المحاضره الاولى
تنظيم التعبير الجيني expression ٌRegulation of gene
1-المقدمه
2-تنظيم عملية استنيساخmRNA في بدائية النواة
أ- مفهوم المشغل
ب-مشغل نظام الاكتوز lac operon
ج-التنظيم السالب لمشغل الاكتوز
د-التنظيم الموجب لمشغل نظام الاكتوز
ه-مشغل نظام التربتوفان
3-تنظيم التعبر الجيني في حقيقية النواة
1-المقدمه
تنظيم التعبير الجيني هو سمه ا ساسيه في حفظ التكامل الوظيفي للخليه . وعملية التنظيم هذه تحدث بطرق مختلفه منها تنظيم موجب واخر تنظيم سالب .
في بدائية النواة غالبا مايحدث التنظيم عند بدء استنساخ mRNA. اما في حقيقية النواة استنساخ mRNA يكون اكثر تعقيداوعليه توجد اكثر من ميكانيكيه لعملية التنظيم.
وبالرغم من ذلك تنظيم الاستنساخ في حقيقية وبدائية النواة يحدث من خلال ارتباط بروتينات مع تسلسل معين على شريط الدنا ينتج اما زياده او نقصان في معدل الاستنساخ.
وهنالك ميكانيكيه خاصه في حقيقية النواة وهو الاستنساخ المتخصص بنوع الخلايا وهذا يتحقق من خلال المعالجه الاختياريه او البديله (alternative (processing لشريط mRNAالاولي غير الناضج وتكوين اشرطه مختلفه من الرنا الرسولي وبالتالي ترجمته الى بروتينات مختلفه متعلقه بوظيفة تلك الخليه.
2-تنظيم عملية استنساخmRNA في بدائية النواة
تحدث عملية تنظيم التعبير الجيني في البكتريا من خلال تنظيم عملية بدأ الاستنساخ ومثال على ذلك هو السيطره الموجبه والسالبه لمشغل نظام الاكتوز lac operon في بكتريا E.coli
أ- مفهوم المشغل ((operon concept
يوجد هذا النظام في في بدائية النواة فقط ، وهو مجموعه من الجينات التركيبيه (structural . . (genes بالاضافه الى منطقة منظمه(regulator region ( تنظم عمل تلك الجينات. الجينات التركيبيه تشفر لبروتينات او انزيمات خاصه بوظيفه ايضيه معينه . يكون موقع المنطقه المنظمه في اعلى تلك الجينات(5\)وتكون هي المسيطره على عملية التعبير الجيني .
ب-مشغل نظام الاكتوز lac operon
يتألف هذا النظام من ثلاث جينات تركيبيه وهي ((Z,Y,A هذه الجينات تشفر لمجموعه من الانزيمات الضروريه في ايض الاكتوز وهي حسب التسلسل (?-galactosidase, permease, transacetylase) . في حين تشفر المنطقه المنظمه (i)لبروتين يدعى بالكابح repressor الذي بدوره يرتبط مع تسلسل معين من القواعد النتروجينيه على شريط الدنا والذي يدعى بالمدير operator والذي يكون موقعه مجاور للجينات التركيبيه . اما انزيم بلمرة الرنا RNA polymerase الذي يشرع في عملية الاستنساخ يرتبط بالمثير promoter .
ج-التنظيم السالب لمشغل الاكتوز negative regulation of the lac operon
وهذا يتضمن حالتين : الحاله الاولى، في حالة غياب سكر الاكتوز في الوسط ، يرتبط بروتين الكابح بالمدير operator ويمنع ارتباط انزيم بلمرة الرنا بالمثير promoter لعمل شريط الرنا الرسولي . اما الحاله الثانيه، هي وجود سكر الاكتوز وفيه يتحول الاكتوز الى 1,6 allolactose الذي يرتبط بالكابح ويمنع ارتباطه بالمدير . حينها يتم استنساخ الجينات التركيبيه بواسطة انزيم بلمرة الرنا .
د-التنظيم الموجب لمشغل نظام الاكتوز positive regulation of the lac operon
عندما يكون هنالك تركيزكافي من سكري الاكتوز اوالكلوكوز في الوسط لا تكون هنالك حاجه لتشغيل النظام اما في حالة وجود تركيز واطئ من سكر الكلوكوز يتم تنشيط المشغل من خلال الميكانيكيه التاليه:
1-يرتبط cAMP مع بروتتين يدعى CAP لتكوين معقد
2- يرتبط المعقد اعلاه مع المثير promoter الذي يحفز انزيم بلمرة الرنا على ا لارتباط بالمثير
3- استنساخ الجينات التركيبيه بواسطة انزيم بلمرة الرنا .
أ-غياب الاكتوز
Regulatory region control region structural genes
Repressor mRNA Repressor binds to O
Repressor structural genes can not transcribed
ب-وجود الاكتوز
Repressor mRNA ? galactosidase,permease, transacetylase polycistronic mRNA
Repressor + inducer Complex
Repressor can not bind to O, since it is bound to the inducer and so structural genes are transcribed
شكل 1- يبين السيطره السالبه لمشغل الاكتوز
ه - مشغل نظام التربتوفان Tryptophan operon
يحتوي اوبرون التربتوفان على خمس جينات تركيبيه ((Trp A, Trp B, Trp C, Trp D, TrpE تشترك هذه الجينات الخمس في انتاج ثلاث انزيمات تحول مركب ال chorismate الى تربتوفان . يقع المثير في promoter اعلى التركيبيه الجينات، يقع الجين التنظيمي Trp R المشفر لبروتين الكابح repressor على مسافه بعيده عن المدير . ويتم تنظيم التعبير الجيني في هذا المشغل من خلال الميكانيكيه التاليه : اولا في حالة غياب التربتوفان ، يكون الكابح غير فعال وبذلك يرتبط انزيم بلمرة الرنا بموقع المثير مستنسخا الجينات التركيبه والتي يتم ترجمتها الى انزيمات تحول ال chorismate الى تربتوفان . الحاله الثانيه وهي وجود التربتوفان في الوسط ، عندها يرتبط التربتوفان بالكابح وينشطه وبذلك يرتبط بالالمدير operator وبذلك يتوقف الاستنساخ
-تنظيم عملية استنساخmRNA في حقيقية النواة
تكون عملية تنظيم التعبير الجيني في حقيقية النواة اكثر تعقيدا مما عليه في بدائية النواة وتشمل
1- تنظيم عملية بدأ الاستنساخ
2- المعالجه الاختياريه او البديله
3- تنظيم عملية بدأ الترجمه
1- تنظيم عملية بدأ الاستنساخ Regulation of the initiation of transcription
في حقيقية النواة هنالك عوامل استنساخ ((transcription factors تساهم في تكوين معقد البدأ من خلال ارتباطها بالمثير والذي يسمح بارتباط انزيم بلمرة الرنا RNA polymerase II ، ولكن هناك عوامل استنساخ متخصصه ((Specific transcription factors لها القدره على الارتباط بتسلسلات منظمه على شريط الدنا تدعى Enhancer او Silencer والتي تعمل على تحوير في تكوين معقد البدأوهكذا تنظم معدل الاستنساخ.
أ-عوامل الاستنساخ ((Transcription factors
وهي بروتينات ترتبط بتسلسلات منظمه على شريط الدنا ((regulatory sequence ، بالاضافه الى امكانية ارتباطها بانزيم بلمرة الرنا وبعوامل استنساخ اخرى . تملك على الاقل حقلين للارتباط binding domains احدهما يدعى "حقل الارتباط بالدنا DNA –binding domain" والاخر يدعى "حقل التنشيط Activator domain"
ب-تسلسلات Enhancer and Silencer
وهي تسلسلات معينه من القواعد النتروجينيه على شريط الدنا ترتبط بها عوامل الاستنساخ الخاصه والتي من خلالها يتم تنظيم عملية الاستنساخ . Enhancer تعمل على زيادة معدل الاستنساخ ويكون اما في اعلى 5\ او اسفل 3\ المثير . اما تسلسل Silencer يعمل على تثبيط الاستنساخ
2- المعالجه الاختياريه لشريط mRNA
ان نسخة الرنا الرسولي الاوليmRNA primary في حقيقية النواة يعاني عدد من التحويرات لغرض تكوين شريط رنا رسولي ناضج . احد هذه التحويرات وجود القبعه cap على النهايه 5\ وكذلك وجود تسلسل AAUAAAكمؤشر على عملية الحذف الحاصله على النهايه 3\ واضافة القاعده النتروجينيه الادنين لتكوين poly adenosine tail.
ان المعالجه المتغيره لتلك المؤشرات في تكوين اشرطة mRNA ناضجه يسمح بتكوين اشرطة mRNA مختلفه من نفس الجين المنسوخ ومن ثم ترجمة تلك النسخ النسخ الى بروتينات مختلفه ، مثال على ذلك الخلايا البينيه cell stromal الواقعه بين جريبات الغده الدرقيه تحتوي على رنا رسولي يحمل معلومات وراثيه تشفر لهرمون ال calcitonin المنظم لتركيز الكالسيوم في الدم وايضا يحمل معلومات وراثيه مشفره لل CGRPبروتين ينظم تكوين المستقبلات الحسيه . في الخلايا البينيه تزال المعلومات الوراثيه المشفره لتلك المستقبلات وترجمته الى هرمون الكالستونين ، في حين في حين في الخلايا العصبيه يتم ازالة العلومات الوراثيه المشفره لهرمون الكالسيتونين وترجمتة الى CGRP
3- تنظيم عملية بدأ الترجمه Regulation of the initiation of translation
الية ترجمة المعلومات الوراثيه الى بروتين تنظم من من خلال السيطره على عملية بدء الترجمه والمسؤول عنها بروتينات منظمه لها القدره على الارتباط بتسلسلات معينه على شريط mRNA مثال على ذلك بروتين يدعى IR- binding protein التي ترتبط بتسلسلات IR (\5) الموجوده على Ferretin mRNA وتمنع من تكوين بروتين ferretin ، اما في حالة ارتفاع تركيز الحديد يرتبط الحديد مع IR- binding protein ويغير من هيئته ويصبح غير قادر على الارتباط بتسلسل IR وبذلك يتم ترجمة الرنا الرسولي الى بروتين Ferretin .
ويحدث التنظيم ايضا من خلال السيطره على ثبوتية شريط mRNA وعدم تحلله مما يؤدي الى زيادة معدل تصنيع البروتين ، فهناك تسلسلات موجوده بالقرب من النهايه 3\ تقلل من ثبوتيته ، وبالمقابل توجد بروتينات تعمل ضد تلك التسلسلات وبالتالي يزداد معدل صنع البروتين
المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .