معلومة

6.1: تنظيم الجينات بدائية النواة - علم الأحياء


أهداف التعلم

  • تعريف الأوبرا ووصف كيف يختلف عن الجينات التي تنظمها بروتينات مفردة.
  • تحديد وظائف البروتينات التنظيمية والمروجين والمشغلين ، رابطة الدول المستقلة- و عبرعوامل التمثيل والجينات الهيكلية.
  • التمييز بين العوامل الإيجابية مقابل السلبية والعوامل المحرضة مقابل العوامل القابلة للقمع.
  • صف التنظيم الإيجابي والسلبي لـ لاك أوبرون.

جاءت الرؤى المبكرة لآليات تنظيم النسخ من دراسات بكتريا قولونية من قبل الباحثين فرانسوا جاكوب وجاك مونود. في بكتريا قولونية، والعديد من البكتيريا الأخرى ، قد توجد الجينات التي تشفر العديد من البروتينات المختلفة في وحدة نسخ واحدة تسمى an أوبرون. تشترك الجينات في الأوبرون في نفس تنظيم النسخ ، ولكن تتم ترجمتها بشكل فردي. لا تجمع حقيقيات النوى عمومًا الجينات معًا كأوبرونات (الاستثناء هو C. ايليجانس وعدد قليل من الأنواع الأخرى).

كيف يمكن للأوبرا ترميز عدة بروتينات؟

فكر في العودة إلى الخطوات المتبعة في النسخ والترجمة. ما الخطوات التي سيتم تغييرها إذا كان لا بد من ترجمة بروتينات متعددة من نسخة واحدة؟ كيف تعتقد أن هذا يعمل؟

أنواع التنظيم

يمكن "إيقاف تشغيل" أو "تشغيل" عامل التشغيل والتحكم فيه كمنشّطات أو مثبطات للبروتين. يمكن وصف الفئات الأربع العامة للتنظيم على النحو التالي:

الأوبرا الحافز الإيجابي:

يقوم البروتين المنشط بتشغيل النسخ استجابة لحافز / حالة.

الأوبرا الإيجابي القابل للقمع:

يتم تعطيل البروتين المنشط استجابةً لمحفز / حالة ، مما يؤدي إلى إيقاف النسخ.

الأوبرا المحرض السلبي:

يتم تعطيل البروتين المثبط استجابةً لمحفز / حالة ، مما يؤدي إلى تشغيل النسخ.

مشغل سلبي قابل للقمع:

يقوم البروتين المثبط بإيقاف النسخ استجابةً لحافز / حالة.

أساسي لاك هيكل الاوبرا

بكتريا قولونية يواجه العديد من السكريات المختلفة في بيئته. هذه السكريات مثل اللاكتوز و الجلوكوز، تتطلب إنزيمات مختلفة لعملية التمثيل الغذائي. تم تجميع ثلاثة من إنزيمات استقلاب اللاكتوز في لاك أوبرون: لاكز, لاسي، و لاكا. لاكز يشفر إنزيم يسمى β- جالاكتوزيداز، الذي يهضم اللاكتوز إلى السكريات المكونة له: الجلوكوز والجالاكتوز. لاسي هو تصريح يساعد على نقل اللاكتوز إلى الخلية. أخيرا، لاكا هو ترانس أسيتيلاز؛ أهميتها في استقلاب اللاكتوز ليست واضحة تمامًا. نسخ ملف لاك يحدث الأوبرون عادة فقط عندما يكون اللاكتوز متاحًا لهضمه. من المفترض أن هذا يتجنب إهدار الطاقة في تخليق الإنزيمات التي لا توجد ركيزة لها. يتضمن نص mRNA الفردي جميع تسلسلات ترميز الإنزيمات الثلاثة ويسمى polycistronic. الكسترون يعادل الجين.

رابطة الدول المستقلة و عبر- المنظمين

بالإضافة إلى جينات ترميز البروتين الثلاثة ، فإن لاك يحتوي المشغل على تسلسلات قصيرة من الحمض النووي لا تشفر البروتينات ، ولكنها بدلاً من ذلك مواقع ربط للبروتينات المشاركة في تنظيم النسخ من الأوبون. في ال لاك أوبرون ، تسمى هذه التسلسلات P (المروج), O (عامل)، و CBS (موقع ربط CAP). بشكل جماعي ، يتم استدعاء عناصر التسلسل مثل هذه رابطة الدول المستقلة-عناصر لأنهم يجب تقع على نفس قطعة الحمض النووي مثل الجينات التي تنظمها. من ناحية أخرى ، فإن البروتينات التي ترتبط بها رابطة الدول المستقلة- تسمى العناصر عبر-المنظمين لأنها (كجزيئات قابلة للانتشار) لا تحتاج بالضرورة إلى ترميزها على نفس قطعة الحمض النووي مثل الجينات التي تنظمها.

LacI هو مثبط خيفي التنظيم

واحدة من كبرى عبر- المنظمين لاك يتم ترميز operon بواسطة لاسي. أربعة جزيئات متطابقة من لاسي بروتينات مشفرة بواسطة جين متميز عن الأوبرا المشفر لاكز, لاسي، و لاكا، تتجمع معًا لتشكيل ملف homotetramer يسمى ب كاظمة. يرتبط هذا المكثف بتسلسلَي تشغيل متجاورين لمحفز لاك أوبرون. يمنع ربط المكبِط بوليميراز الحمض النووي الريبي من الارتباط بالمُحفِّز. لذلك ، لن يتم نسخ المشغل عندما يكون المشغل مشغولاً بعاطفة.

إلى جانب قدرته على الارتباط بتسلسلات DNA محددة عند المشغل ، هناك خاصية مهمة أخرى لـ لاسي البروتين هو قدرته على الارتباط باللاكتوز. عندما يرتبط اللاكتوز لاسييتغير شكل البروتين بطريقة تمنعه ​​من الارتباط بالمشغل. لذلك ، في وجود اللاكتوز ، يكون بوليميريز الحمض النووي الريبي قادرًا على الارتباط بالمحفز ونسخ لاك أوبرون ، مما يؤدي إلى مستوى معتدل من التعبير عن لاكز, لاسي، و لاكا الجينات. البروتينات مثل لاسي التي تغير شكلها وخصائصها الوظيفية بعد الارتباط بروابط يقال إنها تنظم من خلال خيفي آلية.

CAP هو منشط خيفي لـ لاك أوبرون

الجانب الثاني من لاك يتم منح تنظيم الأوبرا من قبل أ عبرعامل يسمى بروتين ملزم cAMP (قبعة). CAP هو مثال آخر على تنظيم خيفي عبر-عامل. فقط عندما يرتبط بروتين CAP بـ cAMP ، يمكن أن يرتبط جزء آخر من البروتين بنوع معين رابطة الدول المستقلة-العنصر داخل لاك المروج يسمى تسلسل ربط CAP (CBS). يقع CBS بالقرب من المروج (P). عندما يكون CAP مرتبطًا بـ CBS ، يكون بوليميريز RNA أكثر قدرة على الارتباط بالمروج وبدء النسخ. وبالتالي ، فإن وجود cAMP يؤدي في النهاية إلى زيادة أخرى في لاك نسخ الاوبرون.

شكل ( PageIndex {3} ): يساعد CAP ، عندما يرتبط بـ cAMP ، RNApol على الارتباط بأوبرون lac. يتم إنتاج cAMP فقط عندما يكون الجلوكوز [Glc] منخفضًا. (Origianl-Deyholos-CC: AN)

تصبح الأهمية الفسيولوجية للتنظيم بواسطة cAMP أكثر وضوحًا في سياق المعلومات التالية. يتناسب تركيز cAMP عكسياً مع وفرة الجلوكوز: عندما تكون تركيزات الجلوكوز منخفضة ، يُطلق على الإنزيم أدينيلات سيكليس قادر على إنتاج cAMP من ATP. من الواضح ، بكتريا قولونية يفضل الجلوكوز على اللاكتوز ، وبالتالي يعبر عن لاك أوبرون عند مستويات عالية فقط عند غياب الجلوكوز ووجود اللاكتوز. يوفر هذا طبقة أخرى من التحكم المنطقي في لاك تعبير أوبرون: فقط في وجود اللاكتوز ، وفي غياب الجلوكوز يتم التعبير عن الأوبرا بأعلى مستوياته.


6.1: تنظيم الجينات بدائية النواة - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


تنظيم الجينات

كل خلية تعبر عن ، أو تعمل ، فقط على جزء بسيط من جيناتها. & # 8220Expresses & # 8221 أو & # 8220turns & # 8221 يعني أن البروتين يتم إنتاجه من هذا الجين. يتم كبت بقية الجينات أو إيقاف تشغيلها (لا يتم إنتاج بروتين من تلك الجينات). تُعرف عملية تشغيل الجينات وإيقافها باسم تنظيم الجينات. يعد تنظيم الجينات جزءًا مهمًا من التطور الطبيعي. يتم تشغيل الجينات وإيقافها في أنماط مختلفة أثناء التطور لجعل مظهر خلية الدماغ وعملها مختلفًا عن خلية الكبد أو خلية العضلات ، على سبيل المثال. كما يسمح التنظيم الجيني للخلايا بالاستجابة بسرعة للتغيرات في بيئاتها. على الرغم من أننا نعلم أن تنظيم الجينات أمر بالغ الأهمية للحياة ، إلا أن هذه العملية المعقدة لم يتم فهمها بالكامل بعد.

لكي تعمل الخلية بشكل صحيح ، يجب تصنيع البروتينات الضرورية في الوقت المناسب. تتحكم جميع الكائنات الحية والخلايا في نسخ وترجمة الحمض النووي الخاص بها إلى بروتين أو تنظمه. تسمى عملية تشغيل الجين لإنتاج الحمض النووي الريبي والبروتين التعبير الجيني. سواء في كائن أحادي الخلية بسيط أو في كائن متعدد الخلايا معقد ، تتحكم كل خلية في وقت وكيفية التعبير عن جيناتها. ولكي يحدث هذا ، يجب أن تكون هناك آلية للتحكم في الوقت الذي يتم فيه التعبير عن الجين لتكوين الحمض النووي الريبي والبروتين ، وكمية البروتين التي يتم إنتاجها ، وعندما يحين الوقت للتوقف عن صنع هذا البروتين لأنه لم تعد هناك حاجة إليه.

الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا هي خلايا متخصصة في أنسجة مختلفة تبدو مختلفة جدًا وتؤدي وظائف مختلفة. على سبيل المثال ، تختلف الخلية العضلية اختلافًا كبيرًا عن خلية الكبد ، والتي تختلف كثيرًا عن خلية الجلد. هذه الاختلافات هي نتيجة للتعبير عن مجموعات مختلفة من الجينات في كل من هذه الخلايا. جميع الخلايا لها وظائف أساسية معينة يجب أن تؤديها بنفسها ، مثل تحويل الطاقة في جزيئات السكر إلى طاقة في ATP. لذلك ، هناك مجموعة من الجينات & # 8220housekeeping & # 8221 التي يتم التعبير عنها في جميع الخلايا. يحتوي كل نوع من الخلايا أيضًا على العديد من الجينات التي لم يتم التعبير عنها لأن الخلية لا تحتاج إلى أداء تلك الوظائف. تعبر خلايا معينة أيضًا عن العديد من الجينات التي لا يتم التعبير عنها بواسطة خلايا أخرى حتى تتمكن من القيام بوظائفها المتخصصة. بالإضافة إلى ذلك ، ستقوم الخلايا بتشغيل أو إيقاف جينات معينة في أوقات مختلفة استجابة للتغيرات في البيئة أو في أوقات مختلفة أثناء تطور الكائن الحي. الكائنات أحادية الخلية ، سواء حقيقية النواة أو بدائية النواة ، تقوم أيضًا بتشغيل وإيقاف الجينات استجابة لمتطلبات بيئتها حتى تتمكن من الاستجابة للظروف الخاصة.

الشكل 1 نمط اللون الفريد لفراء هذه القطة ناتج عن إما اللون البرتقالي أو الأسود للجين الذي يتم إسكاته عشوائيًا (متوقف).

إن التحكم في التعبير الجيني معقد للغاية. تؤدي الأعطال في هذه العملية إلى الإضرار بالخلية ويمكن أن تؤدي إلى الإصابة بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك السرطان.


اتصال التطور

الربط البديل للحمض النووي الريبي

في السبعينيات ، لوحظت الجينات لأول مرة التي أظهرت تضفيرًا بديلًا للحمض النووي الريبي. الربط البديل للحمض النووي الريبي هو آلية تسمح بإنتاج منتجات بروتينية مختلفة من جين واحد عند إزالة مجموعات مختلفة من الإنترونات (وأحيانًا exons) من النص (الشكل 2). يمكن أن يكون هذا التضفير البديل عشوائيًا ، ولكن غالبًا ما 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 مراحل مختلفة من التطور. يُفهم الآن أن التضفير البديل هو آلية شائعة لتنظيم الجينات في حقيقيات النوى وفقًا لأحد التقديرات ، يتم التعبير عن 70 ٪ من الجينات في البشر كبروتينات متعددة من خلال التضفير البديل.

الشكل 2: هناك خمس طرق أساسية للربط البديل. يمكن تقطيع أجزاء من pre-mRNA مع exons الموضحة باللون الأزرق والأحمر والبرتقالي والوردي لإنتاج مجموعة متنوعة من شرائح mRNA الناضجة الجديدة.

كيف يمكن أن يتطور التضفير البديل؟ تحتوي الإنترونات على تسلسل التعرف على البداية والنهاية ، ومن السهل تخيل فشل آلية الربط في تحديد نهاية الإنترون والعثور على نهاية الإنترون التالية ، وبالتالي إزالة اثنين من الإنترونات والإكسون المتداخل. في الواقع ، هناك آليات قائمة لمنع تخطي exon ، ولكن من المحتمل أن تؤدي الطفرات إلى فشلها. هذه & # 8220mistakes & # 8221 من المرجح أن تنتج بروتينًا غير وظيفي. في الواقع ، سبب العديد من الأمراض الوراثية هو التضفير البديل بدلاً من الطفرات في التسلسل. ومع ذلك ، فإن التضفير البديل من شأنه أن يخلق متغيرًا بروتينيًا دون فقدان البروتين الأصلي ، مما يفتح إمكانيات تكيف المتغير الجديد مع الوظائف الجديدة. لقد لعب الازدواج الجيني دورًا مهمًا في تطور الوظائف الجديدة بطريقة مماثلة - من خلال توفير الجينات التي قد تتطور دون القضاء على البروتين الوظيفي الأصلي.


تنظيم ما بعد الترجمة

التعديلات الكيميائية

يمكن تعديل البروتينات كيميائيًا بإضافة مجموعات تشمل مجموعات الميثيل والفوسفات والأسيتيل واليوبيكويتين.

يمكن أن يكون لإضافة أو إزالة هذه المجموعات من البروتينات تأثيرات عديدة ويكون استجابة للعديد من التغيرات الخلوية. على سبيل المثال:

  • يمكن أن تنظم التعديلات التساهمية نشاط البروتين.
  • في بعض الأحيان ، يمكن أن تنظم هذه التعديلات مكان وجود البروتين في الخلية - على سبيل المثال ، في النواة أو في السيتوبلازم أو متصل بغشاء البلازما.
  • تحدث التعديلات الكيميائية استجابة للمنبهات الخارجية مثل الإجهاد أو نقص المغذيات أو الحرارة أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
  • يمكن أن تغير هذه التغييرات إمكانية الوصول إلى الوراثة اللاجينية ، أو النسخ ، أو استقرار الرنا المرسال ، أو الترجمة - كل ذلك يؤدي إلى تغييرات في التعبير عن الجينات المختلفة.

هذه طريقة فعالة للخلية لتغيير مستويات بروتينات معينة بسرعة استجابة للبيئة. نظرًا لأن البروتينات متورطة في كل مرحلة من مراحل تنظيم الجينات ، فإن فسفرة البروتين (اعتمادًا على البروتين المعدل) يمكن أن تغير إمكانية الوصول إلى الكروموسوم ، ويمكن أن تغير الترجمة (عن طريق تغيير ارتباط أو وظيفة عامل النسخ) ، ويمكن أن تغير النقل النووي ( من خلال التأثير على تعديلات معقد المسام النووي) ، يمكن أن يغير استقرار الحمض النووي الريبي (عن طريق الارتباط أو عدم الارتباط بـ RNA لتنظيم استقراره) ، أو يمكنه تعديل الترجمة (زيادة أو نقصان) ، أو يمكنه تغيير التعديلات اللاحقة للترجمة (إضافة أو إزالة الفوسفات أو تعديلات كيميائية أخرى).

تدهور البروتين

تؤدي إضافة مجموعة اليوبيكويتين إلى البروتين إلى تحديد هذا البروتين للتحلل. يعمل Ubiquitin كعلم يشير إلى اكتمال عمر البروتين. يتم نقل هذه البروتينات إلى البروتيازوم ، وهي عضية تعمل على إزالة البروتينات ، ليتم تحللها. لذلك ، تتمثل إحدى طرق التحكم في التعبير الجيني في تغيير طول عمر البروتين (الشكل 12.6).


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الجهة المعينة الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف لمعلمي Varsity.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


وصف كيف يمكن تغيير النسخ في الخلايا بدائية النواة عن طريق التحفيز الخارجي مثل اللاكتوز الزائد في البيئة.

يمكن أن تزيد المنبهات البيئية أو تحفز النسخ في الخلايا بدائية النواة. في هذا المثال ، سيحث اللاكتوز الموجود في البيئة على نسخ لاك أوبرون ، ولكن فقط إذا كان الجلوكوز غير متوفر في البيئة.

ما هو الفرق بين الأوبرا القابل للقمع والمحفز؟

يستخدم المشغل القابل للقمع بروتينًا مرتبطًا بمنطقة المحفز للجين لإبقاء الجين مكبوتًا أو صامتًا. يجب إزالة هذا القامع بنشاط من أجل نسخ الجين. يتم تنشيط أو قمع أوبرون محفز اعتمادًا على احتياجات الخلية وما هو متاح في البيئة المحلية.


الوراثة: تنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى وحقيقيات النوى

ميراث

تعمل الآليات الذكية على إيقاف تشغيل الجينات وتشغيلها بحيث تعمل فقط عندما تكون هناك حاجة إلى خدماتها.

بدائيات النوى ونموذج الأوبرا

بدائيات النوى حساسة لبيئتها ، ويتم التحكم في نشاطها الجيني بواسطة بروتينات معينة تتفاعل مباشرة مع حمضها النووي للتكيف بسرعة مع التغيرات البيئية. التعبير الجيني هي العملية التي يتم فيها عرض الأنماط الجينية المشفرة في الجينات بواسطة الأنماط الظاهرية للأفراد. يتم نسخ الحمض النووي بواسطة الحمض النووي الريبي ومن ثم تصنيعه في البروتين. عملية النسخ ، وهي توليف الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي ، هي المكان الذي من المرجح أن يحدث فيه تنظيم التعبير الجيني. يبدو أن الإعداد الافتراضي لبدائيات النوى يسمح بحدوث تخليق مستمر للبروتين ، بينما في حقيقيات النوى ، يتم إيقاف تشغيل النظام عادةً حتى يتم تنشيطه.

الأوبرا عبارة عن سلسلة ذاتية التنظيم من الجينات التي تعمل في تناسق. يتضمن المشغل شريحة خاصة من الجينات التي تنظم تخليق البروتين ، ولكنها لا ترمز للبروتين ، تسمى المحفز والمشغل. تتداخل هذه الأجزاء ، ويحدد تفاعلها ما إذا كانت العملية ستبدأ ومتى ستتوقف. يجب أن ينتج RNA polymerase RNA عن طريق التحرك على طول الكروموسوم و "القراءة". الجينات في عملية النسخ.

يرتبط RNA polymerase أولاً بجزء المروج ، والذي يشير إلى بداية تسلسل DNA معين. إذا لم يتم حظره ، فإنه يمر فوق العامل ويصل إلى الجينات المنتجة للبروتين حيث يقوم بإنشاء mRNA الذي يوجه الريبوسومات لإنشاء البروتين المطلوب. تستمر هذه العملية حتى يتم حظر النظام بواسطة البروتينات الكابحة. ترتبط المثبطات بالمشغل وتمنع بوليميراز الحمض النووي الريبي من المضي قدمًا في تكوين الرنا المرسال عن طريق منع الوصول إلى باقي الجينات المنتجة للبروتين. طالما أن المكبِط مرتبط بالمشغل ، فلا يتم تصنيع أي بروتينات. ومع ذلك ، عندما يكون محفز موجود ، فإنه يرتبط مع القامع ، مما يتسبب في تغيير الشكل والافراج عن المشغل. عندما يحدث هذا ، يمكن لـ RNA polymerase المضي قدمًا في النسخ ، ويبدأ تخليق البروتين ويستمر حتى يرتبط مثبط آخر بالمشغل. الرجوع إلى الرسم التوضيحي تنظيم النسخ.

ال لاك من المحتمل أن يكون نموذج الأوبرا هو الأكثر دراسة ومعروفة. في البكتيريا ، مثل الإشريكية القولونية ، تشكل ثلاثة جينات جزءًا من أوبرا يرمز إلى ثلاثة إنزيمات منفصلة مطلوبة لتفكيك اللاكتوز ، وهو سكر بسيط. أ الجين التنظيمي، الموجود قبل الأوبرون ، يصنع باستمرار بروتينات مثبطة ترتبط بالمشغل وتحظر وظيفة بوليميراز الحمض النووي الريبي. لذلك يظل النظام متوقفًا حتى يتحد تدفق جزيئات اللاكتوز مع جميع المكثفات المتاحة ويمنع ارتباطها بالمشغل. عندما يكون المشغل مجانيًا ، يستمر إنتاج الإنزيم لتحطيم اللاكتوز حتى يتم تكسير ما يكفي من جزيئات اللاكتوز لإطلاق مثبطات لتتحد مع المشغل لوقف إنتاج الإنزيمات.

يوجد نوعان إضافيان من العوامل التي تعمل بنفس الطريقة باستثناء وظيفة المشغل. ال trp يختلف الأوبرون لأن المكبِط لا يكون نشطًا إلا عندما يرتبط بجزيء معين. بالنسبة لبقية الوقت ، يظل غير مرتبط وغير نشط في غياب هذا الجزيء. أخيرًا ، في تطور إيجابي ، المنشطات يتم استخدامها بواسطة نوع ثالث من الأوبرا لربط الحمض النووي مباشرة ، مما يسمح لـ RNA polymerase بالعمل بكفاءة أكبر. في غياب المنشطات ، يستمر بوليميراز الحمض النووي الريبي بوتيرة بطيئة.

حقيقيات النوى: نماذج متعددة لتنظيم الجينات

على عكس بدائيات النوى ، تعمل آليات متعددة لتنظيم الجينات في النواة قبل نسخ الحمض النووي الريبي وبعده ، وفي السيتوبلازم قبل الترجمة وبعدها.

الهستونات هي بروتينات صغيرة معبأة داخل التركيب الجزيئي للحلزون المزدوج للحمض النووي. يمنع تغليف الهيستون الضيق بوليميريز الحمض النووي الريبي من الاتصال ونسخ الحمض النووي. يتم تنظيم هذا النوع من التحكم الشامل في تخليق البروتين بواسطة الجينات التي تتحكم في كثافة تعبئة الهيستونات. تعطيل كروموسوم إكس يحدث عندما تمنع التعبئة الكثيفة للكروموسوم X في الإناث وظيفتها تمامًا حتى في الطور البيني. هذا النوع من التعطيل موروث ويبدأ أثناء التطور الجنيني ، حيث يتم تعبئة أحد الكروموسومات X بشكل عشوائي ، مما يجعله غير نشط مدى الحياة.

مركب محسن المنشط هي فريدة من نوعها في حقيقيات النوى لأنه يجب تنشيطها عادة لبدء تخليق البروتين ، الأمر الذي يتطلب استخدام عوامل النسخ و RNA polymerase. بشكل عام ، تتضمن عملية تخليق البروتينات حقيقية النواة أربع خطوات:

  1. المنشطات ، نوع خاص من عامل النسخ ، تلتزم معززات، وهي وحدات DNA منفصلة تقع في نقاط مختلفة على طول الكروموسوم.
  2. يقوم معقد المنشط-المحسن بثني جزيء الحمض النووي بحيث يكون لعوامل النسخ الإضافية وصول أفضل إلى مواقع الترابط على المشغل.
  3. يتيح ربط عوامل النسخ الإضافية بالمشغل وصولاً أكبر بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي ، والذي يبدأ بعد ذلك عملية النسخ.
  4. كاتمات الصوت هي نوع من البروتينات المثبطة التي تمنع النسخ في هذه المرحلة عن طريق الارتباط بتسلسلات معينة من نوكليوتيدات الحمض النووي.

توفر معالجة وتعبئة الحمض النووي الريبي في كل من النواة والسيتوبلازم فرصتين إضافيتين لتنظيم الجينات ليحدث بعد النسخ ولكن قبل الترجمة.

إن إضافة المزيد من النيوكليوتيدات كغطاء واقٍ وذيل إلى الحمض النووي الريبي (RNA) يحدد الحمض النووي الريبي (RNA) باعتباره mRNA بواسطة الريبوسومات ، ويمنع التحلل بواسطة إنزيمات الخلية أثناء انتقالها من النواة إلى السيتوبلازم.

الربط RNA يحدث عندما؟ فجوات؟ من النيوكليوتيدات الحاملة للشفرة غير البروتينية تسمى الانترونات يتم إزالتها من النيوكليوتيدات الحاملة للشفرة ، والتي تسمى exons، والتي يتم توصيلها بعد ذلك لتقصير جزيء RNA للتحويل إلى tRNA و rRNA. ينظم عدد interons السرعة التي يمكن بها معالجة الحمض النووي الريبي.

بعد إضافة النيوكليوتيدات الإضافية كغطاء وذيل وتقسيم الحمض النووي الريبي ، ينتقل إلى السيتوبلازم حيث توجد آليات إضافية لتنظيم الجينات.

إن طول عمر جزيء الرنا المرسال الفردي يحدد عدد المرات التي يمكن استخدامه فيها وإعادة استخدامها لتكوين البروتينات. في حقيقيات النوى ، يميل mRNA إلى أن يكون مستقرًا ، مما يعني أنه يمكن استخدامه عدة مرات وهو فعال ، لكنه يمنع حقيقيات النوى من إجراء تغييرات سريعة في الاستجابة للاضطرابات البيئية. إن mRNA بدائيات النوى غير مستقر ، مما يسمح بإنشاء mRNA جديد ، والذي لديه المزيد من الفرص للتكيف مع الظروف البيئية المتغيرة.

البروتينات المثبطة منع ترجمة mRNA. تصبح غير نشطة عندما يتم ربطها بالمادة التي يحاولون منع إنتاجها.

بعد الترجمة يتضمن التحكم القطع الانتقائي وانهيار البروتينات التي تمنع تكوين المنتج النهائي. في كلتا الحالتين ، قد يصبح الهرمون أو الإنزيم المطلوب لإنهاء أو تنشيط المنتج النهائي غير نشط.

على الرغم من أنه تم تعلم الكثير عن الميراث منذ زمن مندل ، إلا أن الأساسيات ظلت كما هي. في التكاثر الجنسي ، يرث الأبناء نصف جيناتهم من الأب والنصف الآخر من الأم. يمكن تقدير فرصة وراثة جين معين عن طريق النسب ومربعات Punnet. يتم التحكم في كل سمة أو سمة أو خاصية عن طريق الجينات أو مجموعة من الجينات. تعمل العديد من آليات تنظيم الجينات على تنشيط وظائف الكائن الحي وتعطيلها.


مادة الاحياء

هذه هي الطريقة التي لي معارفي ويسلي فيرجن & # 39 s تبدأ السيرة الذاتية بهذا الفيديو المثير للجدل والصادم.

كان ويسلي في الجيش - وبعد فترة وجيزة من مغادرته - كشف النقاب عن المخبأ ، & quotMIND CONTROL & quot ؛ أسرارًا كانت الحكومة والآخرون يستخدمونها للحصول على أي شيء يريدون.

هؤلاء هم نفس الأسرار بالضبط الكثير من المشاهير (خاصة أولئك الذين يخرجون من لا شيء & quot) وكبار رجال الأعمال الذين اعتادوا أن يصبحوا أثرياء ومشاهير.

ربما تعلم أنك تستخدم 10٪ فقط من عقلك.

هذا في الغالب لأن معظم قوتك العقلية غير معبدة.

ربما حدث هذا التعبير في دماغك. كما فعلت في صديقي العزيز ويسلي فيرجن & # 39 s منذ حوالي سبع سنوات ، بينما كان يركب دلو قمامة غير مرخص به لسيارة مع رخصة قيادة معلقة و 3.20 دولار في حسابه المصرفي.

& quotI & # 39m أشعر بالإحباط التام من المرور بفحص الحياة للتحقق! متى سأنجح في النهاية؟ & quot

لقد كنت جزءًا من تلك الأفكار ، هل أنا على حق؟

قصة نجاحك ستكتب. عليك أن تبدأ في الإيمان بنفسك.


6.1: تنظيم الجينات بدائية النواة - علم الأحياء

التحكم في التعبير الجيني في بدائيات النوى

مقدمة
يتم التحكم بشكل صارم في التعبيرات الجينية على العديد من المستويات لضمان حصول الكائن الحي على الاستجابة المناسبة لبيئته أو التغيرات الداخلية. هذا مهم لدائيات النوى لأنه عادة ما توجد كائنات وحيدة الخلية ، وتعتمد إلى حد كبير على بيئتها في جميع أنشطتها.

النسخ في البكتيريا
غالبًا ما يحدث نسخ البكتيريا على شكل بوليسترونات ، أي أن العديد من الجينات المرتبطة بالوظيفة يتم تجميعها ونسخها تحت نفس أنواع التنظيم. هذه تسمى الأوبرا. يحتوي الأوبرا عادة على جينات تنظيمية وجينات هيكلية. يمكن أن يحدث التعبير الجيني في ظل ظروف معينة أو أن يكون تأسيسيًا.

أوبيرون لاك
يتم تنشيط أوبرون اللاكتوز بواسطة اللاكتوز ، والذي يرتبط بـ Lac I ، وهو مثبط ، ويزيله من تسلسل المشغل ، وبالتالي يطلق القمع من Lac I ، والنتيجة هي التعبير عن جينات البنية lac Z. lac Y و Lac A ، والخلايا قادرة على استخدام اللاكتوز كمصدر للكربون.

أوبر TRP
على غرار Lac operon ، يحتوي Trp operon على TrpR repressor للقمع العادي للأوبون. ولكن على عكس lac operon ، فإن TrpR عادة ما تكون معطلة ، فقط في حالة وجود كمية كبيرة من Trp ، يتم تنشيط TrpR ويتم قمع تشغيل trp. يحتوي مشغل Trp أيضًا على تسلسل مخفف يقع داخل المشغل لتمكين العامل من الشعور بنقص أو زيادة trp في البيئة.

التعبير الجيني في الجراثيم
عند التبديل بين دورات lysogeny و lytic ، يلعب اثنان من القامعين أدوارًا حاسمة: cI و Cro. cI يشفر Lambda القامع. يقوم Cro بتشفير البروتين الذي يتحكم في القامع (والجينات الأخرى). عندما تسود بروتينات cI ، تظل الملتهمة في الحالة اللايسوجينية عندما تسود بروتينات Cro ، تدخل الملتهمة الحالة اللايتية. اللوائح الخاصة بـ cI و Cro فنية وحساسة للغاية.

يتم التحكم بشكل صارم في التعبيرات الجينية على العديد من المستويات لضمان حصول الكائن الحي على الاستجابة المناسبة لبيئته أو التغيرات الداخلية. في البكتيريا ، يتم تجميع العديد من الجينات المرتبطة بالوظيفة ونسخها تحت نفس أنواع التنظيم (عوامل التشغيل). يحتوي الأوبرا عادة على جينات تنظيمية وجينات هيكلية. أكثر العوامل التي تمت دراستها في البكتيريا هي أوبرا لاك وأوبراونات Trp ، وفي كلتا الحالتين يلعب تنشيط أو تعطيل القامعات دورًا رئيسيًا في تنظيم الجينات. هذا صحيح أيضًا في L phage من حيث تنظيم دوراتها lytic و lysogenic: عندما تسود بروتينات cI ، تظل الملتهمة في الحالة اللايسوجينية عندما تسود بروتينات Cro ، تدخل العاثية الحالة التحليلية.

  • خريطة مفهوم لتصوير تنظيم الجينات في بدائيات النوى.
  • توضيح مفصل خطوة بخطوة لأوبرونات lac
  • توضيح مفصل لمعامل Trp والمخفف الخاص به
  • رسم توضيحي لتنظيم الجينات الملتهمة على CI و Cro
  • أوراق مفاهيم أساسية موجزة

تنظيم الجينات في بدائيات النوى

  • مقدمة
  • النسخ في البكتيريا
  • عوامل التشغيل
  • العناصر العابرة والعناصر المؤثرة
  • التعبير المحرض والتأسيسي
  • القامع مقابل المنشط

التعبير الجيني في الملتهمة

  • دورة حياة العاثية
  • مفتاح فج: cI و Cro
  • إنشاء دورة ليسوجينيك
  • تحريض الدورة اللايتية

شاهد جميع الدروس الـ 24 في علم الوراثة ، بما في ذلك دروس المفاهيم ، والتدريبات على حل المشكلات ، وأوراق الغش:
علم نفسك علم الوراثة بصريا في 24 ساعة


شاهد الفيديو: التنظيم الجيني في الخلايا حقيقية النواة (شهر نوفمبر 2021).