساسية مع المنطقة 2 أو مع المنطقة 4 يمكن للمنطقة 4 أن تتزاوج مع المنطقة 3 فقط. لذلك ، يمكن أن تتشكل 3 هياكل جذعية / حلقية محتملة في نسخة الحمض النووي الريبي (الشكل 16.6).

عندما تتزاوج المنطقة 3 قاعدة مع المنطقة 4 ، فإنها تولد إشارة للتوهين ، أي الإنهاء المبكر للنسخ. ومع ذلك ، يجب ملاحظة أنه إذا تم تشكيل الجذع / الحلقة بالفعل في المنطقة السابقة للمنطقة 3 ، فلن تكون المنطقة 3 متاحة للزوج الأساسي مع المنطقة 4.

هناك نقطة مهمة أخرى يجب ملاحظتها وهي أنه إذا كان الريبوسوم يترجم في المنطقة 2 ، فلن تكون المنطقة 2 متاحة للاقتران الأساسي مع المنطقة 1 أو مع المنطقة 3. في هذه الحالة ، ستكون المنطقة 3 حرة في زوج القاعدة مع المنطقة 4.

الاقتران الأساسي فقط بين المنطقتين 3 و 4 لتكوين إشارات جذعية / حلقة RNA polymerase لإنهاء النسخ. هذا يعني أنه عند توفر كمية كافية من tryptophan-tRNA لترجمة RNA القائد ، فإنه سيتوقف عن النسخ (التوهين) قبل الأوان ، ولن يتم نسخ الجينات الهيكلية ، في المقابل ، إذا كان tryptophan-tRNA غير موجود أو غير كاف لترجمة القائد RNA ، لن يكون هناك توهين.

في هذه الحالة ، سيتوقف الريبوسوم عند كودونات trp في المنطقة 1 ، مما يترك المنطقة 2 متاحة للزوج الأساسي مع المنطقة 3. وهذا يعني أن المنطقة 3 لن تكون متاحة للزوج الأساسي مع المنطقة 4 ، وهو مطلب أساسي للإشارة بوليميراز الحمض النووي الريبي لإنهاء النسخ. في حالة عدم وجود التوهين ، سيتم نسخ الجينات الهيكلية (الشكل 16.7).

تنظيم النسخ في حقيقيات النوى:

يعتبر التحكم في التعبير عن الجينات حقيقية النواة أكثر تعقيدًا مما هو عليه في بدائيات النوى ، وهو في المقام الأول على مستوى بدء النسخ. بشكل عام ، يتم التحكم في النسخ في الخلايا حقيقية النواة عن طريق البروتينات التي ترتبط بتسلسلات تنظيمية محددة وتعديل نشاط بوليميريز الحمض النووي الريبي.

في العديد من أنواع الخلايا المختلفة للكائنات حقيقية النواة متعددة الخلايا ، يتم تنظيم التعبير الجيني من خلال الإجراءات المشتركة للعديد من البروتينات التنظيمية النسخية المختلفة ، عن طريق مثيلة الحمض النووي ، وتعبئة الحمض النووي في كروماتين.

المروجين والمعززات:

في البكتيريا ، يتم تنظيم النسخ من خلال ارتباط البروتينات بالتسلسلات المؤثرة في رابطة الدول المستقلة ، كما هو الحال في أوبرون اللاكتات ، التي تتحكم في نسخ الجينات المجاورة (z ، y ، a). تسلسلات مماثلة تعمل برابطة الدول المستقلة تنظم التعبير عن الجينات حقيقية النواة. تعتمد طريقة تحديد هذه التسلسلات على استخدام فحوصات نقل الجينات التي يتم من خلالها دراسة نشاط المناطق التنظيمية المفترضة للجينات المستنسخة (الشكل 16.8).

يتم ربط التسلسل التنظيمي بجين المراسل الذي يشفر إنزيمًا يمكن اكتشافه بسهولة. يتم نقل الجين المراسل إلى الخلايا المستنبتة (تعداء). يشير التعبير عن الجين المراسل إلى النشاط البيولوجي للتسلسل التنظيمي ويوفر اختبارًا حساسًا لقدرة التسلسلات التنظيمية المستنسخة على النسخ المباشر.

يعمل عنصرا المروج الأساسي ، صندوق TATA وتسلسل Inr في الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase II كمواقع ربط محددة لعوامل النسخ. Inr هو تسلسل البادئ الذي يمتد عبر موقع بدء النسخ في محفزات العديد من الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase II.

تعمل المتواليات الأخرى التي تعمل برابطة الدول المستقلة كمواقع ملزمة لمجموعة متنوعة من العوامل التنظيمية التي تتحكم في التعبير عن الجينات الفردية. توجد هذه التسلسلات التنظيمية المؤثرة في رابطة الدول المستقلة عادةً في الجزء العلوي من مربع TATA. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على تسلسلين تنظيميين شائعين في الجين حقيقي النواة موجودان في محفز جين فيروس الهربس البسيط الذي يشفر كيناز ثيميدين.

يقع هذان التسلسلان على حوالي 100 زوج أساسي في الجزء العلوي من مربع TATA ، وتسلسل إجماعيهما هو CCAAT و GGGCGG (يسمى صندوق GC). لقد ثبت أن ارتباط بروتينات معينة بهذه التسلسلات يؤدي إلى بدء النسخ.

على عكس صناديق CCAAT و GC في محفز thymidine kinase لفيروس الهربس البسيط ، توجد التسلسلات التنظيمية للعديد من جينات الثدييات على مسافة بعيدة ، تصل إلى 10 كيلو قواعد ، من موقع بدء النسخ. تسمى هذه التسلسلات المعززات وقد تم وصفها لأول مرة في الفيروس SV40. مثل المحفزات ، تعمل المعززات عن طريق ربط عوامل النسخ التي تعمل عن طريق تنظيم بوليميراز الحمض النووي الريبي.

تعمل عوامل النسخ المرتبطة بالمُعزِّزات البعيدة بنفس الآليات مثل تلك المرتبطة المجاورة للمُحفِّزات ، أي المتواليات التنظيمية المؤثرة في رابطة الدول المستقلة. إن ارتباط البروتينات التنظيمية النسخية المحددة بالمُعزِّزات هو المسؤول عن التحكم في التعبير الجيني أثناء التطور والتمايز واستجابة الخلايا للهرمونات وعوامل النمو.

منشطات النسخ:

من بين أكثر عوامل النسخ التي تمت دراستها بدقة هي منشطات النسخ ، والتي ترتبط بتسلسل الحمض النووي التنظيمي وتحفز النسخ. تتكون المنشطات النسخية من مجالين ، أحدهما يرتبط بالحمض النووي لربط العامل بالموقع المناسب على الحمض النووي والآخر ينشط النسخ من خلال التفاعل مع المكونات الأخرى لنظام النسخ.

كشفت الدراسات التفصيلية أن مجالات ربط الحمض النووي للعديد من هذه البروتينات مرتبطة ببعضها البعض. تحتوي نطاقات أصابع الزنك على مكررات من بقايا السيستين والهيستيدين التي تربط أيونات الزنك وتنطوي في حلقات تشبه الأصابع تربط الحمض النووي. تحتوي عوامل النسخ لمستقبلات هرمون الستيرويد على مجالات أصابع الزنك.

تنظم مستقبلات هرمون الستيرويد نسخ الجينات استجابةً لهرموني الاستروجين والتستوستيرون. مجالات التنشيط لعوامل النسخ ليست موصوفة بشكل جيد مثل مجالات ربط الحمض النووي الخاصة بها.

التنظيم عن طريق الربط البديل لنسخة الحمض النووي الريبي:

يمكن تقطيع النسخة الأولية لبعض الجينات بطرق بديلة لإنتاج منتجات مختلفة. حتى عند استخدام نفس المحفز لنسخ الجين ، يمكن أن تنتج أنواع مختلفة من الخلايا كميات مختلفة من البروتين ، أو حتى بروتينًا مختلفًا. يمكن أن ينتج هذا عن الاختلافات في mRNA المنتجة أو من معالجة mRNA. يمكن تحقيق ذلك عندما يتم تقطيع نفس النص من نوع خلية واحد بشكل مختلف عن النص الموجود في نوع آخر من الخلايا.

قد تكون إكسونات ترميز البروتين هي نفسها في أنواع الخلايا المختلفة ، ولكن قد يكون نمط التضفير للنسخة مختلفًا. في هذه الحالة يكون البروتين متطابقًا ، لكن معدل التوليف مختلف ، لأن جزيئات الرنا المرسال لا تُترجم بنفس الكفاءة.

في حالات أخرى ، يحتوي جزء ترميز البروتين في النص على نمط تضفير مختلف في كل نوع خلية ، ونتيجة لذلك أنتجت جزيئات الرنا المرسال كودًا لبروتينات غير متطابقة على الرغم من أنها تشترك في إكسونات معينة.

غالبًا ما يتم تقطيع نسخ الجينوم البشري بطرق بديلة. نتيجة لذلك ، قد تقوم حوالي 30000 جين بشري بتشفير 64000 إلى 96000 بروتين مختلف. تعتبر المعالجة البديلة للحمض النووي الريبي أحد المصادر الرئيسية للتعقيد الجيني البشري. على سبيل المثال ، يخضع جين مستقبل الأنسولين البشري لعملية تضفير بديلة تؤدي إلى تضمين أو استبعاد رقم exon11 في mRNA (الشكل 16.9).

تختلف الأشكال الناتجة لسلسلة البولي ببتيد في الطول بمقدار 12 حمضًا أمينيًا. في خلايا الكبد ، جميع الإكسونات العشرين موجودة في الرنا المرسال للشكل الطويل من بروتين المستقبل (الشكل 16.9 ، الجزء أ) ، بينما في الهيكل العظمي إكسون 11 يتم التخلص منه جنبًا إلى جنب مع الإنترونات المرافقة ويستبعد من الرنا المرسال لفترة قصيرة شكل (الشكل 16.9 ، الجزء ب).

يُظهر الشكل الطويل للمستقبل تقاربًا منخفضًا للأنسولين ويتم التعبير عنه في الأنسجة مثل الكبد التي تتعرض لتركيزات أعلى نسبيًا من الأنسولين. يحتوي الشكل القصير من البروتين على انجذاب كبير للأنسولين ويتم التعبير عنه بشكل تفضيلي في الأنسجة مثل العضلات الهيكلية التي تتعرض عادةً لمستويات أقل من الأنسولين.

وبالتالي ، يوفر التضفير البديل آلية لتوليد بروتينات ذات خصائص مختلفة من نفس الجين. يمكن أن ينتج عن جين Dscam من ذبابة الفاكهة ما يقرب من 38016 بروتينًا مختلفًا عن طريق التضفير البديل. العدد الفعلي للبروتينات المركبة غير معروف. ينتج الجينوم البشري الذي يحتوي على 30.000 إلى 40.000 جين بروتينات مختلفة يكون عددها أكبر بعدة مرات ، عن طريق التضفير البديل.

على عكس جينات ذبابة الفاكهة والديدان السفلية ، يتم توزيع الجينات البشرية على مساحة كبيرة من الجينوم ، وتكون نسخ الرنا المرسال الأولية طويلة جدًا. يؤدي التضفير البديل لمعظم الجينات البشرية إلى منتجات بروتينية متعددة. يُعتقد أن حوالي ثلث جميع الجينات البشرية تخضع لعملية تضفير بديلة.

من بين الجينات التي يتم تقطيعها بدلاً من ذلك ، يتراوح متوسط ​​عدد mRNAs المميزة المنتجة من النسخة الأولية بين 2 و 7. متوسط ​​عدد mRNAs المختلفة لكل جين عبر الجينوم في نطاق 2 إلى 3 ، والذي يتضمن الجينات التي تنتج a مرنا واحد وكذلك تلك التي تنتج عدة مرنا مختلفة. وبالتالي ، فإن التضفير البديل يزيد بشكل كبير من عدد منتجات البروتين التي يمكن تشفيرها من عدد صغير نسبيًا من الجينات.

التنظيم على مستوى الترجمة:

في الخلايا حقيقية النواة ، يتم فصل النسخ والترجمة في عملية التعبير الجيني. يسمح هذا بالتنظيم على مستوى الترجمة بشكل مستقل عن النسخ.

الأنواع الرئيسية للتحكم الترجمي هي: عدم قدرة جزيء mRNA على الترجمة في ظل ظروف معينة تنظيم المعدل الإجمالي لتثبيط تخليق البروتين أو تنشيط الترجمة بواسطة RNAs التنظيمية الصغيرة التي تخضع لإقران قاعدة مع تنشيط mRNA للحشوية غير المترجمة سابقًا مرناس.

في حالة التحكم الترجمي بواسطة RNAs التنظيمية الصغيرة ، عادةً ما تكون RNAs التنظيمية مكملة في تسلسل لجزء من mRNA الذي يتحكمون في ترجمته. يُطلق على تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) المكمل لـ mRNA اسم الحمض النووي الريبي المضاد. يعمل الرنا المنظم المضاد للدلالة عن طريق الاقتران مع الرنا المرسال. يمكنه إما تنشيط الترجمة أو منعها. يمكن أيضًا للـ RNA التنظيمي الصغير تنظيم الترجمة.

التحكم الوراثي للتنظيم الجيني:

الظواهر اللاجينية هي حالات بديلة للنشاط الجيني الوراثي ، ولكنها لا تتبع قواعد المورثة المندلية ، ولا يتم تفسيرها بالطفرة أو التغيرات في تسلسل الجينات أو التنظيم النمائي الطبيعي. إنها تغييرات تحدث في التعبير الجيني عن طريق تعديلات كيميائية وراثية في الحمض النووي.

تعني البادئة epi & # 8220besides & # 8221 أو & # 8220in بالإضافة إلى & # 8221. لذلك ، يشير الوراثة اللاجينية إلى التغييرات الوراثية في التعبير الجيني التي لا ترتبط بالتغيرات في تسلسل الحمض النووي ، ولكن بشيء & # 8220 بالإضافة إلى & # 8221 تسلسل الحمض النووي ، وعادة ما يكون إما تعديل كيميائي لقواعد الحمض النووي أو البروتينات المرتبطة بالحمض النووي.

من الواضح الآن أن العديد من الظواهر اللاجينية تحدث إلى حد كبير عن طريق التغيرات في بنية الكروماتين. بشكل عام ، ترتبط مثيلة الحمض النووي بإيقاف التعبير الجيني. ومع ذلك ، فإن بعض الكائنات الحية التي تظهر بوضوح تأثيرات فوق جينية ، على سبيل المثال ذبابة الفاكهة ، لا تحتوي على مثيلة الحمض النووي. كما أن تعديلات الهيستونات والبروتينات الصبغية غير الخجولة والهيستون متورطة في علم التخلق.


علم الأحياء 16.1-16.2، 16.4-16.6

في بعض الأحيان يوجد نوع خاص من النيوكليوتيدات يحدث في موضع ______ من anticodon ، ويسمى ___________. يمكن أن يرتبط إما بـ A أو C أو U.

هذا يؤدي إلى تذبذب الاقتران ، لذا فإن anticodon من:

______I ، يمكنني الاقتران بكودون ______A أو ______C أو ______U

يشبه إلى حد كبير النسخ ، يجب على الريبوسوم أن يربط ويقرأ في منطقة انطلاق أولية تسمى _____ _________________ _______

في بدائيات النوى ، لا توجد نواة. هذا يعني أن النسخ والترجمة يمكن أن يحدثا في نفس الوقت!

إذا كان إطار القراءة (مجموعات من 3) معطلاً ، يكون _________________ _____________

القطة تأكل الفئران
عصر CCA TAT ETH T
القطة تأكل رايت

يتم ترجمة نهاية _____ من mRNA أولاً

يصبح ___-_______ من عديد الببتيد

النهاية الأخيرة المراد ترجمتها هي النهاية _____ ، والتي تصبح ___-_______ من البولي ببتيد

تذكر أن منتجات الجينات غالبًا ما تكون بروتينات ، لكنها في بعض الأحيان __________ (في كلتا الحالتين ، يتم نسخ وصفات الحمض النووي أولاً إلى RNA)

تم العثور عليها بشكل أساسي في ________________ ، نظرًا لأن نسخة ____ (نفس) ______ يمكن أن تحتوي على جينات متعددة عليها

في كثير من الأحيان ، تحتوي منطقة المنبع من الجين المراد نسخه على مناطق متخصصة مختلفة حيث يمكن للمثبطات / المثبطات أو المعززات أن ترتبط إما ببدء أو منع النسخ

_______________: حيث يرتبط RNA polymerase

عندما يكون التربتوفان ________________ ، فإن جزيئين من التربتوفان يربطان بروتين المثبط في _______________ _______________

عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، يمكن للإشريكية القولونية استخدام اللاكتوز كـ __________ ، ولكن يجب أن تصنع الإنزيمات لهضمه

مع محدودية إمدادات الجلوكوز ، ومستويات cAMP ______________

يرتبط cAMP ببروتين CAP ويساعد الزوج ________ _____ على الارتباط بـ _____________

ومع ذلك ، إذا لم يكن اللاكتوز موجودًا ، فلا يمكن استخدامه كبديل للجلوكوز.


يتم تنظيم الجينات لجعل التحكم في التعبير الجيني أسهل. منطقة المروج هي المنبع مباشرة لتسلسل الترميز. يمكن أن تكون هذه المنطقة قصيرة (فقط عدد قليل من النيوكليوتيدات في الطول) أو طويلة جدًا (مئات النيوكليوتيدات طويلة). كلما طالت مدة المحفز ، زادت المساحة المتاحة لربط البروتينات. يضيف هذا أيضًا مزيدًا من التحكم في عملية النسخ. طول المحفز خاص بالجينات ويمكن أن يختلف بشكل كبير بين الجينات. وبالتالي ، يمكن أن يختلف مستوى التحكم في التعبير الجيني أيضًا بشكل كبير بين الجينات. الغرض من المروج هو ربط عوامل النسخ التي تتحكم في بدء النسخ.

داخل منطقة المروج ، فقط المنبع من موقع بدء النسخ ، يوجد صندوق TATA. هذا المربع هو مجرد تكرار لثايمين ودينوكليوتيدات الأدينين (حرفيا ، يكرر TATA). يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمركب بدء النسخ ، مما يسمح بحدوث النسخ. لبدء النسخ ، فإن عامل النسخ (TFIID) هو أول من يرتبط بصندوق TATA. يؤدي ربط TFIID إلى تجنيد عوامل النسخ الأخرى ، بما في ذلك TFIIB و TFIIE و TFIIF و TFIIH إلى صندوق TATA. بمجرد تجميع هذا المركب ، يمكن أن يرتبط RNA polymerase بتسلسله الأولي. عندما يرتبط مع عوامل النسخ ، فإن بوليميريز الحمض النووي الريبي يتم فسفرته. يحرر هذا جزءًا من البروتين من الحمض النووي لتنشيط مجمع بدء النسخ ويضع بوليميراز الحمض النووي الريبي في الاتجاه الصحيح لبدء النسخ ، يجلب بروتين ثني الحمض النووي المحسن ، الذي يمكن أن يكون بعيدًا تمامًا عن الجين ، على اتصال مع عوامل النسخ و بروتينات وسيطة (الشكل).

المُحسِّن هو تسلسل الحمض النووي الذي يعزز النسخ. يتكون كل مُحسِّن من تسلسلات قصيرة من الحمض النووي تسمى عناصر التحكم البعيدة. تتفاعل المنشطات المرتبطة بعناصر التحكم البعيدة مع البروتينات الوسيطة وعوامل النسخ. قد يكون لجينين مختلفين نفس المحفز ولكن عناصر تحكم بعيدة مختلفة ، مما يتيح التعبير الجيني التفاضلي.

بالإضافة إلى عوامل النسخ العامة ، يمكن أن ترتبط عوامل النسخ الأخرى بالمحفز لتنظيم نسخ الجينات. ترتبط عوامل النسخ هذه بمحفزات مجموعة معينة من الجينات. إنها ليست عوامل نسخ عامة ترتبط بكل معقد محفز ، ولكن يتم تجنيدها لتسلسل محدد على محفز جين معين. هناك المئات من عوامل النسخ في الخلية التي يرتبط كل منها على وجه التحديد بعنصر معين لتسلسل الحمض النووي. عندما ترتبط عوامل النسخ بالمحفز فقط في بداية الجين المشفر ، يشار إليه باسم a رابطة الدول المستقلة- عنصر فاعل ، لأنه موجود على نفس الكروموسوم بجوار الجين مباشرة. تسمى المنطقة التي يرتبط بها عامل نسخ معين موقع ارتباط عامل النسخ. تستجيب عوامل النسخ للمنبهات البيئية التي تجعل البروتينات تجد مواقع الارتباط الخاصة بها وتبدأ نسخ الجين المطلوب.


16 - تنظيم الجينات

يستعرض هذا الفصل الفهم الحالي لـ التوكسوبلازما النسخ لأنه يتغير خلال دورة الحياة الوسيطة للطفيلي. يناقش الفصل الدليل على أن التوكسوبلازما تمتلك ذخيرة مماثلة من الآليات لتنظيم النسخ كما لوحظ في حقيقيات النوى الأخرى المدروسة جيدًا ، من الخميرة إلى الحيوانات متعددة الخلايا. نظرا لأهمية التوكسوبلازما العدوى التي تصيب البشر ، وفهم آليات النمو التي بدأتها sporozoites أو bradyzoites التي تؤدي إلى تكوين كيس الأنسجة ، ستكون أساسية للسيطرة في نهاية المطاف على انتقال المرض والأمراض المزمنة. دراسات التوكسوبلازما العدوى الأولية في الحيوانات وفي الثقافات المصابة بالسبوروزويت والبراديزويت في المختبر indicate that development initiated by either the sporozoite or bradyzoite stage is similar, and likely the consequence of a unified genetic program. Thus, defining the changes in gene expression that accompany this development pathway will be important to understand the underlying mechanisms responsible for toxoplasmosis caused by either route of infection.


Transcription regulation by the Mediator complex

Alterations in the regulation of gene expression are frequently associated with developmental diseases or cancer. Transcription activation is a key phenomenon in the regulation of gene expression. In all eukaryotes, mediator of RNA polymerase II transcription (Mediator), a large complex with modular organization, is generally required for transcription by RNA polymerase II, and it regulates various steps of this process. The main function of Mediator is to transduce signals from the transcription activators bound to enhancer regions to the transcription machinery, which is assembled at promoters as the preinitiation complex (PIC) to control transcription initiation. Recent functional studies of Mediator with the use of structural biology approaches and functional genomics have revealed new insights into Mediator activity and its regulation during transcription initiation, including how Mediator is recruited to transcription regulatory regions and how it interacts and cooperates with PIC components to assist in PIC assembly. Novel roles of Mediator in the control of gene expression have also been revealed by showing its connection to the nuclear pore and linking Mediator to the regulation of gene positioning in the nuclear space. Clear links between Mediator subunits and disease have also encouraged studies to explore targeting of this complex as a potential therapeutic approach in cancer and fungal infections.


Control of Eukaryotic Gene Regulation

Eukaryotic Gene Regulation: Genomic Control

Genes coding for the human antibody heavy chains are created by DNA rearrangements involving multiple types of V, D and J segments.
Initially, the DNA of the immune cells is arranged as tandem arrays of V, D and J regions
DNA excision randomly removes several D and J segments to place individual D and J sequences side by side.
A second random excision removes several V and D segments to join a V section to the others to form a VDJ segment.
After transcription, the sequences separating the VDJ segment from the C segment are removed by RNA splicing.

Eukaryotic Gene Regulation: Transcriptional Control

In a typical protein-coding eukaryotic gene, the mRNA is transcribed by RNA polymerase II.
The core promoter is characterized by an initiator sequence surrounding the transcriptional startpoint and a sequence called a TATA box located about 25 bp upstream (to the 5 prime side) of the startpoint.
The core promoter is where the general transcription factors and RNA polymerase assemble for the initiation of transcription.
Within about 100 nucleotides upstream from the core promoter lie several proximal control elements, which stimulate transcription of the gene by interacting with regulatory transcription factors.
The number, identity and location of the proximal elements vary from gene to gene.
The transcription unit includes a 5 prime untranslated region (leader) and a 3 prime untranslated region (trailer) which are transcribed and included in the mRNA but do not contribute sequence information for the protein product.
These untranslated regions may contain expression control sequences.
In the primary transcript, at the end of the last exon is a site directing the cleavage of the RNA and poly(A) addition.

Properties of Enhancers

A Model for Enhancer Action
In this model, an enhancer located at a great distance along the DNA from the protein-coding gene it regulates is brought close to the core promoter by a looping of the DNA.
The influence of an enhancer on the promoter is mediated by regulatory transcription factors called activators.
1) The activator proteins bind to the enhancer elements, forming an enhanceosome.
2) Bending of the DNA brings the enhanceosome closer to the core promoter.
The general transcription factor TFIID is in the promoter's vicinity. For the purpose of this figure, two of the protein subunits of TFIID, which will function as coactivators in step 3, are distinguished from the rest of the factor.
3) The DNA-bound activators interact with specific coactivators that are part of TFIID. This interaction facilitates the correct positioning of TFIID on the promoter.
4) The other general transcription factors and RNA polymerase join the complex, and transcription is initiated.

The gene for the protein albumin, like other genes, is associated with an array of regulatory DNA elements here we show only two control elements, as well as the core promoter.
Cells of all tissues contain RNA polymerase and the general transcription factors, but the set of regulatory transcription factors available varies with the cell type.
Liver cells contain a set of regulatory transcription factors that includes the factors for recognizing all the albumin gene control elements.
When these factors bind to the DNA, they facilitate transcription of the albumin gene at a high level.
Brain cells, however, have a different set of regulatory transcription factors, which does not include all the ones for the albumin gene. Consequently, in brain cells, the transcription complex can assemble at the promoter, but not very efficiently.
The result is that brain cells transcribe the albumin gene only at a low level.

Several structural motifs are commonly found in the DNA-binding domains of regulatory transcription factors.
The parts of these domains that directly interact with specific DNA sequences are usually alpha helices (or recognition helices) which fit into DNA's major groove.
The helix-turn-helix motif contains two alpha helices are joined by a short flexible turn.
The zinc finger motif consists of an alpha helix and a two segment, antiparallel beta sheet, all held together by the interaction of four cysteine residues (or two cysteine & two histidine residues) with a zinc atom.
Zinc finger proteins normally contain a number of zinc fingers.
The leucine zipper motif contains an alpha helix that has a regular arrangement of leucine residues that interacts with a similar region in a second polypeptide to coil around each other.
The helix-loop-helix motif contains a short a helix connected to a longer a helix by a polypeptide loop interacts with a similar region on another polypeptide to create a dimer.
The homeodomain is a helix-turn-helix DNA-binding domain containing three alpha helices encoded by a 180 basepair homeobox.
The homeodomain was originally found in homeotic genes which are very important in development.
The homeodomain Hox genes control the head-to-tail development in animals from flies to mammals.

The DNA response sequences that bind transcription factors are often comprised of inverted repeat elements.
Reading the sequence of the glucocorticoid response element in the 5 prime to 3 prime direction from either end yields the same DNA sequence (5 prime-AGAACA -3 prime).
The thyroid hormone element contains the same inverted repeat sequences as the estrogen element but the three bases that separate the two copies of the sequence in the estrogen element are absent.

The glucocorticoid receptors activate gene transcription.
Cortisol, a hydrophobic steroid hormone, can diffuse through a plasma membrane then bind to the intracellular glucocorticoid receptor.
Binding the steroid causes the release of an inhibitory protein and activates the glucocorticoid receptor molecule's DNA binding site.
The glucocorticoid receptor molecule then enters the nucleus and binds to a glucocorticoid response element in DNA which causes a second glucocorticoid receptor molecule to bind to the same response element.
The resulting glucocorticoid receptor dimer activates transcription of the target gene.

The cAMP response element binding protein (CREB) controls gene expression when cAMP levels increase.
Genes activated by cyclic AMP possess an upstream cyclic AMP response element (CRE) that binds a transcription factor called the CREB protein.
In the presence of cyclic AMP, cytoplasmic protein kinase A is activated and its activated catalytic subunit then moves into the nucleus, where it catalyzes phosphorylation of the CREB protein, thereby stimulating its activation domain.

Eukaryotic Gene Regulation: Translational Control

Translation of ferritin is activated in the presence of iron.
Translation is inhibited by binding of the IRE-binding protein to the hairpin structure of an iron response element (IRE) in the 5 prime untranslated leader sequence of ferritin mRNA.
When iron binds to IRE-binding protein, it contorts into a conformation that does not recognize the IRE.
When iron is available, ribosomes can assemble on the mRNA and proceed to translate ferritin.
The hairpin does not interfere with the ribosome activities.

Degradation of the transferrin receptor mRNA (required for iron uptake) is also regulated by the allosteric IRE-binding protein.
Transferrin receptor mRNA has an IRE in its 3 prime untranslated region.
When intracellular [iron] is low, the IRE-binding protein remains bound to the IRE which 1) protects the mRNA from degradation and 2) allowing more transferrin receptor protein to be synthesized.
When intracellular [iron] is high, iron binds to the IRE-binding protein, it releases the IRE and the mRNA can be degraded.


شاهد الفيديو: التنظيم الجيني في الخلايا حقيقية النواة (كانون الثاني 2022).