معلومة

16.3: تنظيم الجينات حقيقية النواة - علم الأحياء

16.3: تنظيم الجينات حقيقية النواة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

16.3: لائحة الجينات حقيقية النواة

16.5 لائحة الجينات ما بعد النسخ حقيقية النواة

في هذا القسم سوف تستكشف السؤال التالي:

اتصال لدورات AP ®

يمكن أن يحدث التنظيم اللاحق للنسخ في أي مرحلة بعد النسخ. إحدى آليات ما بعد النسخ المهمة هي تضفير الحمض النووي الريبي. بعد نسخ RNA ، غالبًا ما يتم تعديله لإنشاء RNA ناضج جاهز للترجمة. كما درسنا في الفصول السابقة ، فإن معالجة الرنا المرسال تتضمن إزالة الإنترونات التي لا ترمز للبروتين. تزيل Spliceosomes الإنترونات وتربط الإكسونات معًا ، غالبًا في تسلسلات مختلفة عن ترتيبها الأصلي على RNA المرسال (غير الناضج) المنسوخ حديثًا. تتم إضافة غطاء GTP إلى نهاية 5’m ويضاف ذيل poly-A إلى 3’ نهاية. ثم يترك هذا المرسال الناضج النواة ويدخل السيتوبلازم. مرة واحدة في السيتوبلازم ، يمكن تغيير طول الوقت الذي يقضيه الرنا المرسال هناك قبل أن يتحلل - وهو عمر مميز أو "العمر الافتراضي" للجزيء الذي يسمى استقرار الحمض النووي الريبي - للتحكم في كمية البروتين الذي يتم تصنيعه. يتم التحكم في استقرار الحمض النووي الريبي بواسطة عدة عوامل ، بما في ذلك microRNAs (miRNA أو RNAi ، تدخل الحمض النووي الريبي) تقلل miRNA دائمًا الاستقرار وتعزز تحلل الرنا المرسال.

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 المناهج الدراسية 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 توفر المعلومات القابلة للتوريث استمرارية الحياة.
المعرفة الأساسية 3-أ 1 الحمض النووي ، وفي بعض الحالات RNA ، هو المصدر الأساسي للمعلومات القابلة للتوريث.
ممارسة العلوم 6.5 يمكن للطالب تقييم التفسيرات العلمية البديلة.
هدف التعلم 3.1 الطالب قادر على بناء تفسيرات علمية تستخدم هياكل وآليات DNA و RNA لدعم الادعاء بأن DNA ، وفي بعض الحالات ، RNA هي المصدر الأساسي للمعلومات القابلة للتوريث.
المعرفة الأساسية 3-أ 1 الحمض النووي ، وفي بعض الحالات RNA ، هو المصدر الأساسي للمعلومات القابلة للتوريث.
ممارسة العلوم 6.4 يمكن للطالب تقديم ادعاءات وتنبؤات حول الظواهر الطبيعية بناءً على النظريات والنماذج العلمية.
هدف التعلم 3.6 يمكن للطالب أن يتنبأ كيف أن التغيير في تسلسل DNA أو RNA معين يمكن أن يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني.

يتم نسخ الحمض النووي الريبي ، ولكن يجب معالجته في شكل ناضج قبل أن تبدأ الترجمة. تسمى هذه المعالجة بعد نسخ جزيء الحمض النووي الريبي ، ولكن قبل ترجمته إلى بروتين ، التعديل اللاحق للنسخ. كما هو الحال مع مراحل المعالجة اللاجينية والنسخية ، يمكن أيضًا تنظيم خطوة ما بعد النسخ للتحكم في التعبير الجيني في الخلية. إذا لم تتم معالجة الحمض النووي الريبي أو نقله أو ترجمته ، فلن يتم تصنيع أي بروتين.

ربط الحمض النووي الريبي ، المرحلة الأولى من التحكم بعد النسخ

في الخلايا حقيقية النواة ، غالبًا ما تحتوي نسخة الحمض النووي الريبي على مناطق تسمى الإنترونات ، والتي تمت إزالتها قبل الترجمة. تسمى مناطق الحمض النووي الريبي التي ترمز للبروتين exons (الشكل 16.11). بعد نسخ جزيء RNA ، ولكن قبل خروجه من النواة المراد ترجمتها ، تتم معالجة RNA وإزالة الإنترونات عن طريق التضفير.

اتصال التطور

الربط البديل للحمض النووي الريبي

في السبعينيات ، لوحظت الجينات لأول مرة التي أظهرت تضفيرًا بديلًا للحمض النووي الريبي. التضفير البديل للحمض النووي الريبي هو آلية تسمح بإنتاج منتجات بروتينية مختلفة من جين واحد عند إزالة مجموعات مختلفة من الإنترونات ، وأحيانًا exons ، من النسخة (الشكل 16.12). يمكن أن يكون هذا التضفير البديل عشوائيًا ، ولكن في كثير من الأحيان يتم التحكم فيه ويعمل كآلية لتنظيم الجينات ، مع تكرار بدائل التضفير المختلفة التي تتحكم بها الخلية كطريقة للتحكم في إنتاج منتجات بروتينية مختلفة في خلايا مختلفة أو في مختلف مراحل التنمية. يُفهم الآن أن التضفير البديل هو آلية شائعة لتنظيم الجينات في حقيقيات النوى وفقًا لأحد التقديرات ، يتم التعبير عن 70 بالمائة من الجينات في البشر كبروتينات متعددة من خلال التضفير البديل.

  1. تزداد المرونة لأنه يمكن تغيير mRNA بعد اكتمال النسخ.
  2. تزداد المرونة لأنه يمكن تقسيم الجينات وإعادة توحيدها في جينات جديدة.
  3. تنخفض المرونة لأن جزيء الرنا المرسال يصبح أصغر.
  4. تنخفض المرونة بسبب تدهور الحمض النووي أثناء التضفير البديل.

تصور كيف يحدث التضفير mRNA من خلال مشاهدة العملية أثناء العمل في هذا الفيديو.

  1. بمجرد تقطيع mRNA ، لا يمكن إنشاء mRNA الأصلي مرة أخرى.
  2. لا يمكن أن ينتج الحمض النووي الريبي المقسم بروتينات مناسبة.
  3. الربط لا يحدث إطلاقا.
  4. يحدث الربط في مكان خاطئ على mRNA.

اتصال الممارسة العلمية لدورات AP®

فكر في الأمر

ما هي الميزة التطورية للربط الجيني البديل للإنترونات أثناء تعديل ما بعد النسخ من الرنا المرسال؟

قبل أن يغادر mRNA النواة ، يتم إعطاؤه "أغطية" واقية تمنع نهاية الخيط من التدهور أثناء رحلته. عادةً ما يتكون الغطاء 5 بوصات ، الذي يتم وضعه على الطرف 5 من الرنا المرسال ، من جزيء غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP). عادةً ما يتكون ذيل poly-A ، المرتبط بالطرف 3 ، من سلسلة من نيوكليوتيدات الأدينين. بمجرد نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم ، يمكن التحكم في طول الفترة الزمنية التي يتواجد فيها الحمض النووي الريبي هناك. كل جزيء RNA له عمر محدد ويتحلل بمعدل معين. يمكن أن يؤثر معدل الانحلال هذا على كمية البروتين الموجودة في الخلية. إذا زاد معدل الانحلال ، فلن يكون الحمض النووي الريبي موجودًا في السيتوبلازم لفترة طويلة ، مما يؤدي إلى تقصير وقت حدوث الترجمة. على العكس من ذلك ، إذا انخفض معدل الانحلال ، فإن جزيء الحمض النووي الريبي سيبقى في السيتوبلازم لفترة أطول ويمكن ترجمة المزيد من البروتين. يشار إلى معدل الانحلال هذا باستقرار الحمض النووي الريبي. إذا كان الحمض النووي الريبي مستقرًا ، فسيتم اكتشافه لفترات أطول في السيتوبلازم.

يمكن أن يؤثر ارتباط البروتينات بـ RNA على استقراره. يمكن للبروتينات ، التي تسمى بروتينات ربط RNA ، أو RBPs ، أن ترتبط بمناطق الحمض النووي الريبي (RNA) في أعلى أو أسفل منطقة ترميز البروتين. تسمى هذه المناطق في الحمض النووي الريبي التي لم تترجم إلى بروتين المناطق غير المترجمة أو UTRs. إنها ليست introns (تلك التي تمت إزالتها في النواة). بدلاً من ذلك ، هذه هي المناطق التي تنظم توطين الرنا المرسال والاستقرار وترجمة البروتين. تسمى المنطقة التي تسبق منطقة ترميز البروتين بـ 5 'UTR ، بينما تسمى المنطقة التي تلي منطقة التشفير بـ 3' UTR (الشكل 16.13). يمكن أن يؤدي ارتباط RBPs بهذه المناطق إلى زيادة أو تقليل استقرار جزيء RNA ، اعتمادًا على RBP المحدد الذي يرتبط.

استقرار RNA و microRNAs

بالإضافة إلى RBPs التي ترتبط وتتحكم (تزيد أو تنقص) استقرار RNA ، يمكن لعناصر أخرى تسمى microRNAs أن ترتبط بجزيء RNA. هذه microRNAs ، أو miRNAs ، هي جزيئات RNA قصيرة يبلغ طولها 21-24 فقط من النيوكليوتيدات. تصنع الجزيئات المجهرية في النواة على أنها أجسام ما قبل ميرنا أطول. يتم تقطيع هذه الـ pre-miRNAs إلى miRNAs ناضجة بواسطة بروتين يسمى dicer. مثل عوامل النسخ و RBPs ، تتعرف miRNAs الناضجة على تسلسل محدد وترتبط بـ RNA ، ومع ذلك ، ترتبط miRNAs أيضًا بمركب ribonucleoprotein يسمى مجمع الإسكات الناجم عن RNA (RISC). يرتبط RISC مع mRNA لتحطيم mRNA الهدف. معًا ، تقوم miRNAs ومركب RISC بتدمير جزيء RNA بسرعة.


التحكم اللاجيني: تنظيم الوصول إلى الجينات داخل الكروموسوم

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.

يشفر الجينوم البشري 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 الهيستونات 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 الجسيمات النووية يشبه حبات صغيرة على سلسلة (الشكل 16.6)ب). يمكن لهذه الحبيبات (بروتينات هيستون) أن تتحرك على طول السلسلة (DNA) وتغير بنية الجزيء.

إذا كان من المقرر نسخ جين معين إلى الحمض النووي الريبي (DNA) ، فإن النيوكليوسومات المحيطة بتلك المنطقة من الحمض النووي يمكن أن تنزلق أسفل الحمض النووي لفتح تلك المنطقة الصبغية المحددة والسماح لآلية النسخ (RNA polymerase) ببدء النسخ (الشكل 16.7). يمكن أن تتحرك النيوكليوسومات 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 الهيستون 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 تواتر 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 ، أي إضافة مجموعة الميثيل. 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. الوسائل اللاجينية 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 بالوصول إلى 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 والنسخ لبوليميراز الحمض النووي الريبي الوصول إلى الحمض النووي ولا يمكن أن يحدث النسخ (الشكل 16.7).

اتصال ممارسة العلوم 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؟

ارتباط بالتعلم

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


راجع الأسئلة

ما هي التعديلات الجينية؟

  1. إضافة تغييرات عكسية لبروتينات هيستون والحمض النووي
  2. إزالة النيوكليوسومات من الحمض النووي
  3. إضافة المزيد من النيوكليوسومات إلى الحمض النووي
  4. طفرة في تسلسل الحمض النووي

أي مما يلي ينطبق على التغيرات اللاجينية؟

  1. السماح بنسخ الحمض النووي
  2. تحريك الهستونات لفتح أو إغلاق منطقة صبغية
  3. مؤقتة
  4. كل ما ورداعلاه


شاهد الفيديو: اللائحة الجينية والنظام من الأوبرا (سبتمبر 2022).