بیولوژی مولکولی و ژنتیک - دکتر محسن محمدی - پاییز 96 - PDF

‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪1‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬...

‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪1‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫ژن (‪:)Gene‬‬ ‫ژن در سلول های یوکاریوت می تواند انواع مختلف داشته باشد‪:‬‬ ‫‪ -1‬خانواده ژنی ‪ :‬مجموعه ای از ژن ها که دارای اگزون های وابسته به هم هستند ‪.‬فقط در یوکاریوت ها وجود دارد‪.‬‬ ‫مثال ژن های آلفا و بتا در گلوبولین در ساخت زنجیره های آلفا و بتا زنجیره هموگلوبین‬ ‫‪ -2‬ژن های فرمانروا (‪ : )Master genes‬در شرایط خاص و کم بیان می شوند که در افتراق و تمایز سلولی نقش دارند‪.‬‬ ‫مثالً تفاوت یک سلول عصبی با یک سلول استخوانی و ‪.....‬تا حد زیادی مربوط به تفاوت بیان ژنی آن ها است‪.‬‬ ‫‪ -3‬ژن های خانه دار (‪ : )Housekeeping genes‬ژن هایی که در بیشتر یا تمامی سلول ها معموال به طور پیوسته و‬ ‫در سطح ثابتی نسخه برداری و بیان می شوند و فراورده های آن ها نفش مهمی در متابولیک سلولی دارند‪.‬این ژن‬ ‫ها ‪ 08‬تا ‪ 08‬درصد ژن های بیان شده در یک سلول را تشکیل می دهند گفته می شود حالت این ژن ها حتی تحت‬ ‫شرایط سلولی متغیر ‪ ،‬ثابت و پای برجا خواهد ماند‪.‬پروموتر تعدادی زیادی از این ژن ها فاقد ‪ TATA box‬است و‬ ‫دارای ناحیه غنی از ‪ GC‬در ناحیه ‪ -33‬در سلول های یوکاریوت هستند ‪.‬بیش از ‪ 0666‬ژن مختلف در جهت به‬ ‫کار برده شدن به عنوان ژن های خانه دار در انسان ها تشخیص داده شده اند‪.‬چند نمونه ‪( GAPDH‬گلیسرالدهید ‪-‬‬ ‫‪ - 3‬فسفات دهیدروژناز) این یک آنزیم از چرخه ی گلیکولز است ‪ -‬مسیر شکست گلوکوز ‪ -‬و مسئولیت تبدیل‬ ‫گلیسرالدهید ‪ - 3 -‬فسفات را به‪ D -‬گلیسرات‪3 - ، 1‬بیس فسفات بر عهده دارد‪.‬نمونه دیگر ‪( ACTB‬بتا ‪-‬‬ ‫اکتین) برای حفظ یک پارچگی ساختار سلول و همینطور برای جنبندگی آن ضروری است‪TBP.‬‬ ‫(پروتئین وابسته به جعبهی ‪ )TATA‬این پروتئین وابسته به ‪ DNA‬به عنوان یک عامل کپی برداری‬ ‫عمومی عمل می کند و به طور مشخص مرتبط با توالی‪ DNA‬ای به نام جعبه ی ‪ TATA‬است که در منطقه ی‬ ‫تنظیمی چندین ژن موجود است‪( LDHA.‬الکتات دهیدروژناز ‪ )A‬این آنزیم که یکی از اعضای مسیر گلیکولیز‬ ‫بیهوازی است‪ ،‬مسئولیت تبدیل نمودن ‪ L -‬الکتات و ‪ NAD+‬به پیرووات و ‪ NADH‬را در اختیار دارد‪.‬‬ ‫‪ -4‬ژن های هومئوباکس (‪ :)Homeotic gene ( )Hox genes‬دخیل در مراحل رشد ‪ ،‬نمو و تکوین جنین‪.‬بیان آن‬ ‫ها در اوایل مراحل گاستراسیون شروع و تا اواسط دوران بارداری ادامه می یابد‪.‬اغلب این ژن ها در سیستم اعصاب‬ ‫مرکزی (‪ )CNS‬بیان می شوند‪.‬‬ ‫‪ -5‬ابر ژن (‪ :)Super gene‬قطعه ای از کروموزوم که در فرایند کراسینگ اور در امان مانده است و همان شکل اولیه‬ ‫خود را حفظ کرده و در بین نسل های متمادی منتقل می شود ( مزیت تکاملی)‬ ‫‪2‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫تعریف کلی ژن‪ :‬بخشی از ملکول ‪ DNA‬که دارای ابتدا و انتهای مشخص است که به صورت ‪ RNA‬رونویسی می‬ ‫شود که ممکن است در پایان به پروتئین ترجمه شود ( آنزیم ‪ ،‬هورمون و ‪ )......‬و یا به پروتئین ترجمه نشود ( مثل‬ ‫‪ rRNA‬یا ‪)tRNA‬‬ ‫پروموتر ‪: Promoter‬‬ ‫توالی از ‪ DNA‬چه در یوکاریوت ها و چه در پروکاریوت ها است که بر اساس آن آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز ( در‬ ‫پروکاریوت ) و یا ‪ RNA‬پلیمراز ها ( ‪ I , II, III‬در یوکاریوت ها ) می تواند توسط آن ‪ ،‬از ژن مورد نظر رونویسی‬ ‫کند‪.‬هر ژن می تواند پروموتر مختص به خود را داشته باشد‪.‬‬ ‫یادآوری‪:‬‬ ‫ریبوزوم‪:‬‬ ‫ارگانل ریبوروم در در سلول های یوکاریوت و پروکاریوت که در پروتئین سازی نقش دارند دارای نسبت وزنی ‪-38‬‬ ‫‪ 48‬درصد پروتئین و ‪ 08‬تا ‪ 08‬درصد اسید نوکلئیک (‪ )rRNA‬هستند که از نظر نوع پروتئین و ‪ RNA‬ها با هم متفاوت‬ ‫هستند‪.‬کربوهیدرات و لیپید در ساختار ریبوزوم موجود نمی باشند اما یون ‪ mg+2‬و احتماال چندین کاتیون دیگر در حفظ‬ ‫ساختار آن نقش دارند وجود دارد‪.‬ریبوزوم ها به دو صورت زیرواحد بزرگ و زیر واحد کوچک هستند و جدا شدن دو زیر واحد‬ ‫زمانی رخ می دهد که یون منیزیم در محیط وجود نداشته باشند‪.‬در زمانی که قرار است پروتئین سازی صورت گیرد دو زیر‬ ‫واحد به همراه ‪ rRNA‬موجود در ساختار کمپلکس تشکیل می دهند‪.‬‬ ‫ریبوزوم در پروکاریوت ها ‪:‬‬ ‫توسط واحد سرعت ضریب رسوب زمانی که کمپلکس تشکیل شده و دو زیر واحد با هم هستند به صورت ‪08S‬‬ ‫است‪.‬که این کمپلکس به دو صورت زیر است‪:‬‬ ‫‪L1,‬‬ ‫‪ -1‬زیر واحد بزرگ (‪ ) 58 S‬که ‪ rRNA‬آن ‪ 23 S‬و ‪ 5 S‬است‪.‬دارای ‪ 34‬پروتئین مختلف که به صورت‬ ‫‪...... L2‬تا ‪ ) L34‬است‪)L: Large(.‬‬ ‫‪ -2‬زیر واحد کوچک (‪ (38S‬که ‪ rRNA‬آن ‪ 10 S‬است‪.‬دارای ‪ 21‬پروتئین مختلف است که به صورت ‪S1, S2‬‬ ‫…‪,‬تا ‪ )S21‬است‪)S: small(.‬‬ ‫‪3‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫در خالل رونویسی همه اجزا با هم کمپلکس تشکیل می دهند‪.‬اسید آمینه های موجود در این پروتئین ها‬ ‫اکثراً اسید آمینه های بازی هستند‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬در انتهای ´‪ 3‬قطعه ‪ )rRNA( 10 S‬در پروکاریوت ها برخی میتوکندری ها و کلروپالست ها توالی متشکل از ‪0‬‬ ‫نوکلئوتید وجود دارد به نام توالی شاین‪ -‬دالگارنو ( نام دو کاشف آن ) ‪( Shine-Dalgarno (SD) sequence‬‬ ‫‪ )AGGAGGU‬وجود دارد که در شناسایی و اتصال به ‪ mRNA‬نقش دارد‪.‬به توالی فوق ‪ribosomal binding site‬‬ ‫نیز گفته می شود‪.‬این توالی در فاصله ‪ 0‬نوکلئوتیدی کدون شروع پروتئین سازی ( متیونین (‪ )Aug‬روی ‪ ( mRNA‬مکمل‬ ‫آن) جفت می شود‪.‬‬ ‫‪4‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫ریبوزوم در یوکاریوت ها ‪:‬‬ ‫توسط واحد سرعت ضریب رسوب زمانی که کمپلکس تشکیل شده و دو زیر واحد با هم هستند به صورت ‪08S‬‬ ‫است‪.‬که این کمپلکس به دو صورت زیر است‪:‬‬ ‫‪ -3‬زیر واحد بزرگ (‪ ) 08 S‬که ‪ rRNA‬آن ‪ 5/0 S ، 20 S‬و ‪ 5 S‬است‪.‬دارای ‪ 45‬پروتئین مختلف که به‬ ‫‪......L1,‬تا ‪ ) L45‬است‪)L: Large(.‬‬ ‫صورت ‪L2‬‬ ‫‪ -4‬زیر واحد کوچک (‪ (48S‬که ‪ rRNA‬آن ‪ 10 S‬است‪.‬دارای ‪ 33‬پروتئین مختلف است که به صورت ‪S1, S2‬‬ ‫…‪,‬تا ‪ )S33‬است‪)S: small(.‬‬ ‫در خالل رونویسی همه اجزا با هم کمپلکس تشکیل می دهند‪.‬اسید آمینه های موجود در این پروتئین ها اکثراً‬ ‫اسید آمینه های بازی هستند‬ ‫ریبوزم در یوکاریوت ها بر خالف پروکاریوت ها در سیتوپالسم به دو حالت زیر است‪:‬‬ ‫الف)‪ -‬چسبنده به غشاء شبکه اندوپالسمی (‪ : )RE‬که در سنتز پروتئین های ترشحی و غشایی و لیزوزومی عمل‬ ‫کی کنند‪.‬‬ ‫ب)‪ -‬آزاد در سیتوپالسم‬ ‫‪5‬‬ ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪0‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪ RNA‬پلیمراز‬ ‫در سلول های پروکاریوت یک نوع ‪ RNA‬پلیمراز را داریم که وظیفه بیوسنتز هر سه ‪ RNA‬را (‪، mRNA‬‬ ‫‪ rRNA‬و ‪ ) tRNA‬را دارد‪.‬اما در یوکاریوت ها ‪ 3‬نوع ‪ RNA‬پلیمراز داریم که در زیر آمده است‪:‬‬ ‫‪ RNA -1‬پلیمراز ‪ : )RNA pol I( 1‬مسئول بیوسنتز ‪ rRNA‬ها است ( ‪ rRNA 5.8S ، rRNA 18S‬و‬ ‫‪)rRNA 28S‬‬ ‫‪ RNA -2‬پلیمراز ‪ :)RNA pol II( 2‬مسئول بیوسنتز ‪, miRNA ، SiRNA ، hnRNA ، mRNA‬‬ ‫‪ )U1, U2, U4,U5( SnRNA‬است‪.‬‬ ‫‪ RNA -3‬پلیمراز ‪ :)RNA pol III( 3‬مسئول بیوسنتز ‪ tRNA‬و ‪ rRNA 5S‬و ‪ SnoRNA‬و برخی‬ ‫‪ )U6( SnRNA‬های دیگر است‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬تمامی زیرواحد های ریبوزومی و خود آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز در یوکاریوت و پروکاریوت می توانند هدف بسیاری‬ ‫از داروها باشند‪.‬برای نمونه داروی آنتی بیوتیک دسته تتراسیکلین ها ( تترا سیکلین ‪ ،‬داکسی سیکلین ‪ ،‬اکسی تتراسیکلین و‬ ‫‪ )...‬و دسته آمینوگلیکوزید ها ( جنتامایسین ‪ ،‬نئومایسین ‪ ،‬کانامایسین ‪ ،‬استرپتومایسین و ‪ )....‬روی زیر واحد ‪ 30 S‬ریبوروم‬ ‫باکتری اثر می کننند‪.‬داروی آنتی بیوتیک دسته ماکرولیدها ( آزیترومایسین ‪ ،‬کالریترومایسین ‪ ،‬اریترومایسین و ‪ )...‬و‬ ‫کلرامفنیکل روی واحد ‪ 50 S‬ریبوروم باکتری اثر می کننند‪.‬‬ ‫توالی پروموتر هر یک از ‪ RNA‬پلیمرازها متفاوت است و هر ‪ RNA‬پلیمرازپروموتور خود را شناسایی می کند و‬ ‫آن را رونویسی می کند‪.‬بنابراین سه دسته پروموتر در یوکاریوت ها وجود دارد‪.‬‬ ‫برای هر ژن یکسری توالی های فرادست ( قبل از ابتدای ژن) و یکسری توالی فرودست ( در انتهای و یا بعد ژن )‬ ‫وجود دارد که این توالی ها به همرای یکسیری از فاکتورهای رونویسی (‪ )Transcription factors : TFs‬نقش مهمی‬ ‫برای رونویسی ژن اعمال می کنند ‪.‬درسمت توالی فرودست ژن قسمتی به نام پروموتر وجود دارد‪.‬در اینجا به پروموترهای‬ ‫مربوط به ‪ RNA‬پلیمراز کالس ‪ I‬و ‪ III‬یوکاریوت ها توضیح داده نمی شود و چون اهمیت کمتری در مبحث ما دارند و برای‬ ‫مطالعه بیشتر می توان به کتب رفرنس مراجعه کرد‪.‬اما در مورد پروموتر ‪ RNA‬پلیمراز کالس ‪ II‬که اهمیت دارند اشاره‬ ‫خواهد شد‪.‬‬ ‫‪7‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫پروموتر ‪ RNA‬پلیمراز کالس ‪ )RNA pol II( II‬در یوکاریوت ها ‪:‬‬ ‫‪-100‬‬ ‫‪-33‬‬ ‫‪-25‬‬ ‫‪+1‬‬ ‫‪CAAT box‬‬ ‫‪GC rich‬‬ ‫‪TATA box‬‬ ‫در یک ژن سه بخش وجود دارد‪:‬‬ ‫بخش اول ‪ :‬پروموتر ‪:‬‬ ‫پروموتر دارای ‪ 5‬بخش است‪:‬‬ ‫جعبه ‪ ( TATA box‬جعبه هوگنس ‪ )Goldberg-Hogness box‬در ناحیه ‪ -25‬که محل شروع رونویسی را‬ ‫‪-1‬‬ ‫برای ‪ RNA‬پلیمراز ‪ II‬مشخص می کند‪.‬این جعبه دارای سکانس '‪ 5'-TATAAA-3‬است که معموال پس از آن ‪ 3‬یا‬ ‫چند تا نوکلئوتید آدنین (‪ )A‬وجود دارد این جعبه در بخش هسته پروموتور (‪ )Core‬قرار گرفته است‪.‬مشاهده شده عالوه بر‬ ‫یوکاریوت ها در آرکی باکتری ها هم وجود دارد‪.‬در حدود ‪25‬درصد ژن های انسان حاوی هستند‪.‬این جعبه محل اتصال‬ ‫یکسری از فاکتورهای رونویسی ‪ Transcription factors : TFs‬عمومی و یا هیستون (استیالز ‪ ،‬فسفوریالز و متیالز)‬ ‫است‪.‬بنابراین با اتصال فاکتورهای رونویسی از اتصال هیستون جلوگیری کرده و فراهم کننده فرایند رونویسی توسط آنزیم‬ ‫‪ DNA‬پلیمراز ‪ II‬است‪.‬در طول فرایند رونویسی یکسری پروتئین های دیگری به نام پروتئین های متصل شونده به این‬ ‫جعبه به نام )‪ TATA binding protein (TBP‬وجود دارند که با خم کردن ‪ DNA‬باعث کاهش یا افزایش بیان می‬ ‫‪8‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫شوند‪.‬یکسری فاکتورهای رونویسی اختصاصی دیگر مثل ‪ TFII‬که دارای انواع مختلف ( ‪TFIIA , TFIIB, TFIID,‬‬ ‫‪ )TFIIE , TFIIF , TFIIH‬نیز برای فرایند رونویسی وجود دارند که همگی در جهت عملکرد آنزیم ‪ DNA‬پلیمراز ‪ II‬و‬ ‫بیان ژن نقش اعمال می کنند‪.‬‬ ‫‪ -2‬جعبه ‪ : CAAT‬در ناحیه ‪ -100‬قرار گرفته است‪.‬‬ ‫‪ -3‬ناحیه غنی از ‪ :) GC rich( GC‬در ناحیه ‪ -33‬قرار گرفته است‪.‬‬ ‫‪ -4‬توالی خاموش کننده (‪ : )Silencer‬در فرادست جعبه ‪ TATA‬قرار دارد جزء تنظیم کننده های رونویسی که‬ ‫در توقف رونویسی نقش دارد‪.‬‬ ‫‪ -5‬توالی تشدید کننده ( ‪ : : )Enhancer‬در فرادست جعبه ‪ TATA‬قرار دارد جزء تنظیم کننده های رونویسی‬ ‫که در در افزایش رونویسی نقش دارد‪.‬‬ ‫بخش دوم ‪ :‬خود ساختار ژن که تناوبی از اگزون و انترون ( دوتا اگزون و یکی انترون)‬ ‫بخش سوم ‪ :‬بخش پایانی که با فاصله زیادی در انتهای ‪ 3´ mRNA‬قرار گرفته است‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬در یوکاریوت ها عالوه بر توالی پروموتور که نزدیک ژن است ‪ ،‬توالی های دیگری داریم که خیلی دور هستند‬ ‫ولی روی بیان ژن اثر می گذارند‪.‬‬ ‫‪9‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫در پروکاریوت ها‬ ‫محققان طی بررسی بیش از ‪ 188‬ژن توالی یابی شده در باکتری به نتایج زیر رسیدند‪:‬‬ ‫آنها توالی های ژن های سکانس شده را جمع آوری و با هم مقایسه کردند‪.‬نقطه صفر آنها نقطه شروع رونویسی بود که همه‬ ‫این ژن ها از آن نقطه رونویسی را شروع کردند‪.‬‬ ‫آنها پی بردند که در ‪ -10‬و ‪ -35‬توالی مشابهی وجود دارد که در نقطه ‪ -10‬نزدیک به ‪ 05‬تا ‪ 08‬درصد توالی شامل ‪ T‬بود‬ ‫و از ‪ 18‬تا ‪ 15‬درصد بقیمانده صرفنظر کردند بنابراین گزارش کردند که در این ناحیه فقط ‪ T‬وجود دارد‪.‬این توالی خاص که‬ ‫محققان به طور توافقی به آن دست یافتند توالی های توافقی یا ‪ Consensus Sequences‬گفته می شود‪.‬توالی هایی که‬ ‫در ناحیه ‪ -10‬وجود داشت ‪ TATAAT‬بود و در ناحیه ‪ -35‬به توالی توافقی ‪ TTGACA‬رسیدند‪.‬نام این توالی را به‬ ‫افتخار کاشف آن پریبنو ‪ Pribnow‬بود‪.‬که ‪ Pribnow box‬نیز گفته می شود‪.‬نام دیگر آن ‪ TATA box‬و یا ‪-10‬‬ ‫‪ box‬است‪.‬نام توالی ‪ -35‬را ‪ GACA‬و یا ‪ -35 box‬می باشد‪.‬‬ ‫نکته ‪ :‬ممکن است در ژنی به جای ‪ TATAAT‬داشته باشیم ‪TATAAG‬‬ ‫‪16‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫جعبه پریبنو های ژن های مختلف پروکاریوت‬ ‫نکته‪ :‬هر چقدر تمایل ‪ RNA‬پلیمراز ها به توالی های گفته شده بیشتر باشد بیان ژن قویتر و نیز هر چقدر فاصله آنزیم با‬ ‫این توالی ها بیشتر باشد تمایل کمتر است در نتیجه رونویسی کمتر است‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬سلول هر ژنی را که بیشتر نیاز داشته باشد برای آن پروموتر قوی تری را برای آن قرار می دهد‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬به توالی که قبل از ژن ( صفر یا ‪ ) 1‬قرار دارد و رونویسی نمی شود ‪ ،‬پروموتر گفته می شود‪.‬‬ ‫‪Core Enzyme‬‬ ‫)‪-35 Sigma (σ‬‬ ‫‪-10‬‬ ‫‪20‬‬ ‫فاصله بین دو توالی ‪ 25‬نوکلئوتید است و اگر این فاصله دچار تغییر شود می تواند فعالیت رونویسی مختل شود‪.‬‬ ‫در پروکاریوت ها آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز یکی داریم در اینجا پروموتور جعبه ‪ TATA‬که پریبنو (‪Pribnow-‬‬ ‫)‪ ) Schaller box‬گفته می شود در ناحیه ‪ -10‬قرار دارد‪.‬‬ ‫‪-100‬‬ ‫‪-35‬‬ ‫‪-10‬‬ ‫‪+1‬‬ ‫‪CAAT box‬‬ ‫‪GC rich‬‬ ‫‪TATA box‬‬ ‫‪11‬‬ ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪12‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز در پروکاریوت ها از سه جزء زیر تشکیل شده است‪:‬‬ ‫هسته پلیمراز ‪ :‬از ‪ 5‬زیر واحد ‪ 2 :‬تا واحد ‪ ، )2 α( α‬یک واحد ‪ ، β‬یک واحد ´‪ β‬و یک واحد ‪( ω‬امگا)‬ ‫‪-1‬‬ ‫زیر واحد سیگما ( ‪ : )σ‬فقط هنگام رونویسی به آنزیم متصل و همیشه جدا است‪.‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫دو تا اتم ‪ : Zn‬یکی به واحد ‪ ، β‬و دیگری یه واحد ´‪ β‬متصل است‪.‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫‪ 2‬تا واحد ‪ )2 α( α‬که به شناسایی محل ژن کمک می کند‪.‬‬ ‫یک واحد ‪ β‬که جایگاه فعال آنزیم است که عمل پلیمریزاسیون را انجام می دهد نوکلئوتیدها در این قسمت پلیمریزه می‬ ‫شوند‪.‬‬ ‫یک واحد ´‪ β‬باعث چسبندگی آنزیم به ‪ DNA‬می شود‪.‬قلیایی ترین زیر واحد با بیشترین بار مثبت است‪.‬‬ ‫زیر واحد ‪( ω‬امگا) انقش ساختاری دارد و باعث می شود تمام زیرواحدها ‪ β ، 2 α‬و ´‪ β‬در موقعیت مناسب نسبت به هم‬ ‫قرار گیرند و نقش هماهنگ سازی دارد‪.‬‬ ‫دو زیر واحد ‪ β‬و ´‪ β‬با جعبه پریبنو (‪ )-10‬پیوند هیدروژنی ایجاد می کنند‪.‬‬ ‫‪13‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫زیر واحد سیگما ( ‪ :)σ‬نقطه شروع رونویسی (سنتز ‪ )RNA‬را مشخص می کند‪.‬به عبارتی توالی پروموتر را شناسایی می‬ ‫کند‪.‬با بخش ‪ -35‬پیوند هیدروژنی ایجاد می کند‪.‬‬ ‫سیگما ناحیه ‪ -35‬را شناسایی می کند ( پیوند هیدروژنی) بدین صورت مشخص شد وقتی ناحیه ‪ -35‬دستخوش تغییر شود‬ ‫و حتی سالم بودن بقیه قسمت ها ‪ ،‬آنزیک نمی تواند رونویسی کند‪.‬پس از نشستن آنزیم از ناحیه ‪ -10‬شروع به باز کردن‬ ‫رشته می کند‪.‬در این ناحیه اغلب بازها از نوع ‪ A‬و ‪ T‬هستند و پیوند هیدروژنی بین آن ها راحتر شکسته می شود‪.‬‬ ‫آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز باکتری‬ ‫‪14‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫در ادامه عملیات ‪ RNA‬سازی از نوکلئوتید ‪ +1‬آغاز می شود‪.‬نوکلئوتید ‪ +1‬حدود ‪ 4‬تا ‪ 5‬نوکلئوتید بعد از ‪TATA box‬‬ ‫قرار دارد‪.‬بعد از باز شدن دو رشته ‪ ،‬آنزم در طول ‪ DNA‬حرکت کرده و از جلو ادامه رشته را باز می کند و از پشت سر دو‬ ‫رشته ‪ DNA‬را برای برقراری پیوند هیدروژنی به هم نزدیک می کند‪.‬پس از آنکه طول ‪ RNA‬ایجاد شده به حدود ‪ 0‬تا ‪12‬‬ ‫نوکلئوتید رسید به زیر واحد سیگما برخورد کرده و آن را از ‪( Core E‬هسته آنزیم ) جدا کرده و به بیرون از محل رونویسی‬ ‫هدایت می کند‪.‬بنابراین زیر واحد سیگما فقط در آغاز و شناسایی رونویسی نقش دارد و ادامه رونویسی توسط ‪ Core E‬نجام‬ ‫می شود‪.‬عمل ‪ RNA‬پلیمرازها به طورم مداوم انجام نمی گیرد بلکه بعد از مدتی خسته شده و حدود ‪ 0‬هزارم ثانیه (‪ 0‬میلی‬ ‫سکند) استراحت و دوباره عمل پلیمریزه کردن را انجام می دهد‪.‬دانشمندان پی بردند که در فرایند رونویسی ‪RNA ،‬‬ ‫پلیمرازها زمانی بیشتر استراحت می کنند که دچار مشکل شده باشند مثال نوکلئوتید اشتباهی قرار داده شده باشد در این‬ ‫هنگام مکس کوتاهی می کند ( هزارم ثانیه) و پروتئین های دیگری که ساختار سوزنی شکل دارند به نام ‪ Gre A‬و ‪Gre B‬‬ ‫وارد عمل و ساختار آنزیم شده به طوری که نوک آن ها در نزدیکی جایگاه فعال آنزیم (‪ )Active Site‬قرار می گیرد‪.‬این‬ ‫پروتئین ها دارای بارهای مثبت هستند‪.‬در جایگاه فعال تمامی پلیمرازها ( ‪ DNA‬پلیمراز و ‪ RNA‬پلیمراز ) یون ‪Mg+2‬‬ ‫وجود دارد‪.‬‬ ‫پروتئین های ‪ Gre A, B‬محل یون های ‪ Mg+2‬را در اکتیو سایت آنزیم ها تغییر می دهند‪.‬که این تغییر محل یون ها‬ ‫باعث تغییر ماهیت ناگهانی آنزیم شده و آنزیم را از خاصیت پلیمرازی تبدیل به خاصیت اندونوکلئازی می کند و ‪RNA‬‬ ‫سلخته شده را می برد ‪.‬و داخل سلول رها می کند و داخل سلول ها تجزیه می شود‪.‬در ادامه پروتئین های ‪ Gre A,B‬از‬ ‫محل رونویسی خارج شده و آنزیم فعالیت خود را از سر می گیرد‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬اگر توالی ‪ 2‬یا ‪ 3‬نوکلئوتید اشتباه داشته باشد ‪ ، Gre A‬و اگر حدود ‪ 18‬تا ‪ 15‬نوکلئوتید باشد ‪ Gre B‬وارد عمل می‬ ‫شود‪.‬بنابراین اگر چه در ‪ RNA‬پلیمرازها خاصیت تصحیح کنندگی (‪ )Proofreading‬ندارند اما به خاطر حضور ‪Gre‬‬ ‫‪ ، A,B‬سعی می کنند تا نوکلئوتیدهای صحیح را قرار دهند‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬مهمترین عاملی که باعث ورود ‪ Gre A,B‬می شود ‪ ،‬مکس آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز است که ناشی از قرار گیری‬ ‫نوکلئوتید اشتباه است‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬همزمان با مکس آنزیم ‪ Gre A,B ،‬وارد عمل می شود و همزمان با راه افتادن آنزیم ‪ ،‬آنها خارج می شوند‪.‬‬ ‫‪15‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫نکات‪:‬‬ ‫نکته‪ :‬بسیاری از داروهای آنتی بیوتیکی می توانند روی هر کدام از اجزا ‪ RNA‬پلیمراز باکتری واکنش دهد‪.‬مثال داروی‬ ‫ریفامپین در برای عامل بیماری سل (مایکوباکتریوم توبرکلوزیس) روی زیر واحد ‪ β‬آنزیم عمل کرده و مانع از رونویسی آنزیم‬ ‫می شود‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬در سلول های یوکاریوت ‪ ،‬بیان ژن به صورت موقتی یا نیمه موقتی در پاسخ به سیگنال های خارج سولی نظیر ‪ :‬تغییر‬ ‫غلظت یون ها ‪ ،‬دما ‪ ،‬شوک ‪ ،‬ملکول های غذایی ‪ ،‬داروها ‪ ،‬هورمون ها و ‪.....‬تغییر می کند‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬محتوای ‪ RNA‬به ویژه ‪ mRNA‬در داخل سلول از نظر کمی و کیفی دائما در حال تغییر است یعنی سلول با توجه به‬ ‫ینکه در هر زمان به چه ژن هایی نیاز دارد و چقدر نیاز دارد محتوای ‪ RNA‬دستخوش تغییر می شود‪.‬‬ ‫فرایند رونویسی توسط ‪ RNA‬پلیمراز ‪ ( II‬یوکاریوت ها) و ‪ RNA‬پلیمراز ( پروکاریوت ها) ‪:‬‬ ‫به طور کلی رونویسی در ‪ 3‬مرحله صورت می گیرد‪:‬‬ ‫‪10‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪ -2‬مرحله طویل شدن (‪ -3 )Elongation‬مرحله ختم (‪)Termination‬‬ ‫مرحله شروع (‪)Initiation‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫مرحله شروع در پروکاریوت ها که توضیح داده شد در یوکاریوت ها بر خالف پروکاریوت ها که ‪ RNA‬پلیمراز توالی‬ ‫‪-1‬‬ ‫خاصی از ‪ DNA‬را شناسایی می کرد ‪ ،‬در اینجا آنزیم مجموعه ای از ‪ DNA‬و پروتئین در این عمل نقش ایفا می کنند‪.‬‬ ‫در یوکاریوت ها یکسری پروتئین های خاص برای شناسایی وجود دارند که در مباحث قبل آورده شده اند‪.‬فاکتورهای‬ ‫عمومی ‪ IF: initiation factor‬و اختصاصی شامل )‪.TATA binding protein (TBP‬و فاکتورهای رونویسی‬ ‫اختصاصی مثل ‪ TFII‬که دارای انواع مختلف ( ‪. )TFIIA , TFIIB, TFIID, TFIIE , TFIIF , TFIIH‬‬ ‫انواع پیوندهای بین ‪ RNA‬پلیمراز با ‪: DNA‬‬ ‫‪ -1‬پیوند هیدروژنی ‪ :‬بین اتم اکسیژن یا نیتروژن بازهای ‪ DNA‬با اتم های اکسیژن ‪ ،‬نیتروژن اسید آمینه آنزیم‬ ‫‪ RNA‬پلیمراز‬ ‫‪ -2‬اتصال فیزیکی‬ ‫‪ -3‬پیوند یونی ( الکترواستاتیک) ‪ :‬گروه فسفات ‪ ( DNA‬بار‪ )-‬با اسید آمینه ( ‪ )AA‬آنزیم ( بار ‪)+‬‬ ‫‪17‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪ -2‬مرحله طویل شدن ‪:)Elongation (:‬‬ ‫در پروکاریوت ها با جدا شدن زیرواحد سیگما از آنزیم و متصل شدن پروتئینی به نام ‪ NUSA‬که مانع از بازگشت پروتئین‬ ‫سیگما می شود آنزیم توسط مصرف انرژی (تجزیه ‪ )ATP‬به جلو حرکت کرده و در هر جابجایی حدود ‪ 10‬نوکلئوتید را در‬ ‫بر می گیرد‪.‬یکسری فاکتورهای طویل شدن (‪ )EF: Elongation Factor‬وجود دارد‪(.‬جدول)‬ ‫سلول پروکاریوت‬ ‫سلول یوکاریوت‬ ‫‪EF-TU‬‬ ‫‪eEF-1α‬‬ ‫‪EF-TS‬‬ ‫‪eEF-1β‬‬ ‫‪ ( EF-G‬ترانس لوکاز)‬ ‫‪EEF-2‬‬ ‫مرحله ختم (پایانی) ‪)Termination) :‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫در پروکاریوت ها به دو صورت زیر است‪:‬‬ ‫الف)‪ -‬پایان ساده‪ :‬با کند شدن حرکت ‪ RNA‬پلیمراز بر روی ‪ DNA‬و رسیدن به منطقه غنی از ‪ ( GC‬پیوند هیدروژن سه‬ ‫تایی)‬ ‫ب)‪ -‬پایان حقیقی ‪ :‬به دو صورت زیر‪:‬‬ ‫‪ -1‬ذاتی یا غیر وابسته به فاکتور رو (‪ :ρ-independent )ρ( )rho‬دانشمندان معتقدند همیشه در نواحی نزدیک انتهایی‬ ‫رونوشت ‪ ،‬توالی رونویسی می شود که وقتی از داخل آنزیم بیرون می آید حالت سنجاق سر (‪ )hair pin‬پیدا می کند‪.‬در‬ ‫واقع در این رونوشت توالی مکملی وجود دارد که با هم پیوند برقرار می کنند و باعث ایجاد سنجاق سر می شود‪.‬تشکیل‬ ‫سنجاق باعث کند شدن حرکت آنزیم می شود آنزیم می خواهد به جلو حرکت کند اما سنجاق آن را به عقب می کشاند‬ ‫(ترمز)‪.‬از طرف دیگر دریافتند که در ناحیه خاتمه ‪ ،‬چندین توالی ‪ A‬وجود دارد که در هنگام رونویسی به جای آن ‪ U‬قرار‬ ‫می گیرد‪.‬وقتی که توالی ‪ A‬رونویسی شد آنزیم از نظر ترمودینامیکی به این نتیجه می رسد که بایستی رونوشت برداری‬ ‫خاتمه یابد‪.‬چرا که توالی غنی از ‪ A‬و ‪ U‬پیوند هیدروژنی کمتری دارد و پایداری کمتری و در نتیجه سست است‪.‬و چون‬ ‫سست است آنزیم رغبت پیدا نمی کند که توالی سست را ادامه دهد‪.‬بنابراین وقتی آنزیم به توالی ‪ A-U‬را رونویسی کرد ‪ ،‬از‬ ‫سوبترای خود جدا می شود و رونوشت رداری پایان می یابد‪.‬‬ ‫‪18‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫وابسته به فاکتور ‪:)ρ –dependent( ρ‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫مکانیسمی که برای آن در نظر گرفته شده است‪:‬‬ ‫در این مکانیسم ‪ RNA‬هایی رونوشت برداری ی شوند که در انتهای ‪ 5‬شان دارای توالی خاصی به نام ‪ Rut‬هستند‪.‬فکتور‬ ‫‪ ρ‬اگر داخل سلول وجود داشته باشد به توالی ‪ Rut‬می چسد‪.‬این فاکتور روی ‪ DNA‬حرکت می کند تا خودش را به‬ ‫‪ RNA‬پلیمراز برساند (تعقیب و گریز)‪.‬این فاکتور نوعی هلیکاز است که با مصرف ‪ ATP‬هم دور خودش و هم ‪RNA‬‬ ‫حرکت می کند‪.‬تا زمانی که ‪ RNA‬پلیمراز ازجلو حرکت می کند و فاکتور ‪ ρ‬هم دنبالش می دود به محض اینکه ‪RNA‬‬ ‫پلیمراز به توالی سنجاق سر رسید ( سنجاق سر که ایجاد شده بود) سرعت آنزیم کم و فاکتور ‪ ρ‬سرعتش تغییری پیدا نمی‬ ‫کند و به آنزی می رسد و با خاصیت هلیکازی خود ‪ RNA‬را از کمپلکس ‪ DNA- RNA‬جدا می کند و رونویسی خاتمه‬ ‫می یابد‪.‬‬ ‫سوال ‪ :‬با اینکه تعداد و طول ژن ها در یوکاریوت ها نسبت به پروکاروت ها زیاد است آیا تمایل آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز در‬ ‫یوکاریوت ها به ‪ ( DNA‬یا به عبارتی پروموتر) بیشتر است یا پروکاریوت ها ؟‬ ‫بر اساس کارهای آزمایشگاهی عکس مطلب را نشان می دهد یعنی تمایل آنزیم ‪ RNA pol‬پروکاریوتی به ‪ ( DNA‬یا‬ ‫پروموتور) بیشتر از یوکاریوت هاست‪.‬یک مدرک تجربی که از این فرضیه حمایت می کند این است که ‪ :‬بیان عمده ژن ها‬ ‫در پروکاریوت ها باالست بنابراین در پروکاریوت ها ‪ ،‬بیشتر مکانیسم های مقابله با آن ( مکانیسم های کاهنده) بوجود می آید‬ ‫و این تمایل باالی آنزیم به ‪ DNA‬را مطرح می کند‪.‬ولی در بیشتر ژن های یوکاریوتی عوامل کمکی تاثیر گذار بیشتر ‪،‬‬ ‫افزاینده هستند ( افزایش بیان) که نشان می دهد تمایل خود آنزیم کم است ‪.‬سلول برای اینکه این کمبود را جبران کند ‪،‬‬ ‫کلی عوامل افزاینده ساخته که به کمک ‪ RNA‬پلیمراز بیایند و مقدار بیان ژن را تعیین کنند‪.‬عمده مکانیسم های کنترلی‬ ‫در پروکاریوت ها کاهنده و در یوکاریوت ها ‪ ،‬افزاینده است‪.‬با در نظر گرفتن اینکه در یوکاریوت ها ‪ ،‬مکانیسم های کنترلی‬ ‫کاهنده هم داریم‪.‬عواملی که به شناسایی و اتصال ‪ RNA‬پلیمراز به پروموتر کمک می کند ‪ ،‬فاکتور رونویسی ‪TF:‬‬ ‫‪ transcription factor‬می نامند‪.‬این عوامل که تمایل آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز در یوکاریوت ها کمتر است ‪ ،‬باعث شده که‬ ‫نقش پروتئین فاکتور ها در رونویسی بسیار اهمیت پیدا کند‪.‬‬ ‫‪19‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫اینکه یوکاریوت ها که متکامل تر هستند پس این سوال پیش می آید که چرا مکانیسم های افزاینده دارند و چرا تمایل آنزیم‬ ‫کمتر است‪.‬پاسخی که می توان برای آن در نظر گرفت این است که به علت باال بودن تنوع پروتئین ها در سلول های‬ ‫یوکاریوتی مرتبط است‪.‬تعداد پروتئین ها در سلول های یوکاریوتی ده ها برابر سلول های پروکاریوتی است و به همان نسبت‬ ‫پاسخ هایی که سلول های یوکاریوتی می دهند ‪ ،‬خیلی پیچیده تر و دقیق تر از سلول های پروکاریوتی استو بنابراین اگر‬ ‫مقدار بیان همه ژن ها باال بود مثال سلول یوکاریوتی ‪ 38888‬ژن دارد و اگر قرار باشد بیان شوند طبیعی است که بیان بسیار‬ ‫باال ست و مثال سلول به بیان ‪ 18888‬ژن نیاز دارد و بایستی زمان را صرف خاموش کردن ‪ 28888‬ژن دیگر کند‪.‬‬ ‫انواع فعال کننده ها ‪:‬‬ ‫عمومی ‪ :‬به بسیاری از پروموتر ها می سبند و بیشتر فعال کننده ها جزء این دسته هستند‪.‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫اختصاصی ‪ :‬یا مستقیم عمل می کنند‪.‬یا غیر مستقیم از طریق فاکتورهایی به نام مدیاتور (‪ )Mediator‬عمل می‬ ‫‪-2‬‬ ‫کنند که مدیاتورها عمومی هستند‪.‬‬ ‫‪26‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫فرایند پیرایش نسخه های ‪ RNA‬رونویسی شده ‪Splicing process :‬‬ ‫بررسی های ملکولی در سال ‪ 1000‬نشان داد که ژن های یوکاریوت به صورت ناپیوسته روی کروموزوم قرار دارند‬ ‫بدین صورت مشاهده شد که اندازه بسیاری از ژن ها طویل تر از توالی آن ها روی ساختار ‪ mRNA‬آن ها بود‪.‬بنابراین بعد ها‬ ‫مشخص شد که ژن دارای قطعاتی به نام انترون ( توالی های بینا بینی) و اگزون هستند ( ‪ 2‬اگزون و یک انترون به صورت‬ ‫متناوب)‪.‬در ادامه مشخص شد که ‪ mRNA‬های یوکاریوتی که در هسته رونویسی می شوند به صورت ‪ mRNA‬نابالغ‬ ‫هست و پس از حذف انترون ها ( ویرایش یا اسپالیسینگ) مابقی قطعات به هم متصل ( اگزون ها) و سپس وارد سیتوپالسم‬ ‫می شوند به صورت ‪ mRNA‬بالغ برای ترجمه توسط ریبوزوم به کار گرفته می شوند‪.‬به فرایندی که در آن ‪ RNA‬دچار‬ ‫بریدگی می شود ‪ ،‬اسپالیسینگ یا پیرایش گفته می شود‪.‬بخش هایی از ‪ mRNA‬که بعداٌ قرار است به پروتئین تبدیل شود‬ ‫اگزون (‪ ، )Exon‬و بخش هایی از ‪ mRNA‬که بعداً قرار است برش بخورد و پیرایش شود ‪ ،‬اینترون ( ‪ )Intron‬می نامند‪.‬‬ ‫همیشه تعداد اگزون ها یکی بیشتر از اینترون ها می باشد و سر و ته ژن ها همیشه اگزون است نه اینترون و در واقع اینترون‬ ‫ها در وسط اگزون ها پراکنده هستند‪.‬‬ ‫حال این سواالت پیش می آید ‪:‬‬ ‫‪ -1‬آیا همه ژن های یوکاریوتی انترون دارند ؟‬ ‫‪ -2‬چند درصد یک ژن انترون است ( اندازه انترون در مقابل اگزون )؟‬ ‫‪ -3‬آیا ژن های پروکاریوتی انترون دارند؟‬ ‫‪ -4‬آیا فقط ‪ mRNA‬که توسط ‪ RNA‬پلیمراز ‪ II‬در یوکاریوت رونویسی می شود فقط مشمول اسپالیسنیگ‬ ‫می شود به عبارتی دیگر سایر ‪ rRNA‬و یا ‪ tRNA‬که به ترتیب توسط ‪ RNA‬پلیمراز ‪ I‬و ‪ RNA‬پلیمراز‬ ‫‪ III‬رونویسی می شوند به چه صورت است؟‬ ‫‪ -5‬چه عواملی و با چه مکانیسم هایی در این فرایند نقش بازی می کنند؟‬ ‫در اینجا سعی می شود مختصر و مفید به این سواالت پاسخ داده شود و برای مطالعه و آگاهی بیشتر می توان‬ ‫به منابع رجوع کرد‬ ‫در پستانداران مشخص شده که تنها ‪ 0‬درصد ژن ها اینترون ندارند مثل هیستون ها و مابقی دارای اینترون هستند‪.‬در سلول‬ ‫های یوکاریوت هر چقدر اندازه ژن بزرگ باشد نشانه بزرگی اینترون ها است و دلیلی بر بزرگ بودن محصول ژن یا بزرگ‬ ‫‪21‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫بودن اگزون ها نمی باشد‪.‬معموال متوسط نسبت سایز ژن ها به ‪ mRNA‬آنها در پستانداران ‪ ،‬حشرات و پرندگان ‪ 5‬برابر می‬ ‫باشد یعنی اگر ‪ mRNA‬ژنی ‪ 0888‬نوکلئوتید داشته باشد ‪ ،‬ژن کامل آن حدود ‪ 3 kb‬اندازه دارد‪.‬ژن های میتوکندری و‬ ‫آرکی باکتری ها حتی برخی ویروس های ‪ DNA‬دار مثل آدنویروس ها و هم انترون دارند‪.‬بایستی در نظر داشت که ژن‬ ‫های کد کننده برای پروتئین ها و ‪ rRNA‬و ‪ tRNA‬در سلول های یوکاریوت دارای انترون است و برای پروکاریوت ها تنها‬ ‫ژن برای ‪ rRNA‬و ‪ tRNA‬دارای انترون می باشد که محصول اگزون ها در ‪ rRNA‬و ‪ tRNA‬چه سلول های یوکاریوت‬ ‫و چه پروکاریوت ها برای تولید پروتئین نیست‪.‬فرایند اسپالیسینگ برای ‪ rRNA‬و ‪ tRNA‬چه یوکاریوت و چه پروکاریوت‬ ‫صورت می گیرد‪.‬مثال ‪ tRNA‬اولیه پس از رونویسی دارای ‪ 088‬نوکلئوتید است و طی پردازش تعداد آن به ‪04-00‬‬ ‫نوکلئوتید کاهش می یابد‪.‬‬ ‫ژن انسولین دارای ‪ 2‬تا اینترون است که مجموعاً ‪ %00‬ژن را تشکیل می دهد‪.‬وقتی ژن انسولین رونویسی می شود ‪%00 ،‬‬ ‫آن برش داده می شود و دور ریخته می شود و ‪ % 33‬باقیمانده برای پروتئین سازی ( اگزون) به کار گرفته می شود‪.‬به طور‬ ‫متوسط طول اینترون ها ‪ 3888‬نوکلئوتید و طول اگزون ها ‪ 388‬نوکلئوتید است‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬بیان ژن دو مرحله دارد‪ :‬یکی در سطح ‪ ( mRNA‬رونویسی) و دومی در سطح پروتئین ( ترجمه به پروتئین)‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬اینترون ها فقط در سطح ‪ RNA‬رونویسی می شوند و در سطح پروتئین ترجمه نمی شوند چون حذف شده اند‪.‬‬ ‫فاکتور شماره ‪ 0‬خونی (‪( )VIII‬نقش در انعقاد کمبود یا نقص بیماران هموفیلی) ‪ 25 ،‬تا اینترون دارد که ‪ %05‬ژن را تشکیل‬ ‫می دهد و ‪ %5‬آن به فاکتور ‪ 0‬تبدیل می شود‪.‬‬ ‫ژن دیستروفی که ژن بزرگی در سلول است حدود ‪ 258‬هزار نوکلئوتید دارد که حدود ‪ 28‬ساعت طول می کشد تا این ژن‬ ‫رونویسی شود و ‪ %00‬آن را اینترون تشکیل داده است‪.‬‬ ‫از نظر تعداد اینترون ژن کالژن ‪ VII‬رکورد دار است که ‪ 110‬تا اینترون دارد ولی از نظر وسعت ‪ ،‬دیستروفی رکورد دار‬ ‫است‪.‬‬ ‫‪22‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫فرایند ‪ Splicing‬یا پیرایش ‪:‬‬ ‫دانشمندان متوجه شدند که حدود ‪ 0‬دسته اینترون وجود دارد که با ‪ 0‬نوع مکانیسم که بعضی از آن ها شبیه هم هستند ‪،‬‬ ‫حذف می شوند‪.‬دو نوع از اینترون ها در ‪ mRNA‬یا درست تر بگم در ‪ RNA( hnRNA‬ناهمگون هسته ای ) هستند‪.‬‬ ‫‪mRNA : hnRNA‬‬ ‫انتها ‪ GU – AG‬ابتدا‬ ‫‪splicing‬‬ ‫اینترون‬ ‫انتها ‪ AU – AC‬ابتدا‬ ‫نکته‪ :‬برخی از ‪ mRNA‬ها به صورت بالغ (‪ )mature‬تولید می شوند ‪ ،‬یعنی انترون ندارند اما اکثرا به صورت‬ ‫‪ hnRNA‬رونویسی و بعد از اسپالیسینگ به ‪ mRNA‬بالغ تبدیل می شوند که فقط حاوی اگزون است و به‬ ‫پروتئین تبدیل می شوند‪.‬‬ ‫‪ hnRNA‬ها دو نوع اینترون دارند ‪:‬‬ ‫‪GU- AG -1‬‬ ‫‪AU-AC -2‬‬ ‫نامگذاری بر این اساس است که اولین نوکلئوتید شان ‪ )AU( GU‬و آخرین نوکلئوتید شان ‪ )AC( AG‬می باشد‪.‬‬ ‫‪23‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫مکانیسم عمل‪:‬‬ ‫‪Intron‬‬ ‫‪Exon I GU‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪AG‬‬ ‫‪Exon II‬‬ ‫‪2´ OH‬‬ ‫‪Intron‬‬ ‫‪Exon‬‬ ‫´‪OH 3‬‬ ‫‪GU‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪AG ExonII‬‬ ‫‪Intron‬‬ ‫‪Exon‬‬ ‫´‪OH 3‬‬ ‫‪GU‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪AG‬‬ ‫‪ExonII‬‬ ‫‪ExonI‬‬ ‫‪Exon II‬‬ ‫یک نوکلئوتید ‪ ( A‬آدنین) که در مرکز قرار دارد به واسطه ‪ 2´ OH‬خودش به ‪ GU‬حمله می کند و باعث شکستن پیوند‬ ‫بین ‪ G‬و ‪ Exon I‬می شود و به این ترتیب در انتهای ‪ Exon I‬باعث می شود ‪ OH‬آزاد ایجاد گردد‪.‬سپس ‪ 3´ OH‬آزاد‬ ‫اگزون به انتها یا به عبارتی ابتدای ‪ ExonII‬حمله می کند و ‪ AG‬را جدا می کند‪.‬حاصل کار دو ‪ Exon I‬و ‪Exon II‬‬ ‫است که به هم وصل می شوند و انترون حذف می شود‪.‬‬ ‫مکانیسم ‪ AU- AC‬نیز به همین ترتیب است فقط توالی فرق می کد‪.‬‬ ‫حال ممکن است این سوال پیش آید که اگزون ها از هم فاصله زیادی دارند ( حدود ‪ (3 kb‬چگونه همدیگر را گم نمی کنند‬ ‫و به هم متصل می شوند؟ در واقع ملکول هایی به نام ‪ snRNP‬وجود دارند که به کمک این توالی می آیند‪.‬‬ ‫ملکول های ‪ snRNP‬در واقع ‪ snRNA‬هایی هستند که پس از تولید در هسته به سیتوپالسم رفته و پروتئینه شده و‬ ‫مجدد به هسته برگشته و عمل خود را انجام می دهند‪.‬این ملکول ها انواع مختلفی دارند که با ‪ )U1, U2 …. ( U‬نشان‬ ‫داده می شوند‪.‬ابتدا ‪ U1 snRNP‬به جایگاه ‪ GU‬متصل می شود‪.‬سپس ‪ U2snRNP‬ناحیه ‪ A‬را شناسایی می کند ( به‬ ‫نوکلئوتید ‪ A‬شاخه یا ‪ branch‬می گویند) بعد یک کمپلکس ‪ U4,U6 snRNP‬هم روی ‪ U2‬سوار می شود ( این‬ ‫کمپلکس یک مجموعه پروتئین و دو ‪ snRNP‬دارد)‪.‬سپس ‪ U5snRNP‬نیز به ‪ AG‬متصل می شود‪.‬تمام واکنش ها‬ ‫توسط ‪ U6‬انجام می شود‪.‬‬ ‫‪24‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪Exon I‬‬ ‫‪GU‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪AG‬‬ ‫‪Exon II‬‬ ‫‪U1snRNP‬‬ ‫‪U2snRNP‬‬ ‫‪U5snRNP‬‬ ‫‪U4U6snRNP‬‬ ‫‪Exon I‬‬ ‫‪GU‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪AG‬‬ ‫‪Exon II‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪5‬‬ ‫بنابراین پروتئین هایی که در شکل ذکر شده با هم میان کنش دارند و به این ترتیب فاصله ها را کم می کنند پروتئین ها ‪،‬‬ ‫‪ RNA‬را طوری خم می کنند که محل های برش و دوخت کنار هم قرار بگیرند‪.‬‬ ‫‪25‬‬ ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪20‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫اهمیت ‪: Splicing‬‬ ‫مشاهده شده که تنوع پروتئین ها خیلی بیشتر از ژن هاست و حتی از نظر تعداد نسبت به ژن ها بیشتر است بنابراین این‬ ‫فرض که از روی هر ژن یک پروتئین ساخته می شود ‪ ،‬اشتباه از آب در آمد و مشخص شد از هر ژن امکان دارد ده ها‬ ‫پروتئین ساخته شود‪.‬فرایندی که باعث این تنوع می شود ‪ ،‬دگر پیرایش (‪ )Alternative Splicing‬نام دارد‪.‬در واقع طی‬ ‫این فرایند در بعضی مواقع برخی از اگزون ها حذف می شوند‪.‬برای نمونه یک ژن داریم که تبدیل به ‪ mRNA‬می شود اما‬ ‫این ‪ mRNA‬در سلول ‪ A‬اگزون های ‪ 12 ، 0 ،5 ، 4 ، 3 ، 1‬را دارد و در سلول ‪ B‬همان ژن اگزون های ‪05 00 ،45 ،0 ،1‬‬ ‫و ‪...‬را دارد و به این ترتیب باعث تنوع می شود‪.‬امروزه یکی از دالیل سرطان را به خاطر این می دانند که پیرایش یا دگر‬ ‫پیرایش درست صورت نمی گیرد و پروتئین های دخیل در این باره عملکردشان درست صورت نگیرد مثال باعث تولید‬ ‫پروتئین ‪ P53‬می شوند که نمی تواند وظایفش را بدرستی انجام دهد‪.‬پایداری ‪ :)mRNA stability ( mRNA‬پایداری‬ ‫‪ mRNA‬در سلول های یوکاریوتی نسبت به پروکاریوتی بیشتر است‪.‬به دو دلیل زیر‪:‬‬ ‫دم پلی ‪ : )Poly A ( A‬در سمت ‪ 3´ mRNA‬حدود ‪ 288‬نوکلئوتید ‪ A‬قرار گرفته است که توسط یکسری‬ ‫‪-1‬‬ ‫پروتئین ها به نام پروتئین های متصل شونده به پلی ‪ ) PBP : Poly A Binding Protein ( A‬گفته می شود در نتیجه‬ ‫‪ mRNA‬از هسته وارد سیتوپالسم شده از دسترس اگزونوکلئازها محفوظ می ماند‪.‬‬ ‫‪27‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫پوشش کالهک (‪ :)Cap‬در سمت ‪ 5´ mRNA‬پوشش محافظی از گوانین متیله شده وجود دارد در نتیجه‬ ‫‪-2‬‬ ‫‪ mRNA‬از هسته وارد سیتوپالسم شده از دسترس اگزونوکلئازها محفوظ می ماند‪.‬‬ ‫این دو در ‪ mRNA‬پروکاریوتی دیده نمی شود‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬یک سری تغییرات شیمیایی دیگر می تواند در ‪ mRNA‬سلول یوکاریوت ( ‪ mRNA‬پروکاریوت که دچار تغییرات‬ ‫شیمیایی نمی شوند) رخ می دهد که به آن ‪ ( mRNA Editing‬تدوین ‪ )mRNA‬گفته می شود‪.‬مثال مشخص آن در‬ ‫مورد آپولیپوپروتئین ها (‪ ( )ApoB‬ملکول های دخیل در متابولیسم کلسترول و چربی ها) که در سلول های کبد ‪mRNA‬‬ ‫آن پروتئینی با ‪ 4535‬اسید آمینه می دهد (‪. )ApoB100‬اما همین ژن در سلول روده کوچک یک پروتئین با ‪ 2152‬اسید‬ ‫آمینه می دهد ( ترجمه می شود) (‪ )ApoB-48‬این بدان علت است که یک کدون کد کننده در ‪ mRNA‬یعنی ‪ CAA‬در‬ ‫اواسط ‪ mRNA‬به کدون ختم (‪ )UAA‬تبدیل شده است‪.‬طی فرایند دآمیناسیون اکسیداتیو (دآمیناسیون ‪ :‬یعنی آمین‬ ‫اکسیداتیو ‪ :‬یعنی اکسیژن اضافه شده است )‪.‬‬ ‫جدا شده است‪.‬‬ ‫‪28‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫نکته‪ :‬در سنتز پروتئین ما همیشه الف)‪ -‬یک کدون شروع داریم که اسید آمینه شروع ( ابتدایی) در تمامی پروتئین‬ ‫ها که کدون شروع یا آغازی گفته می شود و در ابتدای ‪ mRNA‬و یا بعد از پروموتر ( روی ژن) قرار دارد در یوکاریوت ها‬ ‫دربیشتر پروکاریوت ها (متیونین ‪ )ATG‬است‪.‬منتها در پروکاریوت ها متونین بر روی ‪ tRNA‬به جای متیونین فرم تغییر‬ ‫یافته آن یعنی فرمیل متیونین قرار دارد وب)‪ -‬یک کدون ختم یا پایانی داریم که به محض اینکه ریبوزوم به آن برسد سنتز‬ ‫پروتئین اتمام می یابد‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬هر پروتئین سنتز شده دارای دو بخش انتهای آمینی به نام ‪ N- terminal‬و یک بخش انتهایی به نام بخش‬ ‫کربوکسیل یا ‪ C- terminal‬دارد‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬هر کدون از ‪ 3‬نوکلئوتید تشکیل شده است‪.‬برخی اسید آمینه ها مثل متیونین (‪ )AUG‬و تریتوفان (‪)TGG‬‬ ‫تک کدونی و برخی دیگر از اسید آمینه ها ‪ 3 ،2‬و ‪....‬کدونی باشند‪.‬معموال نوکلئوتید های اول و دوم هر کدون ثابت‬ ‫و نوکلئوتید سوم متغییر است‪.‬هر کدون مختص یک اسید آمینه است‪.‬کدون های ختم در سطح ‪TAA, ( DNA‬‬ ‫‪ )TAG, TGA‬و در سطح ‪ )UAA,UAG,UGA( mRNA‬است‪.‬جداول زیر‪:‬‬ ‫‪29‬‬  96 ‫دکتر محسن محمدی پاییز‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ one letter Three letter Amino acid Possible codons code code A Ala Alanine GCA, GCC, GCG, GCT B Asx Asparagine or Aspartic acid AAC, AAT, GAC, GAT C Cys Cysteine TGC, TGT D Asp Aspartic acid GAC, GAT E Glu Glutamic acid GAA, GAG F Phe Phenylalanine TTC, TTT G Gly Glycine GGA, GGC, GGG, GGT H His Histidine CAC, CAT I Ile Isoleucine ATA, ATC, ATT K Lys Lysine AAA, AAG L Leu Leucine CTA, CTC, CTG, CTT, TTA, TTG M Met Methionine ATG N Asn Asparagine AAC, AAT P Pro Proline CCA, CCC, CCG, CCT Q Gln Glutamine CAA, CAG R Arg Arginine AGA, AGG, CGA, CGC, CGG, CGT S Ser Serine AGC, AGT, TCA, TCC, TCG, TCT T Thr Threonine ACA, ACC, ACG, ACT V Val Valine GTA, GTC, GTG, GTT W Trp Tryptophan TGG X X any codon NNN Y Tyr Tyrosine TAC, TAT Z Glx Glutamine or Glutamic acid CAA, CAG, GAA, GAG * * stop codon TAA, TAG, TGA 36 ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪31‬‬  96 ‫دکتر محسن محمدی پاییز‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ Nucleotide position in codon first second third U C A G UUU - Phe UCU - Ser UAU - Tyr UGU - Cys U UUC - Phe UCC - Ser UAC - Tyr UGC - Cys C U UUA - Leu UCA - Ser UAA - * UGA - * A UUG - Leu UCG - Ser UAG - * UGG - Trp G CUU - Leu CCU - Pro CAU - His CGU - Arg U CUC - Leu CCC - Pro CAC - His CGC - Arg C C CUA - Leu CGA - Arg CCA - Pro CAA - Gln A CUG - Leu CCG - Pro CAG - Gln CGG - Arg G AUU - Ile ACU - Thr AAU - Asn AGU - Ser U AUC - Ile ACC - Thr AAC - Asn AGC - Ser C A AGA - Arg AUA - Ile ACA - Thr AAA - Lys A AUG - Met ACG - Thr AAG - Lys AGG - Arg G GUU - Val GCU - Ala GAU - Asp GGU - Gly U GUC - Val GCC - Ala GAC - Asp GGC - Gly C G GUA - Val GCA - Ala GAA - Glu GGA - Gly A GUG - Val GCG - Ala GAG - Glu GGG - Gly G Property Amino acids small Ala, Gly acidic / amide Asp, Glu, Asn, Gln negative Asp, Glu charged positive Lys, Arg polar Ala, Gly, Ser, Thr, Pro hydrophobic Val, Leu, Ile, Met Glu, Gln, His, Ile, Lys, Leu, big Met, Phe, Trp, Tyr size Ala, Asn, Asp, Cys, Gly, Pro, small Ser, Thr, Val aliphatic Ile, Leu, Val aromatic His, Phe, Tyr, Trp ‫خصوصیات اسید آمینه ها‬ 32  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫نکات مهم و تکمیلی ‪:‬‬ ‫‪ -1‬به فرایند سنتز مکول ‪ RNA‬از روی ‪ DNA‬رونویسی گفته می شود‪.‬فرایند رونویسی بیشتر در مورد سنتز‬ ‫‪ mRNA‬کاربرد دارد‪.‬آنزیمی که این عمل را انجام می دهد ‪ RNA‬پلیمراز است‪.‬‬ ‫‪ -2‬انواع ‪ RNA‬ها‪:‬‬ ‫الف) ‪ RNA‬های مشترک در یوکاریوت و پروکاریوت شامل‬ ‫‪ mRNA -1‬که ‪ %4‬کل ‪ RNA‬سلولی را تشکیل می دهد‪.‬نیمه عمر آن کوتاه است‪.‬به کل ‪ mRNA‬یک‬ ‫سلول ترانس کریپتوم آن سلول گفته می شود‪.‬در یوکاریوت ها ‪ mRNA‬از یک پیش ساز بزرگتر به نام‬ ‫‪ hnRNA‬یا ‪ RNA‬ناهمگون ( نامتجانس هسته ای) ساخته می شود که تحت پردازش قرار گرفته ‪،‬‬ ‫اینترون های آن حذف و اگزون ا به هم متصل می شود و یک ‪ mRNA‬بالغ شکل می گیرد‪.‬‬ ‫تبصره ‪ : 1‬اگزون ها و اینترون ها هر دو رونویسی می شوند ولی اینترون ها ترجمه نمی شوند و فقط اگزون ها‬ ‫ترجمه می شوند‪.‬‬ ‫تبصره ‪ RNA : ) heterogeneous nuclear RNA( hnRNA :2‬های نامتجانس هسته ای ‪ :‬هسته سلول‬ ‫دارای طیف وسی از ‪ RNA‬می باشد که شامل ‪ RNA‬های رونویسی شده ( نسخه برداری شده) اولیه ‪ ،‬پردازش نشده ‪ ،‬نیمه‬ ‫پردازش شده و کامل پردازش شده است که ‪ hnRNA‬گفته می شود‪.‬‬ ‫‪ -2‬دیگر ‪ RNA‬های مشترک (‪ rRNA‬و ‪)tRNA‬‬ ‫ب)‪ RNA -‬های مخصوص یوکاریوت ها ‪:‬‬ ‫‪ RNA( SnRNA -1‬کوچک هسته ای)‪ :‬حدود ‪ 188-388‬نوکلئوتید دارند و در پردازش ‪ hnRNA‬به ‪mRNA‬‬ ‫( حذف اینترون ها و اتصال اگزون ها) شرکت می کنند چون در ساختارشان باز یوراسیل (‪ )u‬زیاد دیده می شوند به آن ها ‪u‬‬ ‫گفته می شود که انواع مختلف ‪ u1, u2, u3, u4, u5, u6‬دارند‪.‬‬ ‫‪ RNA( SnoRNA-2‬کوچک هستکی)‪ :‬در پردازش ‪ rRNA‬شرکت می کنند‪.‬‬ ‫‪33‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫مشخصات رونویسی‪:‬‬ ‫‪ -1‬جهت سنتز ‪ RNA‬از سمت ´‪ 5‬به ´‪ 3‬است‪.‬‬ ‫‪ -2‬رونویسی نیازمند الگوی ‪ ( DNA‬در یوکاریوت ها و پروکاریوت ها و ویروس های ‪ DNA‬دار) یا ‪ ( RNA‬در‬ ‫مورد ویروس های ‪ RNA‬دار) دارند‪.‬‬ ‫‪ -3‬آنزیم سنتز کننده ‪ RNA‬به نام ‪ RNA‬پلیمراز نام دارد که به یون منیزیم نیاز دارد و در مقابل باز آدنین (‪)A‬‬ ‫باز یوراسیل (‪ )U‬قرار می دهد‪.‬‬ ‫‪ -4‬این آنزیم برای عملکرد بر خالف ‪ DNA‬پلیمراز ها ‪ ،‬نیاز به پرایمر ندارند‪.‬‬ ‫‪ -5‬این آنزیم بر خالف ‪ DNA‬پلیمراز ها ‪ ،‬خاصیت ‪( proofreading‬غلط گیری) توسط اگزونوکلئازی ندارد‪.‬‬ ‫‪ -0‬خطای آنزیم یک در ‪ 18888‬تا ‪ 188888‬است‪.‬این خطا خطرناک نیست بر خالف همانند سازی زیرا به نسل‬ ‫بعد منتقل نمی شود و همچنین اینکه از روی ‪ RNA‬رونوشت های متعددی تولید می شود‪.‬‬ ‫‪ -0‬رونویسی بر خالف همانند سازی فقط از روی بخش کوچکی از ماده ژنتیکی انجام می شود‪.‬‬ ‫‪ -0‬رونویسی همیشه از یکی از رشته های ‪ DNA‬انجام می شود‪.‬رشته ای از ‪ DNA‬که ‪ RNA‬در مقابل آن با‬ ‫استفاده از تشکیل جفت باز با نوکلئوتیدهای آن ستنز می شود رشته الگو (‪ )Template‬یا غیرکد کننده‬ ‫(‪ )noncoding‬یا آنتی سنس (‪ )Antisense‬گفته می شود‪.‬رشته دیگر که از روی آن رونویسی نمی شود و‬ ‫از نظر توالی شبیه شبیه ‪ RNA‬رونویسی شده ( فقط به جای ‪ U‬دارای ‪ T‬است) می باشد رشته غیر الگو‬ ‫(‪ )Non Template‬یا رشته کد کننده (‪ )coding‬یا رشته سنس (‪ )sense‬گفته می شود‪.‬‬ ‫‪ -0‬معموالً نسخه برداری از یکی از رشته های ‪ DNA‬صورت می گیرد اما استثناً در مورد برخی ویروس ها مثل‬ ‫آدنوویروس ها مشاهده شده نسخه برداری از هر دو رشته و در جهات مختلف صورت می گیرد‪.‬‬ ‫جایگاه شروع رونویسی ‪:‬‬ ‫جایگاه شروع رونویسی در ژن ها توالی به نام پروموتر است که در اکثر ژن ها دارای یک توالی مشترک است که‬ ‫محل اتصال آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز ها به کمک یکسری فاکتور ها است‪.‬معموالً اولین نوکلئوتید سر ‪ 5´ mRNA‬یک باز پورین‬ ‫دار (‪ A‬و ‪ ) G‬است‪.‬پروموتر بیشتر در نواحی فرادست ژن قرار دارد اگر چه در موارد تادر ممکن است در فرودست ژن باشد‪.‬به‬ ‫‪34‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫مجموعه پروموتر‪ ،‬اپراتور و ژن های ساختاری ‪ ،‬اپرون گفته می شود ( پلی سیسترونیک) که بیشتر در مورد پروکاریوت ها‬ ‫مطرح است‪.‬‬ ‫رونویسی در پروکاریوت ها ‪ :‬فقط یک نوع ‪ RNA‬پلیمراز دارند که ستنز هر سه نوع ‪ RNA‬را بر عهده دارند‪.‬‬ ‫فاکتور سیگما که در شناسایی پروموتر است جزیی از ساختار آنزیم است‪.‬به مجموعه ‪ α2ββ´σ‬هولوآنزیم ‪ RNA‬پلیمراز‬ ‫گفته می شود‪.‬بعد از شروع رونویسی فاکتور سیگما (‪ )σ‬رها شده و پروتئینی به نام ‪ NUSA‬به آنزیم متصل می شود‪.‬ولی‬ ‫بعد از خاتمه رونویسی از آن جدا و مجدد زیر واحد سیگما به هسته آنزیمی وصل می شود تا رونویسی دوباره صورت گیرد‪.‬‬ ‫آنزیم ‪ RNA‬پلیمراز همواره یک محدوده ‪ 14‬جفت بازی را به صورت ذوب شده از ‪ DNA‬نگه می دارد ( حباب‬ ‫رونویسی) و شروع به رونویسی می کند‪.‬‬ ‫خاتمه رونویسی در پروکاریوت ها‬ ‫وقتی ‪ RNA‬پلیمراز به توالی به نام ترمیناتور رسید رونویسی متوقف می شود‪.‬دو نوع ترمیناتور وجود دارد‪:‬‬ ‫ترمیناتور مستقل از عامل رو (‪ )ρ ( )Rho‬و ترمیناتور وابسته به عامل ‪Rho‬‬ ‫‪ -1‬ترمیناتور مستقل از عامل رو (‪ :)Rho‬زمانیکه ‪ RNA‬از روی این ترمیناتور رونویسی می شود رونوشت‬ ‫‪ RNA‬طوری است که ساختار سنجاق سر تشکیل می دهد ( توالی غنی از سیتوزین و گوانین) که انرژی پیوند‬ ‫باالیی دارد در نتیجه حرکت آنزیم کم و متوقف می شود در نتیجه چون قبل از این توالی توالی پلی ‪ A‬وجود‬ ‫دارد و پیوند آدنین (روی ‪ )DNA‬و یوراسیل ( روی ‪ )mRNA‬ضعیف است و ‪ RNA‬از ‪ DNA‬از هم جدا‬ ‫می شوند‪.‬مشاهده شده جهش در ناحیه ترمیناتورها باعث عدم خاتمه رونویسی می شود‪.‬‬ ‫‪ -2‬ترمیناتور وابسته از عامل رو (‪ :)Rho‬این ترمیناتور که قطعه پلی ‪ A‬را در انتهای ´‪ DNA 5‬وجود ندارند‬ ‫و پروتئین ‪ Rho‬پس از ختم رونویسی با خاصیت هلیکازی ‪ DNA-RNA‬با استفاده از انرژی (‪ )ATP‬باعث‬ ‫جدایی ‪ RNA‬از ‪ DNA‬می شود‪.‬‬ ‫رونویسی در یوکاریوت ها‪:‬‬ ‫یوکاریوت ها بر خالف پروکاریوت ها چندین ‪ RNA‬پلیمراز دارند که قبال توضیح داده شد‪.‬‬ ‫‪35‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫نکته‪ :‬پلی ‪ A‬درسمت ´‪ 3‬باعث می شود ‪ mRNA‬توسط آنزیم های تجزیه کننده در سیتوپالسم (سیوزول)‬ ‫محافظت شود‪.‬بنابراین ‪ mRNA‬هایی که فاقد این توالی هستند ( مثل ‪ mRNA‬های هیستونی) فقط برای چند دقیقه‬ ‫داخل سیوزول پایدار باقی می مانند‪.‬‬ ‫رونویسی از ژن های میتوکندری و کلروپالست‪:‬‬ ‫در اینجا شبیه پروکاریوت ها یک نوع ‪ RNA‬پلیمراز وجود دارد که توسط ژن های هسته ای کد می شود‪.‬زیر واحد‬ ‫کوچکی شبیه سیگما دارد اما ‪ RNA‬پلیمراز کلروپالست ‪ ،‬توسط ‪ DNA‬خود کلروپالست ‪ ،‬کد (سنتز) می شود‪.‬‬ ‫ساخت ‪ DNA‬از روی ‪: RNA‬‬ ‫ماده ژنتیکی برخی ویروس ها از جمله رتروویروس ها ( عامل بیماری ‪ AIDS‬یعنی ویروس ‪ ، )HIV‬که از ‪RNA‬‬ ‫می باشد‪.‬پس از ورود ویروس به داخل سلول (لنفوسیت ‪ )T4‬توسط آنزیم ترانس کریپتاز معکوس (‪ )RT‬از روی ‪RNA‬‬ ‫ویروس ‪ DNA ،‬ساخته و در نتیجه ‪ DNA‬ویروس وارد هسته سلول شده و با ‪ DNA‬میزبان تلفیق می شود (وارد آن می‬ ‫شود)‪.‬‬ ‫فرایند ترجمه پروتئین‪:‬‬ ‫به فرایند سنتز پروتئین از روی توالی ‪ mRNA‬ترجمه یا ترانس السیون (‪ )Translation‬گفته می شود‪.‬در فرایند‬ ‫ترجمه زبان ‪ 4‬حرفی ‪ mRNA‬به زبان ‪ 21‬اسید آمینه ای پروتئین ترجمه می شود‪.‬نقش مترجم را اینجا ‪ tRNA‬به کمک‬ ‫ریبوزوم ایفا می کند‪.‬پس از اینکه ‪ mRNA‬در سلول های یوکاریوت وارد سیتوپالسم شد ( در پروکاریوت فرایند رونویسی از‬ ‫‪ mRNA‬و ترجمه همزمان است زیرا آن ها نه هسته دارند و نه اینترون و نه فرایند اسپالیسینگ روی آن ها صورت می‬ ‫گیرد) توسط ریبوزوم و ‪ tRNA‬فرایند ترجمه ص ورت می گیرد‪.‬کدون آغازی در بین تمام کدون ها ‪ ،‬متیونین (‪ )AUG‬است‬ ‫کدون های پایانی ‪ UAG , UAA, UAG ،‬است‪.‬البته کدون ‪ UGA‬در میتوکندری ‪ ،‬کدون پایانی نیست بلکه کدون‬ ‫تریپتوفان است بنابراین در میتوکندری کدون های ‪ AGG‬و ‪ AGA‬کدون های خاتمه هستند‪.‬‬ ‫نکته‪ :‬در برخی ‪ mRNA‬باکتری ها ‪ ،‬کدون آغازین نیز می تواند ‪ GUG‬هم باشد‪.‬‬ ‫‪30‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫سه اسید آمینه سرین ‪ ،‬آرژنین و لوسین هر کدام ‪ 0‬کدون دارند‪.‬ایزولوسین ‪ 3‬کدون و متیونین و تریپتوفان ‪ ،‬تک‬ ‫کدونی هستند‪.‬‬ ‫کدون روی ‪ mRNA‬است ( رشته در جهت ´‪ 5‬به ´‪ ) 3‬و آنتی کدون روی ‪ ( tRNA‬رشته در جهت ´‪ 3‬به ´‪5‬‬ ‫است) مثال اگر روی ‪ mRNA‬درجهت ´‪ 5‬به ´‪ )GCC ( 3‬باشد ‪ tRNA‬آن در جهت ´‪ 3‬به ´‪ CGG 5‬است‪.‬انتهای ´‪3‬‬ ‫کدون و ´‪ 5‬آنتی کدون پیوند هیدروژنی معمول و غیر معمول می توانند ایجاد کنند‪.‬موقعیت باز سوم در کدون ‪ ،‬لرزان است تا‬ ‫دو باز اول بنابراین به باز سوم باز لرزان (‪ )wobble‬گفته می شود‪.‬‬ ‫ساختار ‪: tRNA‬‬ ‫ملکول ‪ tRNA‬دارای ضریب رسوب ‪ 4 S‬است‪.‬پس از پردازش دارای ‪ 04-00‬نوکلئوتید است و دارای سه ساختمان‬ ‫اول ‪ ،‬دوم و سوم است‪.‬‬ ‫ساختمان اول ‪ tRNA :‬اولیه پس از رونویسی دارای ‪ 088‬نوکلئوتید است که طی پردازش به ‪ 04-00‬نوکلئوتید‬ ‫کاهش می یابد‪.‬از ویژگی های مشترک در بین ‪ tRNA‬ها ‪:‬‬ ‫‪ -1‬وجود ‪ 3‬نوکلئوتید ´‪ 5´- CCA- 3‬در انتهای ´‪ 3‬آن است‪.‬این توالی انتهایی در پروکاریوت ها در نتیجه‬ ‫روتویسی از روی ژن ‪ tRNA‬تشکیل می شود‪.‬اما در یوکاریوت ها این توالی توسط آنزیم نوکلئوتیدیل‬ ‫ترانسفراز به انتهای ´‪ 3‬ملکول ‪ tRNA‬اضافه می شود‪.‬‬ ‫‪ -2‬وجود بازهای غیرمعمول در آن است‪.‬‬ ‫‪ -3‬وجود گوانین (‪ )G‬در انتهای ´‪ 5‬است‪.‬‬ ‫‪37‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫ساختمان دوم‪ :‬شبیه برگ شبدر (‪ )cloverleaf‬است که از قسمت های زیر تشکیل شده است‬ ‫‪ -1‬بازوی پذیرنده (‪ )Acceptor arm‬یا بازوی آمینواسیل یا توالی ‪ CCA‬انتهایی در بخش ´ ‪ : 3‬در این محل‬ ‫اسید آمینه اختصاصی (‪ )AA‬به این محل چسبیده به صورت اتصال گروه هیدروکسیل ( ‪ 2´ )OH‬یا ´‪ 3‬ریبوز‬ ‫‪ A‬انتهایی به گروه کربوکسیل (‪ )COOH‬اسید آمینه‬ ‫‪ -2‬بازوی ‪ )T arm ( T‬یا بازوی سودویوریدین که بر روی خود حلقه ‪ T‬دارد و دارای توالی ‪ TψCG‬است‪.‬این‬ ‫ناحیه در هنگام پروتئن سازی به جزء ‪ Rrna 5 S‬ریبوزومی متصل می شود‪.‬‬ ‫‪ -3‬بازوی آنتی کدون ( ضد رمز)‪ :‬دارای سه نوکلئوتید برای کدون ( روی ‪ )mRNA‬است‪.‬‬ ‫‪ -4‬بازوی ‪ D‬یا ‪ DHU‬دی هیدرو یوریدین‪ :‬این بازو آمینواسیل ‪ tRNA‬سنتتاز را شناسایی می کند‪.‬‬ ‫‪38‬‬ ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫‪39‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫ساختمان سوم ‪ :‬طرح ‪ L‬است که شکل یا فرم فعال ‪ tRNA‬است (شکل زیر)‪.‬‬ ‫ی ک توالی در یک قسمت زنجیره پلی نوکلئوتیدی می تواند با توالی دیگری که مکمل خود است و در ناحیه دیگری از همان‬ ‫مولکول پیوند قوی تشکیل دهد ‪.‬ساختمان برگ شبدری متحمل تاخوردگی بیشتری می شود تا این که ساختمان ‪L‬شکل‬ ‫متراکمی را بسازد به این ترتیب که توسط پیوندهای هیدروژنی اضافی بین نواحی مختلف مولکول نواحی متفاوت کنار یکدیگر‬ ‫نگه داشته می شوند ‪.‬دو ناحیه نوکلئوتیدی جفت نشده‪ ،‬واقع در هریک از دو انتهای مولکول ‪L‬شکل‪ ،‬برای عملکرد ‪tRNA‬‬ ‫در ساختن پروتئین مهم هستند‪.‬یکی از آن ها ناحیه آنتی کدون است‪ ،‬که یک مجموعه ی سه نوکلئوتیدی متوالی است که‬ ‫با کدون مکمل در یک مولکول ‪mRNA‬جفت می شود‪.‬ناحیه دیگر یک منطقه ی تک رشته ای کوتاه در انتهای ´‪ 3‬مولکول‬ ‫‪ tRNA‬است که محل قرارگیری و اتصال اسید آمینه ی متناظر با کدون می باشد‪.‬چند کدون متفاوت می توانند ویژه ی یک‬ ‫اسید آمینه مشخص باشند‪.‬یا بیش از یک ‪ tRNA‬برای هر اسید آمینه وجود دارد یا این که بعضی از مولکول های ‪tRNA‬‬ ‫می توانند با بیش از یک کدون‪ ،‬جفت باز تشکیل دهند ‪.‬در عمل هر دو حالت رخ می دهد‪.‬بعضی از اسیدآمینه ها دارای بیش‬ ‫از یک ‪tRNA‬هستند و بعضی از ‪ tRNA‬ها طوری ساخته می شوند که فقط به جفت شدن دقیق بازها در دو موقعیت سوم‬ ‫کدون تحمل کنند‪.‬این تغییر روش در جفت شدن ب ازها نشان می دهد که چرا برخی از کدون های متفاوت برای یک اسید‬ ‫آمینه فقط در سومین نوکلئوتید شان متفاوت هستند‪.‬تغییر روش در جفت شدن بازها این امکان را ایجاد می کند که ‪28‬‬ ‫‪46‬‬  ‫دکتر محسن محمدی پاییز ‪96‬‬ ‫بیولوژی ملکولی و ژنتیک‬ ‫اسید آمینه با ‪ 01‬کدون‪،‬با حداقل ‪ 31‬نوع مولکول ‪ tRNA‬تطبیق پیدا کنند‪.‬هر چند که تعداد انواع مخت?