تبیان، دستیار زندگی
در طرح تنظیم بیان ژن در مورد اهمیت تنظیم بیان ژن و سطوح مختلف بررسی و کنترل آن صحبت شد. همچنین متوجه شدیم که یکی از بهترین سطوح برای بررسی این تنظیم ،تنظیم در سطح رونویسی است.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

تنظیم ژنی در پروکاریوت ها

اهداف:

آشنایی با جزئیات تنظیم ژن در سطح رونویسی

آشنایی با فاکتورهای موثر در بیان یک ژن

آشنایی با تنظیم بیان ژن در پروکاریوت ها

شرح درس:

در طرح تنظیم بیان ژن در مورد اهمیت تنظیم بیان ژن و سطوح مختلف بررسی و کنترل آن صحبت شد. همچنین متوجه شدیم که یکی از بهترین سطوح برای بررسی این تنظیم ، تنظیم در سطح رونویسی است. بدین صورت که:

کنترل رونویسی معمولاً در مرحله ای که رونویسی می خواهد شروع شود انجام می گیرد. ناحیه پروموتور یک ژن آنزیم RNA پلی مراز را جذب کرده و آن را در جهت صحیحی قرار می دهد تا ساختن RNA از ژن را شروع کند. پروموتورهای ژن باکتریایی و یوکاریوتی دارای جایگاه آغازین هستند . محلی که رونویسی را واقعاً شروع می کند ، یک توالی تقریباً 50 نوکلئوتیدی در قسمت فرادست جایگاه آغازین  دارد. این ناحیه دارای جایگاه های مورد نیاز برای متصل شدن RNA پلی مراز به پروموتور می باشد. تقریباً تمام ژن ها چه یوکاریوتی و چه پروکاریوتی علاوه بر پروموتور دارای توالی تنظیمی DNA هستند که برای روشن یا خاموش کردن ژن ها مورد نیاز است.

بیان یک ژن به فاکتورهای زیادی به شرح ذیل بستگی دارد:

الف: نوع سلول
ب: محیط اطراف
ج: سن
د: پیام های برون سلولی

برخی توالی های تنظیمی DNA به کوتاهی 10 جفت نوکلئوتیداند و به عنوان کلیدهای ساده ژنی عمل می کنند که به یک پیام منفرد پاسخ می دهند. در باکتری های این گونه کلیدهای ساده دیده می شوند. اما دیگر توالی های تنظیمی DNA به ویژه آنهایی که در یوکاریوت ها وجود دارند خیلی طویل می باشند. بیشتر پروتئین های مسئول تنظیم ژنی دارای یکی از چند الگوی خاص تاخوردگی هستند. این الگوها در شیار بزرگ مارپیچ دو تایی DNA قرار گرفته و پیوندهای محکمی با یک قطعه کوتاه از جفت بازهای DNA تشکیل می دهند. اغلب پروتئین های متصل شونده به DNA به صورت جفت با مارپیچ DNA متصل می شوند. سبب افزایش استحکام و اختصاصی شدن بر هم کنش DNA و پروتئین می گردد.

یکی از مثال های مشخص در تنظیم ژنی در پروکاریوت ها در باکتری Ecoli است. به طور مثال 5 ژن در این باکتری آنزیم های مسیر متابولیسمی ساخت اسید آمینه تریپتوفان را رمز گذاری می کنند. این ژن ها با هم روی یک کروموزوم قرار دارند. رونویسی همگی آن ها از یک پروموتور به صورت یک مولکول mRNA طویل شروع می شود که هر پنج پروتئین از روی یک mRNA واحد ترجمه می شوند. ژن هایی که به این ترتیب مرتب شده اند و یک mRNA واحد قابل ترجمه از آن ها ساخته می شود را اپران ها می نامند.

نکته: اپران ها در بین پروکاریوت ها بسیار دیده می شوند اما در یوکاریوت ها یافت نمی شوند.

زمانی که تریپتوفان در محیط اطراف وجود داشته باشد نیاز به آنزیم ها نیست و تولید متو قف است. درون پروموتور ، توالی کوتاهی از DNA با طول 15 نوکلئوتید وجود دارد که توسط نوعی پروتئین تنظیم کننده ژنی شناسایی می شود. نام این توالی نوکلئوتیدی، اپراتور است. وقتی پروتئین به اپراتور متصل گردد، RNA پلی مراز نمی تواند به پروموتور دسترسی پیدا کند، بنابراین از رونویسی اپران و تولید آنزیم های تولید کننده تریپتوفان جلوگیری به عمل می آید. پروتئین تنظیم کننده ی ژنی همان مهار کننده تریپتوفان است و به روش خاصی تنظیم می شود.

  • زیست شناسیتنظیم ژنی در پروکاریوت ها
  • برای دریافت فیلم کلیک کنید.

    اپران گروهی از ژن ها در سیستم پروکاریوتی اند که توانایی اتصال به پروموتور را دارند و در تنیم بیان ژن درپروکاریوت ها ایفای نقش می کنند. در این فیلم می توانید طرز عملکرد این گونه قطعات را مشاهده نمایید.

     فیلم:

    برای دریافت فایل آموزشی کلیک کنید.

    در پروکاریوت ها قطعاتی به نام اپران مسئول تنظیم بیان ژن خاصی هستند. این سیستم که مخصوص سلول های پروکاریوتی است از اجزای مختلفی تشکیل شده است. در این فیلم می توانید اپران مربوط به قند لاکتوز را مشاهده نمایید.

    مهار کننده فقط در صورتی می تواند به DNA متصل شود که چند مولکول اسید آمینه تریپتوفان به آن متصل شده باشند. این مهار کننده نوعی پروتئین آلوستریک است، به این معنی که اتصال تریپتوفان به آن موجب تغییر شکل در ساختمان سه بعدی مهارکننده می شود به طوری که می تواند در این وضعیت به DNA اپراتور متصل گردد. وقتی تریپتوفان آزاد در سلول کاهش پیدا می کند، مهار کننده به تریپتوفان متصل نمی شود و بنابراین توانایی اتصال به DNA را از دست می دهد.

    سپس اپران تریپتوفان رونویسی می شود. بنابراین، مهار کننده وسیله ای ساده است که تولید مجموعه ای از آنزیم های بیوسنتزی را بنابر مفید بودن محصول نهایی ، مسیری که این آنزیم ها کاتالیز می کنند، شروع یا متوقف می کند. مهارکننده تریپتوفان همان طور که از نامش مشخص است ، پروتئین مهارکننده ای است که ژن ها را خاموش یا مهار می کند. برعکس سایر پروتئین های باکتریایی تنظیم کننده ژنی سبب روشن کردن ژن ها یا فعال کردن آنها می شوند. از طرف دیگر خود پروتئین مهارکننده تریپتوفان همیشه در سلول باکتری وجود دارد، بنابراین نسبت به افزایش سطح تریپتوفان خیلی سریع پاسخ می دهد. ژنی که این مهارکننده را رمز گذاری می کند، دایماً در حد کمی رونویسی می شود به طوری که همیشه میزان کمی از پروتئین های مهار کننده در حال ساخته شدن هستند. چنین بیان غیر تنظیمی ژن بیان دائمی ژن شناخته می شود.


    مرکز یادگیری سایت تبیان- تهیه: فاضل صحرانشین سامانی

    تنظیم: مهسا شاه حسینی