معلومة

14.1: التحكم بعد النسخ في التعبير الجيني - علم الأحياء


أهداف التعلم

  • فهم التضفير RNA وشرح دوره في تنظيم التعبير الجيني
  • وصف أهمية استقرار الحمض النووي الريبي في تنظيم الجينات

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.

تضفير الحمض النووي الريبي ، المرحلة الأولى من التحكم بعد النسخ

في الخلايا حقيقية النواة ، غالبًا ما تحتوي نسخة الحمض النووي الريبي على مناطق تسمى الإنترونات، التي تمت إزالتها قبل الترجمة. تسمى مناطق الحمض النووي الريبي التي يرمز إليها البروتين exons (شكل 1). بعد نسخ جزيء RNA ، ولكن قبل خروجه من النواة المراد ترجمتها ، تتم معالجة RNA وإزالة الإنترونات بواسطة الربط.

الربط البديل 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 في كثير من الأحيان يتم التحكم فيه ويعمل كآلية لتنظيم الجينات.

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

تم استبعاد عنصر YouTube من هذا الإصدار من النص. يمكنك مشاهدته عبر الإنترنت هنا: pb.libretexts.org/bionm1/؟p=402

السيطرة على استقرار الحمض النووي الريبي

قبل أن يغادر mRNA النواة ، يتم إعطاؤه "أغطية" واقية تمنع نهاية الخيط من التدهور أثناء رحلته. ال 5 ′ غطاء، والتي يتم وضعها في نهاية 5 ′ من mRNA و ذيل بولي، والمرتبط بالنهاية 3. 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. يشار إلى معدل الانحلال هذا باسم استقرار الحمض النووي الريبي. إذا كان الحمض النووي الريبي مستقرًا ، فسيتم اكتشافه لفترات أطول في السيتوبلازم.

استقرار RNA و microRNAs

ال microRNAs، أو miRNAs ، عبارة عن جزيئات RNA قصيرة وحيدة الشريطة يبلغ طولها 21-24 فقط من النيوكليوتيدات. مثل عوامل النسخ و RBPs ، تتعرف miRNAs الناضجة على تسلسل معين وترتبط بـ RNA لتحطيم mRNA الهدف. إنهم يدمرون جزيء الحمض النووي الريبي بسرعة.

أهداف التعلم

يمكن أن يحدث التنظيم اللاحق للنسخ في أي مرحلة بعد النسخ ، بما في ذلك ربط الحمض النووي الريبي (RNA) ، والتحرك النووي ، واستقرار الحمض النووي الريبي (RNA). بمجرد نسخ RNA ، يجب معالجته لإنشاء RNA ناضج جاهز للترجمة. هذا ينطوي على إزالة الإنترونات التي لا ترمز للبروتين. ترتبط Spliceosomes بالإشارات التي تحدد حدود exon / intron لإزالة الإنترونات وربط الإكسونات معًا. بمجرد حدوث ذلك ، يصبح الحمض النووي الريبي ناضجًا ويمكن ترجمته. يتم إنشاء الحمض النووي الريبي وتقسيمه في النواة ، ولكن يجب نقله إلى السيتوبلازم ليتم ترجمته. يتم نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم من خلال مجمع المسام النووي. بمجرد أن يكون الحمض النووي الريبي في السيتوبلازم ، يمكن أيضًا تغيير طول الفترة التي يقضيها هناك قبل أن يتحلل ، والذي يسمى استقرار الحمض النووي الريبي ، للتحكم في الكمية الإجمالية للبروتين الذي يتم تصنيعه. يتم التحكم في استقرار الحمض النووي الريبي بواسطة microRNAs (miRNAs). ترتبط miRNAs بـ 5 ′ CAP أو ذيل 3 من RNA لتقليل استقرار الحمض النووي الريبي وتعزيز التحلل.

أسئلة الممارسة

أي مما يلي يشارك في التحكم بعد النسخ؟

  1. السيطرة على الربط RNA
  2. السيطرة على مكوكات RNA
  3. السيطرة على استقرار الحمض النووي الريبي
  4. كل ما ورداعلاه

[تكشف-إجابة q = ”681081 ″] إظهار الإجابة [/ تكشف-إجابة]
[إجابة مخفية أ = ”681081 ″] إجابة د. كل ما سبق (التحكم في ربط الحمض النووي الريبي ، نقل الحمض النووي الريبي ، واستقرار الحمض النووي الريبي) يشارك في التحكم بعد النسخ.

[/ إجابة مخفية]

إن ارتباط الجزيئات المجهرية سوف ________ استقرار جزيء الحمض النووي الريبي.

  1. يزيد
  2. ينقص
  3. لا زيادة ولا نقصان
  4. إما زيادة أو نقصان

[تكشف-الإجابة q = ”464261 ″] إظهار الإجابة [/ تكشف-الإجابة]
[إجابة مخفية أ = ”464261 ″] الإجابة ب. سيقلل ارتباط الجزيئات المجهرية من استقرار جزيء الحمض النووي الريبي.

[/ إجابة مخفية]


مشكلة: أي مما يلي هو مثال على التحكم في التعبير الجيني بعد النسخ؟ إضافة مجموعات الميثيل إلى قواعد السيتوزين في DNAb. ربط عوامل النسخ بالمروج. إزالة الإنترونات والتضفير البديل لـ exonsd. تضخيم الجينات يساهم في الإصابة بالسرطان

أي مما يلي هو مثال على التحكم بعد النسخ في التعبير الجيني؟

أ. إضافة مجموعات الميثيل إلى قواعد السيتوزين للحمض النووي

ب. ربط عوامل النسخ بالمروج

ج. إزالة الإنترونات والتضفير البديل للإكسونات

د. تضخيم الجينات يساهم في الإصابة بالسرطان

أسئلة مكررة

ما هو المفهوم العلمي الذي تحتاج إلى معرفته لحل هذه المشكلة؟

أشار مدرسونا إلى أنه لحل هذه المشكلة ، ستحتاج إلى تطبيق مفهوم التخلق ، وتعديلات الكروماتين ، والتنظيم. يمكنك عرض دروس الفيديو لتعلم علم التخلق وتعديلات الكروماتين والتنظيم. أو إذا كنت بحاجة إلى مزيد من علم التخلق ، وتعديلات الكروماتين ، وممارسة التنظيم ، يمكنك أيضًا ممارسة علم التخلق ، وتعديلات الكروماتين ، ومشاكل ممارسة التنظيم.

لأي أستاذ هذه المشكلة ذات الصلة؟

بناءً على بياناتنا ، نعتقد أن هذه المشكلة ذات صلة بفصل الأستاذ مكافي & # x27s في UNT.


استقرار الحمض النووي الريبي:

لمزيد من عملية الترجمة ، فإن استقرار الحمض النووي الريبي ضروري للغاية. قبل نقل mRNA المعالج إلى النواة ، يجب الحفاظ على استقرار الحمض النووي الريبي. يتم وضع حد للـ mRNA قبل الترجمة. يتم استخدام كبسولتين لحماية الحمض النووي الريبي من التدهور. الإنزيم السائد الذي يمكنه تحطيم نهاية RNA هو 5’-3’-exonuclease. الغطاء الواقي هو 5’cap الذي يتم إرفاقه في 5’ نهاية من نصوص الحمض النووي الريبي. يتكون الغطاء النهائي بشكل أساسي من جزيء غوانوزين ثلاثي الفوسفات الميثلي. في الغالب على الطرف 5 & quot من التمهيدي ، يتم وضع Guanosine triphosphate بحيث ترتبط ذرات الكربون 5 & # x27 لثلاثي فوسفات الغوانوزين والنيوكليوتيدات المنتهية بثلاث مجموعات فوسفاتية. عادة ما تتكون سلسلة من نيوكليوتيدات الأدينين من ذيل poly-A ، المتصل بالحافة 3 & # x27. يتم حماية جزأين من الحمض النووي الريبي من هجوم الريبونوكليز من خلال هذه التعديلات.

سيتم تنظيم فترة الساعات التي يبقى فيها الحمض النووي الريبي هناك حتى يتم نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم. كل جسيم من RNA له عمر محدد ويتبدد في وقت محدد. نسبة الانحلال هذه هي قياس كمية البروتين الموجودة في الخلية. إذا تم رفع مستوى التحلل ، فإن الحمض النووي الريبي لن يعيش لفترة أطول في السيتوبلازم ، وبالتالي تقليل الوقت المطلوب لاستمرار ترجمة الحمض النووي الريبي المرسال. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يبقى mRNA إلى أجل غير مسمى في جميع أنحاء السيتوبلازم ، وبالتالي ، يمكن نقل المزيد من البروتين إذا تم تقليل مستوى التحلل. يُعرف هذا المستوى من التدهور باستقرار الحمض النووي الريبي. عندما يكون الحمض النووي الريبي سليمًا ، سيكون هذا قابلاً للاكتشاف في جميع أنحاء السيتوبلازم لفترات أطول.

هناك مجموعة من البروتينات ، وهي البروتينات المرتبطة بالـ RNA تلعب دورًا مهمًا في استقرار الحمض النووي الريبي. ترتبط هذه البروتينات بشكل أساسي بالمنطقة المنبثقة أو النهائية لمنطقة ترميز بروتين الحمض النووي الريبي. المناطق غير المترجمة هي تلك الأجزاء من الحمض النووي الريبي التي لا تمتلك القدرة على الترجمة إلى بروتين معين. هذه المناطق ليست أجزاء من introns ، والدور الرئيسي لتلك المنطقة هو الحفاظ على استقرار mRNA ، وتوطين ، وترجمة البروتين.


محتويات

يخضع جزيء pre-mRNA لثلاثة تعديلات رئيسية. هذه التعديلات هي 5 'حد أقصى ، 3' polyadenylation ، و RNA splicing ، والتي تحدث في نواة الخلية قبل ترجمة RNA. [4]

5 'معالجة التحرير

وضع حد للتحرير

يتضمن وضع سقف لـ pre-mRNA إضافة 7-methylguanosine (m 7 G) إلى نهاية 5 '. لتحقيق ذلك ، يتطلب فوسفات 5 'إزالته ، والتي تتم بمساعدة إنزيم الفوسفاتيز. ثم يقوم إنزيم guanosyl transferase بتحفيز التفاعل ، مما ينتج عنه نهاية ثنائي الفوسفات 5 '. ثم تهاجم نهاية ثنائي الفوسفات 5 'ذرة الفوسفور ألفا لجزيء GTP من أجل إضافة بقايا الجوانين في رابط ثلاثي الفوسفات 5'5. إنزيم (جوانين-ن 7 -) - ميثيل ترانسفيراز ("كاب MTase") ينقل مجموعة الميثيل من S-adenosyl methionine إلى حلقة الجوانين. [5] هذا النوع من الغطاء ، مع وجود (م 7 ج) فقط في موضعه يسمى هيكل الغطاء 0. يمكن أيضًا ميثلة ريبوز النوكليوتيدات المجاورة لإعطاء غطاء 1. ميثلة النيوكليوتيدات في اتجاه مجرى جزيء الحمض النووي الريبي تنتج هياكل الغطاء 2 والغطاء 3 وما إلى ذلك. في هذه الحالات ، تضاف مجموعات الميثيل إلى مجموعتي OH من سكر الريبوز. يحمي الغطاء الطرف 5 بوصات من نسخة الحمض النووي الريبي الأولية من هجوم الريبونوكليازات التي لها خصوصية لروابط الفوسفوديستر 3'5. [6]

3 'معالجة التحرير

تحرير الانقسام وعديد الأدينيل

تتضمن معالجة ما قبل الرنا المرسال في الطرف 3 من جزيء الحمض النووي الريبي انقسامًا من نهايته 3 ثم إضافة حوالي 250 من بقايا الأدينين لتشكيل ذيل متعدد (A). تحدث تفاعلات الانقسام والغدة بشكل أساسي إذا كان تسلسل إشارة polyadenylation (5'- AAUAAA-3 ') يقع بالقرب من الطرف 3' من جزيء pre-mRNA ، والذي يتبعه تسلسل آخر ، والذي يكون عادةً (5'-CA-3 ') وهو موقع الانقسام. أ تسلسل GU-rich عادة ما يكون موجودًا أيضًا في اتجاه مجرى النهر على جزيء pre-mRNA. في الآونة الأخيرة ، تم إثبات أن تسلسل الإشارات البديلة مثل UGUA المنبع من موقع الانقسام يمكن أيضًا أن يوجه الانقسام والبولي أدينيل في غياب إشارة AAUAAA. من المهم أن نفهم أن هاتين الإشارتين ليستا مستقلتين عن بعضهما البعض وغالبًا ما تتعايشان. بعد توليف عناصر التسلسل ، يتم نقل العديد من البروتينات متعددة الوحدات الفرعية إلى جزيء RNA. يحدث نقل انقسام بروتينات الربط المحددة للتسلسل وعامل خصوصية ارتباط عديد الأدينيل (CPSF) وعامل الانقسام الأول (CF I) وعامل تحفيز الانقسام (CStF) من RNA Polymerase II. ترتبط العوامل الثلاثة بعناصر التسلسل. ترتبط إشارة AAUAAA مباشرة بـ CPSF. بالنسبة لمواقع المعالجة المعتمدة على UGUA ، يتم ربط المركب متعدد البروتينات بواسطة Cleavage Factor I (CF I). يحتوي مركب البروتين الناتج على عوامل انقسام إضافية وإنزيم بولي أدينيلات بوليميراز (PAP). يشق هذا المركب الحمض النووي الريبي بين تسلسل عديد الأدينيل وتسلسل GU الغني في موقع الانقسام المميز بالتسلسلات (5'-CA-3 '). ثم يضيف بوليميريز بولي (أ) حوالي 200 وحدة أدينين إلى الطرف الجديد 3 'من جزيء الحمض النووي الريبي باستخدام ATP كمقدمة. نظرًا لتصنيع ذيل بولي (A) ، فإنه يربط نسخًا متعددة من بروتين ربط بولي (A) ، والذي يحمي 3'end من هضم الريبونوكلياز بواسطة الإنزيمات بما في ذلك مركب CCR4-Not. [6]

تحرير الربط الإنترون

تضفير الحمض النووي الريبي هو العملية التي يتم من خلالها إزالة الإنترونات ، وهي مناطق من الحمض النووي الريبي التي لا ترمز للبروتينات ، من ما قبل الرنا المرسال ويتم توصيل الإكسونات المتبقية لإعادة تشكيل جزيء واحد مستمر. الإكسونات هي أقسام من الرنا المرسال يتم التعبير عنها أو ترجمتها إلى بروتين. إنها الأجزاء المشفرة لجزيء الرنا المرسال. [7] على الرغم من أن معظم تضفير الحمض النووي الريبي يحدث بعد التوليف الكامل والسد النهائي لما قبل الرنا المرسال ، يمكن تقسيم النسخ التي تحتوي على العديد من exons بشكل مشترك. [8] يتم تحفيز تفاعل التضفير بواسطة مركب بروتيني كبير يسمى spliceosome مُجمَّع من البروتينات وجزيئات الحمض النووي الريبي النووية الصغيرة التي تتعرف على مواقع لصق في تسلسل ما قبل mRNA. يمكن تقطيع العديد من ما قبل mRNAs ، بما في ذلك تلك الأجسام المضادة المشفرة ، بطرق متعددة لإنتاج mRNAs ناضجة مختلفة تقوم بتشفير تسلسلات بروتينية مختلفة. تُعرف هذه العملية باسم التضفير البديل ، وتسمح بإنتاج مجموعة كبيرة ومتنوعة من البروتينات من كمية محدودة من الحمض النووي.

هيستون معالجة الرنا المرسال تحرير

تشكل الهستونات H2A و H2B و H3 و H4 جوهر النواة وبالتالي تسمى الهستونات الأساسية. تتم معالجة الهستونات الأساسية بشكل مختلف لأن هيستون mRNA النموذجي يفتقر إلى العديد من ميزات mRNAs الأخرى حقيقية النواة ، مثل poly (A) tail و introns. وبالتالي ، لا تخضع هذه mRNAs لعملية الربط وتتم معالجتها 3 'بشكل مستقل عن معظم عوامل الانقسام وبولي أدينيل. تحتوي mRNAs هيستون الأساسية على بنية حلقة جذعية خاصة في نهاية 3 أساسية يتم التعرف عليها بواسطة بروتين رابط الحلقة الجذعية وتسلسل المصب ، يسمى عنصر هيستون المصب (HDE) الذي يجند U7 snRNA. يعمل عامل خصوصية الانقسام والعوامل المتعددة الأدينيل 73 على قطع الرنا المرسال بين الحلقة الجذعية و HDE [9]

ومع ذلك ، فإن متغيرات هيستون ، مثل H2A.Z أو H3.3 ، لها إنترونات وتتم معالجتها على أنها mRNAs عادية بما في ذلك الربط وبولي أدينيل. [9]


الخوض

دماغ الزرد (5 dpf ، الأمامي إلى اليسار) ، ملطخ بـ ERK الفسفوري (سماوي) وإجمالي ERK (أرجواني) ، لتصور النشاط العصبي. رصيد الصورة: فاليري تورنيني

التوحد هو مرض وراثي ينمو عصبي. في مختبر جيرالديز ، نقوم بفحص الجينات المرتبطة بالتوحد بهدف تحديد العيوب الجزيئية والخلوية والفسيولوجية الكهربية التي تسببها هذه الطفرات في أجنة الزرد. في حين أن تحليل التوحد والمتلازمات البشرية العصبية النمائية الأخرى قد يبدو بعيد المنال ، إلا أن هناك مزايا هائلة لاستخدام نظام نموذج الفقاريات مع التطور السريع والأنماط الظاهرية السلوكية المعقدة ، والتي يمكن مراقبة سلوكها بأعداد كبيرة. والأهم من ذلك ، قمنا بتكييف التنميط السلوكي مع الفحص الكيميائي لتوصيف الأنماط الظاهرية للطفرات وتحديد المركبات الدوائية التي قد تكبح الأنماط الظاهرية السلوكية وتعلمنا بالمسارات المتأثرة في هذه الطفرات بهدف نهائي هو تحديد الأدوية الكابحة لهذه المتلازمة.

في دراسة حديثة (Hoffman et al.، Neuron 2016) قمنا بالتحقيق في وظيفة Cntnap2 ، وهو جين مرتبط بالتوحد. باستخدام التنميط السلوكي عالي الإنتاجية ، حددنا فرط النشاط الليلي في طفرات cntnap2 ، بينما تكشف المقايسات الدوائية والنمائية العصبية عن خلل في أنظمة GABAergic و glutamatergic. الجمع بين التنميط السلوكي والفحص الدوائي حدد مركبات الإستروجين على أنها مثبطات النمط الظاهري ، مما يشير إلى أن هذه المركبات تعمل كمعدلات للدوائر العصبية التي تتعطل في المسوخ. توفر هذه الدراسة نقطة دخول لوصف الطفرات الإضافية المرتبطة بالتوحد وتحديد مثبطات شائعة كعوامل علاجية محتملة لمزيد من التحقيق.


ملخص القسم

يمكن أن يحدث التحكم اللاحق للنسخ في أي مرحلة بعد النسخ ، بما في ذلك ربط الحمض النووي الريبي (RNA) ، والتحرك النووي ، واستقرار الحمض النووي الريبي (RNA). بمجرد نسخ RNA ، يجب معالجته لإنشاء RNA ناضج جاهز للترجمة. هذا ينطوي على إزالة الإنترونات التي لا ترمز للبروتين. ترتبط Spliceosomes بالإشارات التي تحدد حدود exon / intron لإزالة الإنترونات وربط الإكسونات معًا. بمجرد حدوث ذلك ، يصبح الحمض النووي الريبي ناضجًا ويمكن ترجمته. يتم إنشاء الحمض النووي الريبي وتقسيمه في النواة ، ولكن يجب نقله إلى السيتوبلازم ليتم ترجمته. يتم نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم من خلال مجمع المسام النووي. بمجرد أن يكون الحمض النووي الريبي في السيتوبلازم ، يمكن أيضًا تغيير طول الفترة التي يقضيها هناك قبل أن يتحلل ، والذي يسمى استقرار الحمض النووي الريبي ، للتحكم في الكمية الإجمالية للبروتين الذي يتم تصنيعه. يمكن زيادة استقرار الحمض النووي الريبي ، مما يؤدي إلى إطالة وقت الإقامة في السيتوبلازم ، أو تقليله ، مما يؤدي إلى تقصير الوقت وتقليل تخليق البروتين. يتم التحكم في استقرار الحمض النووي الريبي عن طريق بروتينات ربط الحمض النووي الريبي (RPBs) و microRNAs (miRNAs). ترتبط RPBs و miRNAs بـ 5 'UTR أو 3' UTR من RNA لزيادة أو تقليل استقرار RNA. اعتمادًا على RBP ، يمكن زيادة الاستقرار أو تقليله بشكل كبير ، ومع ذلك ، فإن miRNAs تقلل دائمًا من الاستقرار وتعزز التحلل.


أنا مدرس ومعلم أحياء مؤهل (عبر الإنترنت وجهاً لوجه) أقوم بعمل مقاطع فيديو حول موضوعات بيولوجيا المستوى A والتي تكون واضحة في تفسيراتها ، ومباشرة في تنسيقها وربحها في تلميحات أسئلة الامتحان.

أنا أحب موضوعي! لكنني أعلم أيضًا أن العديد من طلاب المستوى A يرغبون في "معرفة ما يحتاجون إلى معرفته" ويحتاجون إلى المساعدة في فتح العلامات في الاختبارات ، لذلك قمت بتنسيق مقاطع الفيديو الخاصة بي لتكون واضحة ومباشرة. قد لا تكون "جميلة" (أنا لست فنيًا!) ولكن المحتوى عالي الجودة.


ترجمة

هذه هي العملية التي يتم من خلالها ترجمة المعلومات الموجودة في تسلسل النوكليوتيدات في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. تحدث عملية الترجمة نتيجة للتفاعل بين جميع الأنواع الثلاثة الرئيسية من الحمض النووي الريبي. المعلومات الخاصة بتخليق البروتين موجودة في الرنا المرسال في شكل كود جيني تقرأه الحلقة المضادة للكودون في الحمض الريبي النووي النقال.

الكود الجيني و Anticodon

الكود الجيني هو سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات ترمز لحمض أميني معين في البروتين. يسمى الرمز الجيني أيضًا كودون. يعتبر الكودون كلمة واحدة تتكون من ثلاثة أبجديات. الأبجديات الثلاثة هي ثلاثة نيوكليوتيدات تُقرأ معًا.

تتم قراءة الكودون وفك تشفيره في تسلسل الأحماض الأمينية بواسطة الحمض الريبي النووي النقال. تحتوي حلقة anticodon من الحمض النووي الريبي أيضًا على سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات. هذا التسلسل مكمل للكودونات وبالتالي يسمى تسلسل الأنتيكودون.

دور الحمض الريبي النووي النقال

كما ذكرنا سابقًا ، تقرأ حلقة anticodon من الحمض الريبي النووي النقال الشفرة الجينية وتدخل الحمض الأميني المحدد في سلسلة البولي ببتيد. يمكن أن يحمل الحمض النووي الريبي واحدًا واحدًا فقط من الأحماض الأمينية المحددة. يرتبط الحمض الأميني بمجموعة الهيدروكسيل للنيوكليوتيدات عند نهاية 3'رنا الحمض النووي الريبي. يُطلق على جزيء الحمض النووي الريبي tRNA الذي يحتوي على الحمض الأميني المحدد المرتبط بنهايته الثالثة اسم الحمض الريبي النووي النقال المشحون.

يتم شحن الحمض الريبي النووي النقال بواسطة إنزيم معين يسمى aminoacyl tRNA synthetase. يستخدم هذا الإنزيم ATP والأحماض الأمينية لتكوين مركب إنزيم AMP-aminoacid. في الخطوة التالية ، يتم نقل الحمض الأميني من هذا المركب إلى جزيء الحمض الريبي النووي النقال.

هذا الإنزيم محدد للغاية بالنسبة للـ tRNA والأحماض الأمينية. يوجد إنزيم واحد محدد لكل نوع من الأحماض الأمينية ، تمامًا مثل الحمض الريبي النووي النقال.

دور الريبوسومات

الريبوسومات هي آلية تخليق البروتين. هذه هي العضيات الصغيرة الموجودة في السيتوبلازم أو المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة (فقط في حقيقيات النوى). تتكون الريبوسومات من RNA الريبوسوم والبروتينات. لديهم وحدتان فرعيتان ، وحدة فرعية أصغر ووحدة فرعية أكبر. يختلف حجم هذه الوحدات الفرعية في حقيقيات النوى وبدائيات النوى.

  • تحتوي الريبوسومات حقيقية النواة على وحدة فرعية ريبوسومية أكبر 60 ثانية ووحدة فرعية أصغر 40 ثانية. تتحد هاتان الوحدتان لتشكيل ريبوسوم واحد يستقر عند 80 ثانية.
  • تحتوي الريبوسومات بدائية النواة على وحدة فرعية أكبر 50 ثانية بينما وحدة فرعية أصغر 30 ثانية تتحد لتشكل ريبوسوم 70 ثانية.

(S هنا تعني Svedberg ، إنها وحدة تقيس حجم الجسيمات بناءً على ترسيبها أثناء التنبيذ الفائق).

الريبوسومات هي العضيات التي توفر موقعًا للتفاعل بين mRNA و tRNA بحيث يمكن أن تحدث الترجمة. لديهم أنشطة إنزيمية جوهرية تساعد في عملية الترجمة.

تحتوي الريبوسومات على ثلاثة مواقع لـ tRNA.

  1. موقع E (خروج أو فارغ) يحتوي على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي تبرع بالأحماض الأمينية وهو الآن جاهز لمغادرة المجمع.
  2. موقع P (polypeptide) ، يحتوي على الحمض الريبي النووي النقال الذي ترتبط به سلسلة البولي ببتيد المتنامية.
  3. موقع (متقبل) ، يقبل الحمض الريبي النووي النقال القادم الجديد مع الحمض الأميني التالي الذي سيتم إدخاله في السلسلة.

يتم تنظيم هذه المواقع بطريقة تعرض كودون جيني واحد لـ tRNA في موقع واحد.

خطوات في تخليق البروتين

تمامًا مثل عملية النسخ ، تتكون عملية الترجمة أيضًا من ثلاث خطوات رئيسية هي البدء والاستطالة والإنهاء. فيما يلي تفصيل موجز لهذه الخطوات.

تبدأ عملية الترجمة بتجميع آلية الترجمة. كودون محدد يسمى رمز البدء يقع في بداية مرنا. إنه يشير إلى الريبوسومات لبدء عملية الترجمة. رموز البدء (AUG) للحمض الأميني الميثيونين.

يتم التعرف على جزيء mRNA بواسطة وحدة فرعية ريبوسومية صغيرة عبر تسلسل نوكليوتيد محدد يقع في أعلى المنبع كودون البدء. في بدائيات النوى ، يكون تسلسل معين غني بالبيورين هو أعلى المنبع يسمى كودون البدء شاين دالغارنو تسلسل. ومع ذلك ، فإن هذا التسلسل غائب في حقيقيات النوى. تتعرف الريبوسومات حقيقية النواة على الرنا المرسال من خلال احتفاظها بالعديد من النيوكليوتيدات في بداية كودون البدء.

تتعرف الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة على mRNA وترتبط بها وتبدأ عملية الفرز حتى تصل إلى كودون البدء.

يتم الكشف عن كودون البدء في موقع P للريبوسوم. يتم التعرف على رمز AUG هذا بواسطة tRNA خاص ، يسمى البادئ tRNA ، ويحمل حمض الميثيونين الأميني. هذا هو الحمض الريبي النووي النقال الوحيد الذي يذهب مباشرة إلى موقع P من الريبوسومات.

بمجرد إرفاق البادئ tRNA ، تنضم الوحدة الفرعية الريبوسومية الأكبر إلى المجمع مما يؤدي إلى تكوين ريبوسوم يعمل بكامل طاقته وجاهزًا لتنفيذ تخليق البروتين.

تتضمن عملية الاستطالة إضافة أحماض أمينية جديدة في النهاية الكربوكسيلية لسلسلة البولي ببتيد. يتم الكشف عن الكودون التالي في موقع الريبوسوم أ. يتعرف الحمض النووي الريبي الذي يحتوي على الأحماض الأمينية المقابلة على هذا الكودون ويدخله في الموقع A.

يحتوي الريبوسوم الآن على اثنين من الحمض النووي الريبوزي ، أحدهما في الموقع A والآخر في موقع P. تتشكل رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية. يتم تحفيز تكوين الرابطة عن طريق نشاط الببتيدل ترانسفيراز للوحدة الفرعية الريبوسومية الأكبر.

نتيجة لذلك ، يتم إرفاق ثنائي الببتيد بالحمض النووي الريبي في الموقع A بينما يكون الحمض النووي الريبي في موقع P فارغًا.

ثم يقوم الريبوسوم بنقل ثلاثة نيوكليوتيدات إلى الأمام على الرنا المرسال نحو نهايته الثالثة. يتم الكشف عن كودون جديد في الموقع A ، وينتقل الحمض الريبي النووي النقال الفارغ إلى موقع P وينتقل الحمض الريبي النووي النقال مع ثنائي الببتيد إلى موقع P.

يترك الحمض الريبي النووي النقال الفارغ المعقد وتستمر عملية الاستطالة.

تمامًا مثل رمز البدء ، توجد أكواد إنهاء. عندما يصل الريبوسوم إلى أحد هذه الكودونات ، تتوقف عملية الترجمة. لا يأتي أي حمض tRNA خام إلى الموقع A.

ترتبط عوامل إطلاق معينة بالريبوسومات. تعمل هذه العوامل على تحلل الرابطة بين البولي ببتيد المشيد حديثًا و tRNA في موقع P. يترك البولي ببتيد المعقد ليخضع لتعديلات ما بعد الترجمة. يتم إعادة تدوير المكونات الأخرى للمجمع لمزيد من تخليق البروتين.

عوامل الترجمة

يتم تسهيل عملية الترجمة من خلال عوامل معينة تسمى عوامل الترجمة. هذه المركبات عبارة عن بروتينات وهي مصنوعة أيضًا في السيتوبلازم. هم من ثلاثة أنواع

  1. تساعد عوامل البدء في التعرف على رمز البدء وتشكيل مجمع البدء
  2. عوامل الاستطالة تساعد في عملية الاستطالة
  3. عوامل الإطلاق ، تسبب إطلاق عديد الببتيد من المجمع

تستخدم عملية الترجمة الطاقة في شكل GTP (يستخدم ATP أيضًا في حقيقيات النوى). تلعب عوامل الترجمة أيضًا دورًا مهمًا في عملية الطاقة.

يسمى أحد الريبوسوم المرتبط بـ mRNA أحادي. يمكن أن تكون هناك ريبوسومات متعددة مرتبطة بجزيء واحد من الرنا المرسال إذا كانت هناك حاجة إلى نسخ متعددة من عديد ببتيد واحد. يسمى المركب المتكون من عدة ريبوسومات مرتبطة بـ mRNA واحد polysome.

عملية التعبير الجيني كاملة مع تخليق البروتينات. تم التعبير عن المعلومات الجينية في الجين في شكل عديد ببتيد حديث التكوين. يمكن أن يؤدي هذا البولي ببتيد عدة وظائف اعتمادًا على تسلسل الأحماض الأمينية ، والذي بدوره يقرره الجين.


14.1: التحكم بعد النسخ في التعبير الجيني - 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 قبل 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.


شاهد الفيديو: التعبير الجيني (كانون الثاني 2022).