زيست شناسي

اطلاع رساني و علمي- آموزشي

نکات مهم فصل اول زیست پیش 1

 ×اولين اظهارنظر را در مورد چگونگي فعاليت ژن ها در سال 1909 يك پزشك انگليسي به نام "سرآرچيبالد گرو" مطرح كرد. در آن زمان ژن واژه جديدي بود كه هيچكس در مورد ماهيت شيميايي و ساختمان آن اطلاعاتي نداشت. تصور گرو براين بود كه ژنها از طريق آنزيم فعاليت مي كنند.

×بعضي از امراض ارثي در انسان موجب نقص هاي بيوشيميايي مي شوند. براي مثال بيماري آلكاپتونوريا يك نوع بيماري ارثي (از نوع اتوزومي مغلوب) است كه ادرار افراد مبتلا به اين بيماري در مجاورت هوا سياه مي شود. علت سياه شدن وجود ماده اي در ادرار به نام هموجنتيسيك اسيد است.

آقاي گرو پي برو كه در افراد سالم اين اسيد وجود ندارد. چون آنزيمي به نام هموجنيتسيك اسيد اكسيداز آن را تجزيه مي كند. بنابراين در افراد بيمار ژن توليد كننده آنزيم هموجنتيسيك اسيد اكسيداز داراي نقص مي باشد و آنزيم موردنظر توليد نخواهد شد.آقاي گرو با بررسي و مشاهدات خود توانست انديشه هاي اوليه نظريه يك ژن ـ يك آنزيم را شكل دهد.

×نظريه يك ژن ـ يك آنزيم: هر ژن از طريق توليد يك آنزيم تأثير خود راعمل مي كند.

×آزمايشهايي را كه منجر به تأئيد و ارائه نظريه يك ژن ـ يك آنزيم شد دو دانشمند به نام هاي جورج بيدل و ادوارد تيتوم انجام دادند. تا زمان بيدل وتيتوم بيشتر آزمايش ها روي صفات فنوتيپي بود . مثلاً ژنهاي كنترل كننده رنگيزه در گياهان را  پژوهشگران انگليسي تحقيق كردند.

پژوهش آنان مربوط به رنگيزه آنتوسيانين موجود در گياه پامچال بوده است. در اين گياه سه ژن، هر كدام با تأثير بر رنگيزه آنتوسيانين موجب رنگهاي متفاوت در اين گياه مي شود (قرمز، صورتي، گل سرخي) . همچنين آزمايش هاي ديگري روي ژنهاي كنترل كننده رنگ چشم در مگس سركه بوده است كه اين آزمايش ها نيز فنوتيپي بوده است.

×آقاي بيدل و تيتوم جهش هابي را بررسي كردند كه برروي ژنهاي كنترل كننده واكنش هاي مهم متابوليك از قبيل توليد ويتامين و آمينواسيد بود. اين دو محقق برروي هاگهاي كپك نوروسپورا كراسا براي بررسي عمل ژن استفاده كردند.

×كپك نوروسپورا از دسته قارچ هاي آسكوميست (فصل 11 كتاب پيش دانشگاهي) مي باشد كه داراي چرخه زندگي هاپيوئيدي است. قارچ هاي آسكوميست در چرخه توليد مثل جنسي خود 8 هاگ هاپلوئيد درون هر هاگدان (آسك) توليد مي كنند. اين قارچ چون داراي سرعت توليد مثلي بالائي است در مطالعات وراثتي انتخاب مي شود.

  ×كپك نوروسپورا در لوله آزمايشي حاوي نمك ها، كمي شكر و يك نوع ويتامين (بيوتين؛ يكي از ويتامين هاي خانواده B) قادر به كشت دادن مي باشد. مجموع اين مواد را محيط كشت حداقل مي نامند.آقاي بيدل وتيتوم هاگهاي اين كپك را در معرض اشعه X قرار دادند به اميد اينكه تغييراتي در توانايي اين قارچ ها در ساختن موادآلي ايجاد كنند (جهش) . آنها مشاهده كردند كه بعضي از هاگهاي پرتو ديده در محيط كشت حداقل قادر به رشد نخواهند بود، ولي چنانچه مواد غذايي اضافي از قبيل اسيدها ي آمينه و ويتامين به محيط كشت حداقل اضافه مي شد اين هاگها نيز قادر به رشد بودند. البته مي دانيم هرگونه تغيير در ماده وراثتي راجهش گويند. ولي آقاي بيدل و تيتوم از جهش و چگونگي انجام آن اطلاعي نداشتند، جهش از ديدگاه آنان يعني عدم رشد كپك نوروسپورا در محيط كشت حداقل بوده است.

اين دو محقق روشي را ابداع كردند كه در اين روش به محيط كشت حداقل انواع ويتامين ها و اسيدهاي آمينه اضافه شد و يك محيط كشت كامل(غني شده) به دست آمد. هاگهاي پرتو ديده نمي توانستند در محيط كشت حداقل رشد كنند ولي درمحيط كشت كامل قادربه رشد بودند.

بعضي مواد (ويتامين ، اسيدآمينه) + محيط كشت حداقل = محيط كشت كامل

×با انجام آزمايش هاي مختلف به تدريج معلوم شد كه عملاً هر ماده اي را كه قارچ درحالت طبيعي توسط مي سازد  تحت كنترل وراثتي است و با اشعه X و يا فرا بنفش مي توان ژنها را طوري تغيير داد كه قادر به عمل نباشند.

×آقاي بيدل و تيتوم

تأثير جهش را درسنتز اسيدآمينه پيدا كردند. جهش هاي متعددي در نوروسپورا كشف شد. گروهي از اين جهش يافته ها براي رشد نياز به آمينواسيد آرژينين داشتند. مسير بيوسنتزي براي ساخت اسيد آمينه آرژينين به قرار زير است:

ژن3                                           ژن۲                             ژن۱

پیش ماده X                             آرژینین         <-----    سیترولین        <----      اورنیتین        <------

×پيش ماده X مربوط به محيط كشت حداقل مي باشد.

×آقاي بيدل و تيتوم مشاهده كردند كه جهش يافته هاي نيازمند به آرژينين سه دسته اند:

×در  جدول زير سه نوع جهش يافته و دليل عدم رشد در محيط حداقل را مشاهده مي كنيد.

 

جهش یافته

                       امکان رشد

دليل عدم رشد در محيط كشت حداقل

اول

محيط كشت حداقل + اورنيتين ،‌سيترولين يا آرژينين

نقص ژن 1

دوم

محيط كشت حداقل + سيترولين يا آرژينين

نقص ژن 2

سوم

محيط كشت حداقل + آرژينين

نقص ژن 3

×همانطور كه درجدول مشخص است در جهش يافته هاي اول ژن 1 نقص دارد. با نقص ژن 1 آنزيم 1 توليد نخواهد شد. عدم حضور آنزيم 1 پيش ماده (X) به محصول (اورني تين) تبديل نخواهد شد و در صورت فعال بودن آنزيم 2 و 3 ستيرولين وآرژينين نيز توليد نمي شود.

×در جهش يافته دوم ژن 2 نقص دارد. با نقص ژن 2 آنزيم 2 توليد نخواهد شد. عدم حضور آنزيم 2 اورنيتين به سيترولين تبديل نخواهد شد و درصورت فعال بودن آنزيم 3 آرژينين نيز توليد نمي شود.

×در جهش يافته سوم ژن 3 نقص دارد. با نقص ژن 3 آنزيم 3 توليد نخواهد شد. عدم حضور آنزيم 3 ، سيترولين به آرژينين تبديل نخواهد شد و آرژينين توليد نمي شود.

تعريف رمز:

×علايمي است كه از آن براي ذخيره سازي و انتقال اطلاعات استفاده مي شود. مثلاً زبان فارسي 32 علامت رمز (32 حرف)  دارد كه با آن مي شود كلمات مختلفي را ساخت.

×همانطور كه مي دانيد در ساختار مولكول DNA فقط چهار نوع نوكلوئيد (A، T ، C و G   ) بكار رفته است، به عبارت ديگر مولكول DNA به صورت يك الفباي چهار حرفي مي باشد. از طرفي مي دانيد كه 20 نوع آمينواسيدهاي مختلف در ساختار پروتئين ها بكار مي رود. لذا رابطه بين DNA و پروتئين نمي تواندبر مبناي (يك رمز نوكلئوتيد = يك آمينواسيد) قابل توجيه باشد. (4=41 =4n) در اين صورت فقط چهار آمينواسيد كلمه رمز خواهد داشت (چند حرفي بودن = n و تعداد بازها = 4). ولي اگر رمزهاي با بيش از يك نوكلئوتيد را براي آمينواسيد در نظر بگيريم ممكن است رابطه معقولي را بدست آوريم. اما سوالي كه پيش مي آيد  اين است: چند نوكلئوتيد؟

×اگر رمزها 2 حرفي باشند (2 نوكلئوتيد) در آنصورت فقط 16 آمينواسيد كلمه رمز خواهند داشت(4=42 =4n). به عبارت ديگر با چهار نوكلئوتيد 16 كلمه رمز دو حرفي مي توان نوشت (نظير : AA ، CC ،‌GGG ، TT، AC، AG ، AT ، GC ، …………) . با توجه به وجود 20 نوع آمينواسيد، رمز دو حرفي نمي تواند مورد قبول واقع شود . زيرا چهار آمينواسيد كلمه رمز نخواهند داشت.

×اگر رمزها را سه حرفي در نظر بگيريم در آنصورت 64 كليد رمز سه(4=43 =4n) حرفي  خواهيم داشت (نظير AAA ، GGG ؤ CCC ، TTT ، GGA ، GCC ، GAA و ………) كه كاملاً منطقي مي باشد. در اين صورت يك آمينواسيد ممكن است بيش ازيك كليد رمز داشته باشد.

نتيجه گيري : رمزهاي مولكول DNA سه حرفي مي باشند.

رابط بين DNA و پروتئين:

در موجودات يوكاريوت مولكول DNA  در داخل هسته قرار دارد در حالي كه سنتز پروتئين در سيتوپلاسم در محل ريبوزوم ها صورت مي گيرد. بنابراين اطلاعات ژنتيكي بايد از جايگاه اصلي خود يعني هسته به محل بكارگيري يعني سيتوپلاسم ارسال گردد. به همين سبب انتظار مي رود نوعي مولكول ميانجي ارتباط بين DNA و ريبوزوم را برقرار كند. اين مولكول ميانجي RNA مي باشد. دلايلي كه منجر شد دانشمندان به اين نتيجه برسند كه مولكول RNA به عنوان ميانجي است به قرار زير است:

الف ) در سلولهايي كه پروتئين سازي شديد است RNA فراواني يافت مي شود و بالعكس. مثل سلولهاي جگر.

ب) RNA هم در هسته يافت مي شود و هم در سيتوپلاسم (البته در هسته ساخته شده و در سيتوپلاسم بكار مي رود)

×حال سوالي پيش مي آيد و آن اين است كه چرا خود مولكول DNA نمي تواند مستقيماً براي سنتز پروتئين بكار برده شود؟ با دلايل مختلف مي توان به اين سؤال پاسخ داد:

الف) DNA مولكول بزرگي است و از منافذ غشاي هسته نمي تواند عبور كند.

ب) اگر مولكول DNA به طور مستقيم بكار برده مي شد بي ترديد تحت تأثير عوامل مختلف دروني ياخته ها به ويژه آنزيم ها و عوامل محيطي آسيب مي ديد.

×انواع RNA در سلول وجود دارد. در جدول زير انواع RNA و نقش آنها بيان شده است.

 

انواع RNA

نقش

mRNA

(RNA پيك)

اطلاعات را از DNA به محل ريبوزوم ها در سيتوپلاسم حمل مي كند.

tRNA

(RNA ناقل)

آمينواسيدها را به محل ريبوزوم ها منتقل مي كند.

rRNA

(RNA ريبوزومي)

در ساختار ريبوزوم ها شركت دارد.

مقايسه ساختاري مولكول DNA و RNA :

بين مولكول DNA و RNA تفاوت هاي ساختاري وجود دارد كه در جدول زير مشاهده مي شود.

ويژگي

DNA

RNA

تعداد رشته

دو رشته اي

تك رشته اي

انواع بازهاي آلي نيتروژن وار

G-C-T-A

G-C-U-A

نوع قند بكار رفته

دئوكسي ريبوز

ريبوز

رونويسي:

×به ساخته شدن RNA از روي DNA با كمك آنزيم RNA پلي مراز، رونويسي گويند كه اولين قدم براي ساخت پروتئين هاست. به عبارت دقيق تر رونويسي فرايندي است كه ضمن آن بادخالت آنزيم هاي اختصاصي (RNA پلي مراز)، مصرف مولكولهاي پر انرژي (ATP) و بكارگيري نوكلئوئيدها، تركيبات نوكلئوتيدي موجود در مولكول DNA به سنتز نوعي RNA ها(mRNA، tRNA ،  rRNA) مي انجامد.

آنزيمي كه عمل رونويسي را انجام مي دهد RNA پلي مراز است. درپروكاريوت ها يك نوع RNA پلي مراز رونويسي همه نوع RNA ها را انجام مي دهد اما دريوكاريوت ها علاوه بر RNA  پلي ـ مراز خاصي كه در دواندامك كلروپلاست و ميتوكندري آنها موجود است سه نوع RNA پلي مراز در هسته آنها موجود مي باشد. در جدول زير انواع RNA پلي مرازها و نقش آنها بيان شده است.

نوع آنزيم

 (RNA پلي مراز)

محل توليد

محل فعاليت

نقش

I

سیتوپلاسم

هسته

رونويسي ژنهاي rRNA

II

سیتوپلاسم

هسته

رونويسي پيش سازهاي mRNA

و نيز برخي RNA هاي كوچك

III

سیتوپلاسم

هسته

رونويسي tRNA

و نيز بعضي ديگر از RNA هاي كوچك

پروكاريوتي

سيتوپلاسم

سيتوپلاسم

رونويسي انواع RNA(mRNA,tRNA,rRNA)

پيش سازهاي mRNA:

 RNA پيش ساز هر مولكول mRNA نهايي يوكاريوتي را كه  نواحي داراي اطلاعات دارا و فاقد اطلاعات (بعداً بحث مي شود) مي باشد پيش سازهاي mRNA يا RNA ناهمگن هسته اي مي نامند.

RNA هاي كوچك هسته اي:

 RNA هايي هستند كوچك كه در عمل پردازش پيش سازهاي mRNA يعني حذف نقاط فاقد اطلاعات و به هم چسبيدن نقاط داراي اطلاعات نقش دارند. (بعداً بحث مي شود)

×ويژگي هاي آنزيم RNA پلي مراز از پروكاريوتي: آنزيمي بزرگ كه از 6 زير واحد تشكيل شده است كه البته زير واحدی به نام زيگما جايگاه صحيح آغاز رونويسي را برروي مولكول DNA تشخيص مي دهد (راه انداز) و پس ازتشخيص از مجموعه آنزيم جدا مي شود.

× RNA پلي مراز پروكاريوتي توانايي تشخيص راه انداز را دارد.

تعريف راه انداز:

× بخشي از ژن است كه امكان شروع ساختن RNA مربوط به آن ژن را فراهم مي سازد، والبته آنزيم RNA پلي مراز نيز به اين جايگاه متصل مي شود. در حقيقت راه انداز به آنزيم RNA پلي مراز اجازه مي دهد تا رونويسي را از محل صحيح آغاز كند و مثلاً رونويسي از وسط ژن شروع نشود.

ويژگي آنزيم هاي RNA پلي مراز يوكاريوتي:

× اين آنزيم ها ساختار پيچيده تر از آنزيم RNA پلي مراز پروكاريوتي دارند و از چندين زيرواحد تشكيل شده اند. هيچ كدام از اين آنزيم ها برخلاف آنزيم RNA پلي مراز پروكاريوتي
نمي توانند مستقيماً راه اندازي راشناسائي كنند بلكه هر يك به پروتئين هاي ويژه اي كه عوامل رونويسي نام دارند، نياز دارند .

مراحل رونويسي:

رونويسي را مي توان در مراحل مختلف به صورت زير شرح داد.

مرحله (1) : الف) شناسائي راه انداز ژن موردنظر توسط آنزيم RNA پلي مراز

                ب) اتصال صحيح RNA پلي مراز به راه انداز ژن

مرحله (2): باز شدن دو رشته DNA توسط آنزيم RNA پلي مراز (شكستن پيوند هيدروژني)

مرحله (3): شروع رونويسي از جايگاه آغاز رونويسي

جايگاه آغاز رونويسي:

× اولين نوكلئوتيدي از DNA كه رونويسي مي شود.

×رونويسي فقط از يك رشته ژن صورت مي گيرد.

×در اين مرحله (مرحله 3) آنزيم RNA پلي مراز همچون قطاري روي DNA حركت مي كند (كه بااستفاده از انرژي حاصل از تجزيه ATP صورت مي گيرد) و در مقابل دئوكسي ريبونوكلئوئيد DNA اي ريبونوكلئوئيد RNA اي قرار مي دهد. (تشكيل پيوند هيدروژني) همچنين ريبونوكلئوتيد جديد را به ريبونوكلئوتيد قبلي وصل مي كند.(تشكيل پيوند فسفودي استر)

مرحله (4) در اين مرحله رونويسي پايان مي يابد بدين صورت كه پس از رونويسي جايگاه پايان رونويسي توسط RNA پل مراز، مولكول RNA پلي مراز، DNA و mRNA ساخته شده از هم جدا شده و مولكول mRNA براي ترجمه آزاد مي شود.

به طور معمول برا ي مرحله پايان رونويسي دو مرحله در نظر گرفته مي شود:

الف) مرحله كندشدن حركت RNA پلي مراز برروي ژن

ب) مرحله پايان حقيقي

× كند شدن RNA پلي مراز برروي ژن بدين ترتيب صورت مي گيرد كه در نزديك به انتهاي ژن يك ناحيه غني از بازهاي C و G وجود دارد. همانطور كه مي دانيد بين C و G سه پيوند هيدروژني برقرار است. بنابراين جدا كردن آنها از هم مشكل خواهد بود كه اين موجب كند شدن حركت آنزيم RNA پلي مراز خواهد شد.

× در مرحله پايان حقيقي ، يا با فعاليت پروتئين هاي خاصي موجب پايان رونويسي مي شود و يااينكه با ترادف هاي خاصي كه در ژن وجود دارد موحب تشكيل ساقه ـ حلقه شده و رونويسي پايان مي يابد.

×عمل رونويسي در هسته يوكاريوت و سيتوپلاسم پروكاريوت ها صورت مي گيرد. (در پروكاريوت ها هسته وجود ندارد)

× RNA هاي ساخته شده از ژن ساختار پر مانند را به نمايش مي گذارد.

×از روي يك ژن، يك نوع mRNA ولي به تعداد فراوان ساخته مي شود.

 مقايسه عمل همانندسازي و رونويسي:

 در جدول زير دو فرايند همانند سازي و رونويسي مقايسه شده است.

مبناي مقايسه

همانند سازي

رونويسي

ـ مولكول الگو

DNA

DNA

ـ تعداد رشته الگو

دو رشته

يك رشته

ـ مولكول ساخته شده

DNA

RNA

ـ آنزيم اصلي مورد استفاده

DNA پلي مراز

RNA پلي مراز

ـ محل انجام (يوكاريوت ها)

هسته

هسته

چگونگي كشف رمز DNA :

×رمزهاي ژنتيكي مربوط به اسيدهاي آمينه مختلف و علائم توقف سنتز زنجيره پلي پپتيدي (رمزهاي پايان) طي يك سري آزمايش ها در سالهاي 1960 توسط نيرنبرگ و ماني صورت پذيرفت.

×آنان نوع خاصي از RNA را به طور مصنوعي ساختند كه فقط نوكلئوئيد يوراسيل داشت. RNA ساخته شده را درلوله آزمايشي حاوي مايع استخراج شده از سيتوپلاسم باكتري E.Coli قرار دادند. قطعاً در اين مايع ريبوزوم،20 نوع آمينواسيد، tRNA ، آنزيم و منبع انرژي (ATP) وجود داشت. بنابراين در لوله آزمايش عمل پروتئين سازي صورت پذيرفت و رشته پلي پپتيدي ساخته شد. پس ازتجزيه رشته پلي پپتيدي مشخص شد كه فقط اسيد آمينه فنيل آلانين در ساختار اين پلي پپتيد بكار رفته است. پس متوجه شد كه UUU رمز قرار گرفتن اسيد آمينه فنيل آلانين برروي رشته پلي پپتيد است.                              

 ×درآزمايش هاي مشابه، mRNA ي مصنوعي ساخته شده از نوكئوتيدهاي سيتوزين و آدنين به صورت جداگانه به ترتيب زنجيره هاي پپتيدي ساخته شده منحصراً از اسيد آمينه پرولين (CCC) و ليزين(AAA) است  . به همين ترتيب محققان ديگر توانستند با آزمايش مشابه نيرنبرگ رمزهاي هر يك از 20 نوع آمينواسيد راشناسائي كنند.

×هر رمز سه نوکلئوتیدی RNA  را کدون گویند 

64 کدون وجود دارد که 61 کدون برای بیست نوع آمینو اسید (یک آمینو اسید ممکن است چندین کدون داشته باشد) و سه کدون برای پایان پروتئین سازی است(کرون پایان= UAA،UAG و UGA) که هیچ آمینو اسیدی را کد نمی کند.

 عموميت داشتن رمزهاي ژنتيك (ياكدون ها)

×رمزهاي ژنتيكي تقريباً در تمام موجودات يكسان است. اين خاصيت راعموميت داشتن رمزهاي ژنتيك مي نامند. به اين معني كه يك رمز ژنتيكي اسيد آمينه خاص، هم درپروكاريوت ها و هم در يوكاريوت ها همان معني را مي دهد. مثلاً AUG كدون اسيد آمينه متيونين در همه جانداران است.

ترجمه (سنتز پروتئين):

×فرايندي است كه در آن اطلاعات موجود در RNA براي ساختن پروتئين ها استفاده مي شود. بكار بردن كلمه ترجمه در اين جا مناسب است زيرا حرف نوكلئوئيد RNA به حرف آمينواسيد پروتئين تغيير مي كند.

×عمل ترجمه در سيتوپلاسم واقع در محل ريبوزوم صورت مي گيرد.

×اندامك هاي ميتوكندري و كلروپلاست داراي DNA اختصاصي مي باشند و درآنها ريبوزوم و RNA يافت مي شود بنابراين در اين اندامك ها نيز عمل ترجمه صورت مي گيرد.

×براي انجام عمل ترجمه در سلول نياز به عوامل زير مي باشد:

mRNA  ـ ريبوزوم ـ tRNA ـ اسيدهاي آمينه ـ آنزيم و عوامل پروتئيني ـ ATP

mRNA :

اين مولكول حاوي اطلاعات ژن موردنظر مي باشد و آنزيم RNA پلي مراز II در هسته يوكاريوت ها و RNA پلي مراز پروكاريوتي در سيتوپلاسم پروكاريوت ها طي عمل رونويسي آن را مي سازد.

ريبوزوم:

× محل ساخت پروتئين هاست. هر ريبوزوم از دو بخش كوچك و بزرگ تشكيل شده است كه هر بخش از پروتئين ها+ انواع RNA ريبوزومي (rRNA) تشكيل مي شود.

×ريبوزوم ها در هستك يوكاريوت ساخته مي شوند و از بخشي ازDNA كه درهستك است، RNA مربوط به ريبوزوم رونويسي مي شود.

×ريبوزوم هاي سلولهاي يوكاريوتي بزرگتر و پيچيده تر (حدود 80 نوع پروتئين و چهارنوع rRNA) از ريبوزوم هاي سلولهاي پروكاريوتي (حدود 50 نوع پروتئين و سه نوع rRNA) مي باشند.

×ريبوزوم هاي پروكاريوتي مشابه با ريبوزوم هاي درون كلروپلاست و ميتوكندري سلولهاي يوكاريوتي اند ولي با ريبوزوم هاي سيتوسلي و ريبوزوم هاي متصل به غشاء اندامك هاي شبكه آندوپلاسمي و هسته سلولهاي يوكاريوتي متفاوتند.

tRNA (RNA ناقل):

× نقش اين RNA انتخاب آمينواسيدها و انتقال آن به محل ريبوزوم ها مي باشد.

×حداقل 20 نوع tRNA در سلول موجود مي باشد و بعضي آمينواسيدها بيش ازيك نوع tRNA دارند. tRNA ها، مولكولهاي RNA كوچك تك رشته اي متشكل از 74 تا 95 نوكلئوئيد مي باشند و بخش هاي دو رشته اي مشاهده شده در آنها در نتيجه تاخوردگي مولكول tRNA روي خود حاصل شده است.

× tRNA  ها به دو صورت برگ شبدري و ساختارهاي L شكل قابل مشاهده اند، ولي ساختار واقعي tRNA ها در سلول به صورت حرف  L  است.

بخش هاي مختلف tRNA در ساختار برگ شبدري:

هر tRNA شامل حلقه و بازو است.حلقه ها شامل حلقه آنتی کدونی و حلقه های غیر آنتی کدونی می باشد.حلقه های غیرآنتی کدونی شامل سه حلقه است و نقش آنها کمک به نگهداری tRNA بر روی ریبوزوم می باشد. حلقه آنتی کدونی حاوی سه باز مکمل mRNA است که تعیین کننده نوع آمینو اسید tRNA می باشد. 

بازوی tRNAجایگاه پذبرنده آمینو اسید خاص است.در این جایگاه توالی CCA مختص به همه tRNA ها می باشد.

×به سه نوكلئوئيدي كه برروي حلقه آنتي كدوني tRNA قرار دارد آنتي كدون مي گويند كه مكمل كدون هاي mRNA مي باشد. در جدول زير رمز (كد) ، كدون و آنتي كدون و روابط مكملي بين آنها مشخص است.

رمز (كد) (DNA)

كدون (mRNA)

آنتي كدون (tRNA)

مثال

AAA

UUU

AAA

ATG

UAC

AUG

TAA

AUU

UAA

×سه كدون پايان (UGA,UAG,UAA) هيچ tRNA اي در سلول ندارند.

چگونه خوانده شدن رمزهاي موجود در RNA :

×هر آنتي كدون tRNA مكمل يكي از كدون هاي mRNA  است. (جدول فوق) . مثلا tRNA اي كه آنتي كدون GAA آن به كدون CUU متصل مي شود (با پيوند هيدروژني) ناقل لوسين است.

فرايند ترجمه:

 در سه مرحله آغاز، ادامه و پايان قابل بررسي است.

در عمل ترجمه پروكاريوت ها ويوكاريوت ها تفاوت هايي ديده مي شود و سيستم سنتز پروتئين يوكاريوتي پيچيده تر است. دراين جا فقط سيستم پروتئين سازي درسلولهاي پروكاريوتي شرح داده خواهد شد.

وقايع مرحله آغاز :

1)      تشخيص كدون آغاز توسط بخش كوچك ريبوزوم

2)      اتصال بخش كوچك ريبوزوم به mRNA در مجاورت كدون آغاز

3)      انتقال اسيدآمينه آغازي (متيونين) توسط tRNA آغازگر به جايگاه P  ريبوزوم

4)      اتصال بخش بزرگ ريبوزوم به بخش كوچك و كامل شدن ريبوزم براي عمل ترجمه

در مرحله آغاز جزء كوچك ريبوزوم به همراه فاكتورهاي پروتئيني خاص، كدون آغاز را كه AUG مي باشد شناسايي مي كند و به آن مي چسبد. البته نشانه سنتز پروتئين پيچيده است و علاوه بركدون AUG ، ‌ترتيب ديگري را نيز شامل مي شود. اين ترتيب ها موجب تشخيص رمز آغازين AUG از ديگر رمزهاي AUG  كه در mRNA قرار دارند، مي شود. بررسي هايي كه انجام شد مشخص شد كه محل اتصال ريبوزوم به mRNA در پروكاريوت ها داراي حدود 5 تا 8 نوكلئوئيد غني از پورين (G,A) مي باشد. اين ناحيه غني از پورين قبل ازكدون AUG آغازي قرار دارد و در تمام mRNA هاي پروكاريوتي كه تاكنون بررسي شد وجود دارد. اين 5 تا 8 نوكلئوئيد و ترتيب و  توالي آنها راتوالي پيشرو (قبل از AUG) گويند. اين توالي به صورت (UAAGGAGG……….AUG) است.پس از اتصال صحيح جزء كوچك ريبوزوم به محل اتصال ويژه (توالي پيشرو) اولين اسيد آمينه كه متيونين مي باشد پس از فعال شدن توسط ATP و متصل شدن به tRNA خاص خود (tRNA اغازگر) كه حاوي آنتي كدون مربوط به اين آمينواسيد است (اين كار را  آنزيم خاصي صورت مي دهد) به جزء كوچك ريبوزوم كه سنتز پروتئين را آغاز كرده است منتقل مي گردد. در يوكاريوت ها كلاهكي انتهاي mRNA وجود دارد كه ريبوزوم را به AUG آغازين هدايت مي كند. اين كلاهك درواقع دونوكلئوتيدي و با ساختارهاي غيرعادي مي باشد. وجود كلاهك براي شروع پروتئين سازي در يوكاريوت ها لازم است.

tRNA  : ** آغازگر وارد جايگاه A ريبوزوم نمي شود. 

وقايع مرحله ادامه :

1)      وارد شدن tRNA حامل آمينواسيد بعدي به جايگاه A

2)      رها شدن آمينواسيد متيونين از tRNA آغازگر موجود در جايگاه p

3)      تشكيل پيوند پپتيدي بين آمينواسيد متيونين و آمينواسيد متصل به tRNA حامل آمينواسيد دوم

4)      انجام عمل جا به جايي

× پس از تشكيل تركيب آغازين، دومين آمينواسيد فراخوانده مي شود. اين آمينو اسيد را به همان ترتيبي كه گفته شد  ATP و آنزيم خاص فعال كرده به tRNA خاص خود متصل مي كند. پس tRNA حاوي آمينواسيد موردنظر خود به كمك عوامل پروتئيني طويل كننده به ريبوزوم منتقل شده و درجايگاه A ريبوزوم قرار مي گيرد. دراين هنگام پيوند بين متيونين و tRNA آغازگر گسسته شده و tRNA آغازگر جايگاه P راترك مي كند و پيوند پپتيدي بين ميتونين و آمينواسيدي كه به tRNA خاص خود واقع در جايگاه A متصل است، تشكيل مي شود. تشكيل اين پيوند را آنزيم خاصي به نام پپتيديل ترانسفراز صورت مي دهد. اين آنزيم يكي ازآنزيم هاي جزء بزرگ ريبوزوم مي باشد.

تعريف جا به جايي:

جا به جا شدن ريبوزوم به اندازه يك كدون در طول mRNA

نتيجه جابه جائي:

×خالي شدن جايگاه A ريبوزوم به منظور ورود tRNA حامل آمينواسيد بعدي.

× با ورود tRNA حاوي آمينواسيد سوم به جايگاه A چرخه فوق دوباره تكرار مي شود تا tRNA حاوي آمينواسيدهاي بعدي نيز وارد جايگاه A شوند.

وقايع مرحله پايان:

1)      قرار گرفتن يكي از كدون هاي پايان (UGA,UAG,UAA) در جايگاه A ريبوزوم

2)      قرار گرفتن عامل پايان ترجمه در جايگاه A

1)      جدا شدن دو بخش كوچك و بزرگ ريبوزوم از يكديگر از mRNA و پايان پروتئين سازي

×كدون پايان وارد جايگاه p ريبوزوم نمي شود.

×عامل پايان ترجمه پس ازورود به جايگاه A موجب انتقال tRNA حاوي پلي پيتيد از جايگاه A به جايگاه P مي شود و خود در جايگاه A ريبوزوم قرا رمي گيرد.

× وقتي يكي از كدون هاي پايان وارد جايگاه A ريبوزوم شد، براي اين
كدون ها هيچ آمينواسيدي وجود ندارد و درنتيجه عوامل پروتئيني پايان ترجمه (عوامل رها كننده) به ريبوزوم مي رسند و وارد جايگاه
A مي شوند. پس ازورود عامل پايان ترجمه ازجايگاه A، آنزيم پپتيديل ترانسفراز كه موجب تشكيل پيوندپپتيدي بين آمينواسيدها مي شود، خاصيت هيدرولازي پيدا كرده و پيوند بين tRNA و زنجيره پلي پيتيدي متصل به آن راهيدروليز مي كند و درنتيجه پلي پپتيد رها مي شود. سپس دو بخش بزرگ و كوچك ريبوزوم از هم و از mRNA جدا شده و پروتئين سازي به پايان مي رسد.

×جهت جريان اطلاعات ژني هميشه يك طرفه و از DNA به سمت پروتئین است.

ژنهاي يوكاريوتي گسسته اند:

× دريوكاريوت ها RNAاي كه مستقيماً از نتيجه فعاليت RAN پلي مراز حاصل مي شود mRNA اوليه ناميده مي شود. اين RNA پس از تغييراتي كه پيرايش ناميده مي شود به mRNA بالغ تبديل شده و براي ترجمه به سيتوپلاسم فرستاده مي شود.

×در mRNA اوليه مناطقي وجود دارد كه در mRNA بالغ وجود ندارد كه به آن رونوشت اينترون گويند. اينترون بخشي از مولكول DNA است كه رونوشت آن در mRNA بالغ حذف مي شود. (نقاط فاقد اطلاعات). مناطقي كه هم از mRNA اوليه هم در mRNA بالغ وجود دارد به آن رونوشت اگزون گويند. پس اگزون بخشي ازمولكول DNA است كه رونوشت آن در mRNA بالغ باقي مي ماند (نقاط داراي اطلاعات)

×براي درك بهتر مطلب، اگر از طريق توالي آمينواسيدي يك رشته پلي پپتيدي DNA تك
رشته اي بسازيم و آنرا با
mRNA اوليه مربوط به رشته پلي پيتيدي جفت كنيم، در mRNA اوليه يك سري حلقه تشكيل مي شود و فقط در بعضي نقاط mRNA اوليه با DNA مصنوعي جفت مي شود

×در حقيقت نقاط جفت شده رونوشت اگزون در mRNA اوليه است كه در DNA مصنوعي نيز (در واقع mRNA بالغ) وجود دارد. نقاطي از mRNA اوليه تشكيل حلقه داده است رونوشت اينترون است كه در DNA مصنوعي وجود نداشت.

×هميشه اولين و آخرين قسمت mRNA اوليه رونوشت اگزون است.

×گسسته بودن ژن ها خاص يوكار يوت ها نيست و گروهي از پروكاريوت ها به نام آركي باكتري ها نيز داراي ژنهاي گسسته اند.

×عمل پيرايش ژنهاي يوكاريوتي در هسته صورت مي گيرد اما درآركي باكتري ها به دليل عدم وجود هسته، در سيتوپلاسم صورت مي گيرد.

×در طي عمل پيرايش به هنگام حذف رونوشت اينترون پيوند فسفردي استر شكسته شده و درهنگام به هم چسبيدن رونوشت اگزون پيوند فسفردي استر تشكيل مي شود.

 اهميت وجود اينترون درژنهاي يوكاريوتي (و برخي پروكايوت ها):

تعداد زيادي ازجهش ها دربخش اينتروني كه اغلب تعداد نوكلئوئيدهاي بيشتري ازاگزون دارد، اتفاق مي افتد. و چون رونوشت اينترون طي عمل پيرايش حذف مي شود در نتيجه جهش هاي اين بخش حذف گشته،  بروز نمي كنند. در واقع اينترون ها نوعي پشتيبان سلول در مقابل جهش محسوب مي شوند.

تنظيم بيان ژن:

× منظور از بيان ژن يعني استفاده ازآن ژن به منظور توليد RNA و يا پروتئين است .

×وقتي ژني مورد استفاده قرار مي گيرد مي گويند آن ژن بيان شده و روشن است و وقتي كه يك ژن مورد استفاده قرار نگيرد مي گويند ان ژن خاموش است.

×اينكه در زمان مشخصي كدام ژن روشن و كدام ژن خاموش باشدبه تنظيم بيان ژن معروف است.

×تنظيم بيان ژن در دو حالت نقش مهمي را ايفا مي كند:

1)     پاسخ به تغيير شرايط محيط (مثلاً در دسترس بودن يا نبودن يك منبع غذائي)

2)     در نمو جاندار

توضيح (1): باكتري E.coli در دستگاه گوارش مازندگي مي كند و منبع انرژي آن قند گلوكز است. در صورت فقدان گلوكز مي تواند ازلاكتوز (گلوكز+گالاكتوز) نيز براي تأمين انرژي استفاده كند. پس درفقدان گلوكز اين باكتري نياز به آنزيم هاي جذب و تجزيه لاكتوز دارد. بنابراين در صورت وجود گلوكز نيازي به اين آنزيم ها نمي باشد و ژن مربوط به آن خاموش است ولي وقتي كه گلوكز در محيط نيست و لاكتوز وجود دارد ژن مربوط به جذب و تجزيه لاكتوز بيان شده و روشن است.

توضيح (2) بدن هر فرد از صدها نوع سلول مختلف تشكيل شده است (سلول عصبي، خوني، ماهيچه اي.)  كه همگي حاصل تقسيم ميتوز سلول اوليه زيگوت مي باشند. چون در تقسيم ميتوز مقدار DNA تغييري نمي كند پس ماده ژنتيك همه آنها يكسان است.

×طرح يك سؤال: اگر ماده ژنتيك همه سلولهاي بدن ما يكسان است پس چرا شكل و كار آنها متفاوت است؟ در هر سلول فقط بعضي از ژن هابيان شده و روشن است. و بقيه خاموش مي باشند. مثلاً ژن توليد پروتئين همو گلوبين در همه سلولهاي بدن ما وجود دارد ولي فقط در اريتروسيت ها (گلبولهاي قرمز) بيان شده و روشن است و ژن آن در سلولهاي ديگر (عصبي، پوششي) خاموش است. همچنين ژن توليد پروتئين كراتين در همه سلولهاي يك فرد وجود دارد ولي فقط در سلولها خاصي از پوست بيان مي شود و در سلولهاي ديگر خاموش است.

×سلولهائي كه شكل (فنوتيپ) و كارمتفاوت دارند؛ mRNA هاي متفاوت و درنتيجه پروتئين هاي متفاوت دارند.

×سلولهاي يك فرد در نوع mRNA ساخته شده و نوع پروتئين متفاوتند ولي درDNA شان يكسانند.

×تنظيم بيان ژن در سطوح مختلفي صورت مي گيرد از جمله رونويسي، ترجمه، پس از ترجم

تنظيم بيان ژن در پروكاريوت ها :

×تنظيم بيان ژن در پروكاريوت ها عمدتاً هنگام رونويسي صورت مي گيرد يعني اگر نيازي به محصول ژن نباشد از آن ژن رونويسي صورت نمي گيرد.

×تنظيم بيان ژن در پروكاريوت ها برعهده اپران ها است. اين مكانيزم اولين بار توسط آقاي ژاكوب و مونو در مورد تنظيم ژنهائي كه در E.coli آنزيم هاي لازم در شكستن لاكتوز را كنترل مي كنند، ارائه گرديد.

هر اپران شامل بخشهاي زير است:

     -بخش تنظیم کننده ---> شامل  راه انداز و اپراتور   

     -ژن یا ژن های ساختاری     

×  RNA پلي مراز در جايگاه راه انداز اپران قرار مي گيرد.

×پروتئين تنظيم كننده (مهاركننده) : اگر نيازي به محصول يك اپران نباشد اين پروتئين توسط اپران ديگري كه داراي ژن تنظيم كننده است ساخته مي شود و دراپراتور قرار مي گيرد و مانع از حركت RNA پلي مراز برروي ژن مي شود و درنتيجه جلوي عمل رونويسي را مي گيرد (اپران خاموش مي شود)

اپران لک:

اپرانی که متابولیسم لاکتوز را کنترل می کند.

اپران لک شامل بخش های زیر است:

     -بخش تنظیم کننده----->   راه انداز و اپراتور    

     -سه ژن ساختاری   

×باكتري E.coli براي اينكه بتواند لاكتوز را جذب و آن را تجزيه كند به سه آنزيم نياز دارد. دانشمندان دريافتند كه وقتي لاكتوز ر محيط نيست غلظت اين سه آنزيم در باكتري اندك است (از قبيل مقدار كمي وجود دارد) اما پس از حضور لاكتوز در محيط غلظت هر سه آنزيم هماهنگ با هم افزايش مي يابد.

چه وقت ايران لك  خاموش است؟

× وقتي لاكتوز در محيط باكتري نباشد پروتئين مهار كننده به اپراتور متصل شده و جلوي حركت RNA پلي مراز را مي گيرد.

چه وقت اپران لك روشن است؟

× وقتي لاكتوز در محيط باشد دردرون باكتري تبديل به آلولاكتوز مي شود و آلولاكتوز به  مهاركننده متصل شده وتغييراتي در شكل آن پديد مي آورد و منجر به جدا شدن مهار كننده ا ز اپراتور مي شود.

×آلولاكتوز را عامل تنظيم كننده گويند.

mRNA  چندژني:

×چند ژن ساختاري كه تحت كنترل يك بخش تنظيم كننده هستند و همگي يك راه انداز دارند mRNA اي كه توليد مي كنند را mRNA چند ژني گويند. مثل اپران لك كه از سه ژن ساختاري ساخته شده و طي رونويسي يك mRNA ساخته مي شود.

mRNA تك ژني:

× اگر اپران فقط از يك ژن ساختاري تشكيل شده باشد، به mRNA حاصل از آن تك ژني گويند. mRNA حاصل از اپران ژن تنظيم كننده تك ژني است.

×ژن تنظيم كننده اپران لك را با i نشان مي دهند كه يك مهار كننده را كد مي كند كه داراي 360 آمينواسيد است كه در حالت فعال يك تترامر (چهارتائي) است كه حاوي چهار محصول متشابه ژن i است.

تنظيم بيان ژن دريوكاريوت ها:

× در اين قسمت تنظيم بيان ژن به صورت مقايسه با پروكاريوت ها بيان مي شود.

×در يوكاريوت ها مدل اپران وجود ندارد.

×مقدار DNA سلولهاي يوكاريوتي از پروكاريوتي بيشتر است.

×دريوكاريوت ها بدليل وجود غشاي هسته عمل رونويسي (در هسته) و عمل ترجمه (سيتوپلاسم) از هم جدا مي باشند و در نتيجه فرصت بيشتري براي تنظيم بيان ژن نسبت به پروكاريوت ها وجود دارد.

تنظيم بيان ژن در يوكاريوت ها:

      -در هسته -------->  قبل از رونویسی  ،   هنگام رونویسی    و   بعد از رونویسی         

      -در سیتوپلاسم--------->  پس از خروج mRNA از هسته   ،   هنگام ترجمه  و  پس از ترجمه 

×غالباً تنظيم بيان ژن در يوكاريوت هاهنگام شروع رونويسي است.

×در پروكاريوت ها فقط يك نوع RNA پلي مراز وجود دارد ولي در هسته يوكاريوت ها سه نوع آنزيم RNA پلي مراز (III,II,I) وجود دارد.

×در پروكاريوتها آنزيم RNA پلي مراز مستقيماً مي تواند راه انداز راشناسائي كند ولي RNA پلي مراز يوكاريوت ها نمي تواند به طور مستقيم راه انداز را شناسائي كند و به همين دليل نياز به يكسري پروتئين هاي مختلفي تحت نام عوامل رونويسي مي باشد.

×در يوكاريوت ها معمولاً پروتئين هائي كه عمدتاً ازنوع فعال كننده مي باشند به قسمت هائي از DNA (توالي افزاينده) متصل شده و رونويسي را تحت تأثير قرار مي دهد (افزايش رونويسي) در صورتي كه اين فعال كننده ها در سلولهاي پروكاريوتي وجود ندارند.

توالي افزاينده:

×توالي هائي از DNA كه با راه انداز هزاران نوكلئوتيد فاصله داشته اما رونويسي را تحت تأثير قرار مي دهد.

شيوه عمل توالي افزاينده:

× بين توالي افزاينده و راه انداز حلقه اي ايجاد مي شود كه موجب مي شود فعال كننده اي كه به توالي افزاينده متصل است بتواند عوامل رونويسي متصل به راه انداز را فعال كند.

×فعال كننده خود يك عامل رونويسي است.

جهش :

×هرگونه تغيير در اطلاعات ژنتيكي را جهش گويند. موجود زنده اي كه از راه جنسي توليد مثل مي كند، تنها جهش در سلولهاي جنسي است كه به نسل بعد مي رسد. جهش در سلولهاي غير جنسي فقط برفردي كه جهش در اورخ داده تأثير مي گذارد. 

انواع جهش:

    - کروموزومی------> تغییر در تعداد کروموزوم    و    تغییر در ساختار کروموزوم                    

    -ژنی(نقطه ای)------>            جانشینی(موثر و بی اثر)  و  افزایش و کاهشی

×جهش هاي كروموزومي در كتاب زيست و آزمايشگاه (2) مورد را بررسي قرار گرفت و ما از گفتن آن دراين قسمت صرف نظر مي كنيم.

جهش هاي نقطه اي:

× جهش هائي كه يك يا چند نوكلئوتيد ژن را برروي كروموزوم تغيير مي دهند.

جهش هاي جانشيني موثر:

× جهش هائي كه يك نوكلئوتيد ژن با نوكلئوتيد نوع ديگري عوض شود و موجب تأثير در بيان ژن شود.

×مثال: بيماري كم خوني ناشي از گلبولهاي قرمزداسی شكل نوعي بيماري ازنوع اتوزومي مغلوب است كه در اثر جانشين شدن نوكلئوتيد آدنين دار به جاي نوكلئوتيد تيمين دار حاصل مي شود كه موجب جانشيني اسيد آمينه والين به جاي اسيد آمينه اسيد گلوتاميك درپروتئين حاصله شده و در نهايت موجب داسي شكل شدن گلبول قرمز مي شود.

جهش هاي جانشيني بي اثر:

 جهش هائي كه يك نوكلئوتيد ژن بانوكلئوتيدنوع ديگري عوض مي شود ولي دربيان ژن تأثير نخواهد داشت. همان طور كه قبلاً گفته شد بعضي آمينواسيدها چند رمز دارند كه در اثر جهش جانشيني ممكن است يك رمز به رمز ديگر همان آمينواسيد تبديل شود كه در اين صورت هيچ تغييري در پروتئين حاصله ايجاد نخواهد شد. مثلاً اگر در اثر جهش نهايتاً كدون UGU به UGC تغيير يابد. چون هر دوكدون مربوط به آمينواسيد سيستئين است تأثيري در بيان ژن نخواهد داشت.

×اگر جهش در منطقه اينترون ژن اتفاق افتد تأثيري در بيان ژن نخواهد داشت زيرا در عمل پيرايش حذف مي شود.

×در جهش هاي نقطه اي از نوع افرايشي يك يا چند نوكلئوتيد به ژن اضافه مي شود و درجهش هاي نقطه اي از نوع كاهشي يك ياچند نوكلئوتيد ژن حذف مي شود.

×اگر تعداد نوكلئوتيدهاي حذف يا اضافه شده 3 يا مضربي از 3 باشد همان تعداد آمينو اسيد در سطح پروتئين حذف يا اضافه مي شود (البته وقتي كه رمز پايان تشكيل شود) و اگر تعداد نوكلئوتيدهاي حذف يا اضافه شده سه يا مضربي از سه نباشدچارچوب خواندن تغيير مي كند. بنابراين زماني مي توانيدجهش افزايشي و كاهش را جزء تقسيم بندي هاي جهش تغيير چارچوب محسوب كنيم كه نوكلئوتيدهاي حذف يا اضافه شده سه و يا مضربي از سه نباشد.

جهش تغيير چارچوب:

 جهش هائي كه موجب اشتباه خواندن حروف سه نوكلئوتيدلي مي شود و طي آن چارچوب الگوي خواندن در يك يادو موضوع جا به جا مي شود.

DNA

TAC      ACA      CGT        ATT      

نوع جهش

RNA

AUG     UGU      GCA       UAA  

met       cys        ala           پایان

 

DNA

RNA

 TAC      ACT      CGT        ATT        

 AUG     UGA      GCA       UAA

 met       پایان

جانشيني مؤثر

DNA

RNA

 TAC     ACG      GGT        ATT

 AUG    UGU      CGC        AUA  A

 met       cys        arg          IIe

افزايش

DNA

RNA

 TAC     ACC       GGT       ATT

 AUG     UGG      CAU       AA

 met       trp          His

كاهشي

+ نوشته شده در  دوشنبه 27 مهر1388ساعت 11:26 بعد از ظهر  توسط اسماعیل بیات  |