معلومة

2.1: نظرة عامة على النسخ - علم الأحياء

2.1: نظرة عامة على النسخ - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • حدد الخطوات الرئيسية للنسخ ووظيفة المروج ووظيفة بوليميراز الحمض النووي الريبي.
  • يميز بين سلاسل الحمض النووي المشفرة (مثل RNA) وغير المشفرة (النموذجية). افهم أنه داخل قطعة واحدة من الحمض النووي ، يمكن استخدام أي من الخيطين كقالب للجينات المختلفة ، لكن الحمض النووي الريبي سيظل ينتج من 5 "→ 3".
  • كن قادرًا على رسم مخطط خطي بسيط يوضح جزء من الحمض النووي من الجين ونسخة الحمض النووي الريبي الخاص به ، مما يشير إلى خيط الحمض النووي الذي يمثل القالب ، واتجاه النسخ وأقطاب جميع سلاسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي.
  • أعط أمثلة على جزيئات RNA غير المشفرة.

ما هو النسخ؟

ضع في اعتبارك أن جميع الخلايا في كائن متعدد الخلايا نشأت عن طريق الانقسام من بويضة واحدة مخصبة ، وبالتالي ، فجميعها لها نفس الحمض النووي. ينتج عن تقسيم تلك البويضة المخصبة الأصلية ، في حالة البشر ، أكثر من تريليون خلية ، بحلول الوقت الذي يتم فيه إنتاج طفل من تلك البويضة (هذا الكثير من تكرار الحمض النووي!). ومع ذلك ، فإننا نعلم أيضًا أن الطفل ليس كرة عملاقة من تريليون خلية متطابقة ، ولكن لديه العديد من الأنواع المختلفة من الخلايا التي تشكل الأنسجة مثل الجلد والعضلات والعظام والأعصاب. كيف كانت الخلايا التي تحتوي على الحمض النووي المتطابق مختلفة تمامًا؟

تكمن الإجابة في التعبير الجيني ، وهي العملية التي يتم من خلالها استخدام المعلومات الموجودة في الحمض النووي. على الرغم من أن جميع الخلايا في الطفل لها نفس الحمض النووي ، فإن كل نوع خلية مختلف يستخدم مجموعة فرعية مختلفة من الجينات في ذلك الحمض النووي لتوجيه توليف مجموعة مميزة من الحمض النووي الريبي والبروتينات. الخطوة الأولى في التعبير الجيني هي النسخ ، وهي عملية نسخ المعلومات من تسلسل الحمض النووي إلى تسلسل الحمض النووي الريبي. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم تخليق الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. عندما يتم نسخ تسلسل من الحمض النووي ، يتم نسخ واحد فقط من خيطي الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، عندما يقوم هذا الحمض النووي بتشفير البروتين يُعرف باسم الرنا المرسال (mRNA).

ميزات مهمة للنسخ

  • يتم إنتاج كل RNA و mRNA وكذلك tRNA و rRNA و microRNA والمزيد عن طريق النسخ.
  • يتم استخدام خيط واحد فقط من الحمض النووي كقالب بواسطة إنزيمات تسمى بوليميراز RNA
  • يتم تصنيع الحمض النووي الريبي من 5 'إلى 3'.
  • لا تحتاج بوليميرات الحمض النووي الريبي إلى مواد أولية لبدء النسخ.
  • ثلاثي الفوسفات رباعي النوكليوتيدات (rNTPs) هي ATP و GTP و UTP و CTP.
  • تبدأ بوليمرات الحمض النووي الريبي النسخ في تسلسلات الحمض النووي التي تسمى المحفزات.
  • تنهي بوليميرات الحمض النووي الريبي النسخ عند تسلسلات تسمى النهايات.

في عملية النسخ ، يستخدم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) خيطًا واحدًا فقط من الحمض النووي ، يُطلق عليه اسم حبلا القالب ، من الجين لتحفيز تخليق خيط RNA تكميلي مضاد للتوازي. تستخدم بوليميرات الحمض النووي الريبي سلائف نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات (NTP) ، على عكس بوليميرات الحمض النووي ، التي تستخدم سلائف نيوكليوتيدات الديوكسيريبوز (dNTP) (مقارنة في الصفحة 1.1: بنية الحمض النووي). بالإضافة إلى ذلك ، تدمج الحمض النووي الريبي نيوكليوتيدات اليوراسيل (U) في خيوط الحمض النووي الريبي بدلاً من نيوكليوتيدات الثايمين (T) المستخدمة في الحمض النووي. تختلف بوليميرات الحمض النووي الريبي عن بوليميرات الحمض النووي في أنها لا تتطلب مواد أولية. بمساعدة عوامل بدء النسخ ، يحدد RNA polymerase موقع بدء النسخ للجين ويبدأ في تخليق خيط RNA جديد من نقطة الصفر من خلال الانضمام إلى اثنين من الريبونوكليوتيدات المكملتين للقاعدتين الأوليين لقالب القالب.

نظرة عامة على مراحل النسخ

الخطوات الأساسية للنسخ هي البدء والاستطالة والإنهاء. هنا يمكننا تحديد العديد من تسلسلات الحمض النووي التي تميز الجين. المروج هو موقع الربط لبوليميراز الحمض النووي الريبي. عادة ما تقع على بعد 5 بوصات أو أعلى موقع بدء النسخ. يؤدي ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى وضع الإنزيم بالقرب من موقع بدء النسخ ، حيث سيبدأ في فك اللولب المزدوج ويبدأ في تصنيع الحمض النووي الريبي الجديد. منطقة الحمض النووي الرمادية المنسوخة في كل لوحة من اللوحات الثلاثة هي وحدة النسخ من الجين. مواقع الإنهاء عادة ما تكون 3 'إلى ، أو المصب من المنطقة المنسوخة من الجين. بالإقناع، المنبع يشير إلى DNA 5 "إلى نقطة مرجعية معينة على الحمض النووي (على سبيل المثال ، موقع بدء النسخ للجين). المصب ثم يشير إلى DNA 3 'إلى نقطة مرجعية معينة على الحمض النووي.

بوليميراز الحمض النووي الريبي

إن بناء خيط RNA يشبه إلى حد بعيد بناء خيط DNA. هذا ليس مفاجئًا ، مع العلم أن DNA و RNA جزيئات متشابهة جدًا. ما هو الانزيم الذي يقوم بعملية النسخ؟ يتم تحفيز النسخ بواسطة إنزيم RNA Polymerase. "بوليميراز RNA" هو مصطلح عام للإنزيم الذي يصنع الحمض النووي الريبي. هناك العديد من بوليمرات الحمض النووي الريبي المختلفة.

مثل بوليميرات الحمض النووي ، تصنع بوليمرات الحمض النووي الريبي خيوطًا جديدة فقط في اتجاه 5 إلى 3 ، ولكن نظرًا لأنها تصنع الحمض النووي الريبي ، فإنها تستخدم ريبونوكليوتيدات (أي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي) بدلاً من ديوكسي ريبونوكليوتيدات. يتم ربط الريبونوكليوتيدات بنفس الطريقة تمامًا مثل deoxyribonucleotides ، وهذا يعني أن 3'OH من النيوكليوتيدات الأخيرة في سلسلة النمو مرتبطة بالفوسفات 5 على النيوكليوتيدات الواردة.

أحد الاختلافات المهمة بين بوليميرات الحمض النووي وبوليميرات الحمض النووي الريبي هو أن الأخير لا يتطلب مادة أولية لبدء صنع الحمض النووي الريبي. بمجرد أن تصبح بوليميرات الحمض النووي الريبي في المكان المناسب لبدء نسخ الحمض النووي ، فإنها تبدأ فقط في صنع الحمض النووي الريبي عن طريق ربط نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي معًا لقالب الحمض النووي.

هذا ، بالطبع ، يقودنا إلى سؤال واضح - كيف "تعرف" بوليمرات الرنا من أين تبدأ النسخ على الحمض النووي. على عكس الوضع في التكرار ، حيث يجب في النهاية نسخ كل نوكليوتيد من الحمض النووي الأبوي ، النسخ ، كما أشرنا بالفعل ، ينسخ الجينات المختارة فقط إلى الحمض النووي الريبي في أي وقت. نسخة؟ تشير الإشارات الموجودة في الحمض النووي إلى بوليميراز الحمض النووي الريبي حيث يجب أن يبدأ (وينهي) النسخ. هذه الإشارات عبارة عن تسلسلات خاصة في الحمض النووي يتم التعرف عليها بواسطة بوليميراز RNA أو بواسطة البروتينات التي تساعد RNA polymerase على تحديد المكان الذي يجب أن يرتبط فيه الحمض النووي لبدء النسخ. يسمى تسلسل الحمض النووي الذي يرتبط عنده بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ بالمحفز.

يوجد المحفز بشكل عام في مقدمة الجين الذي يتحكم فيه. ما يعنيه هذا هو أنه على خيط DNA الذي يعمل فيه الجين ، يكون تسلسل المحفز "قبل" الجين. تذكر أنه وفقًا للاتفاقية ، تتم قراءة تسلسل الحمض النووي من 5 إلى 3. لذا فإن المروج يقع على بعد 5 بوصات من نقطة بداية النسخ.

لاحظ أيضًا أنه يُقال أن المحفز "يتحكم" في الجين المرتبط به. وذلك لأن التعبير عن الجين يعتمد على ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي بتسلسل المروج لبدء النسخ. إذا كان بوليميراز RNA والبروتينات المساعدة له لا تربط المحفز ، فلا يمكن نسخ الجين وبالتالي لن يتم التعبير عنه.

ما هو المميز في تسلسل المروج؟ في محاولة للإجابة على هذا السؤال ، نظر العلماء في العديد من الجينات والتسلسلات المحيطة بها. من المنطقي أنه نظرًا لأن نفس بوليميراز الحمض النووي الريبي يجب أن يرتبط بالعديد من المحفزات المختلفة ، يجب أن يكون للمروجين بعض أوجه التشابه في تسلسلها. من المؤكد أن أنماط التسلسل الشائعة كانت موجودة في العديد من المروجين. سنلقي نظرة أولاً على المروجين بدائية النواة. عندما تم فحص الجينات بدائية النواة ، ظهرت الميزات التالية بشكل شائع:

  • موقع بدء النسخ (هذه القاعدة في الحمض النووي التي يتم من خلالها إقران أول نيوكليوتيد RNA).
  • تسلسل A -10: هذه منطقة 6 نقاط أساس تتمحور حول 10 نقاط أساس قبل المنبع من موقع البدء. تسلسل الإجماع في هذا الموقف هو TATAAT. بمعنى آخر ، إذا عدت من موقع بدء النسخ ، والذي يُطلق عليه ، حسب الاصطلاح ، +1 ، فإن التسلسل الموجود عند -10 في غالبية المروجين المدروسين هو TATAAT).
  • تسلسل A -35: هذا هو تسلسل عند حوالي 35 زوجًا أساسيًا من بداية النسخ. تسلسل الإجماع في هذا الموقف هو TTGACA.

ما هي أهمية هذه المتتاليات؟ اتضح أن التسلسلات عند -10 و -35 يتم التعرف عليها وربطها بوحدة فرعية من بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائية النواة قبل أن يبدأ النسخ.

بوليميراز RNA للإشريكية القولونية ، على سبيل المثال ، لديها وحدة فرعية تسمى الوحدة الفرعية سيجما (σ) (أو عامل سيجما) بالإضافة إلى البوليميراز الأساسي ، وهو جزء من الإنزيم الذي يصنع الحمض النووي الريبي بالفعل. معًا ، تشكل الوحدة الفرعية سيجما والبوليميراز الأساسي ما يسمى إنزيم بوليميريز الحمض النووي الريبي. يمكن للوحدة الفرعية سيجما للبوليميراز التعرف على التسلسل -10 و -35 في المروج والربط بهما ، وبالتالي وضع بوليميريز الحمض النووي الريبي في المكان المناسب لبدء النسخ. بمجرد أن يبدأ النسخ ، ينفصل البوليميراز الأساسي والوحدة الفرعية سيجما ، مع استمرار تخليق الحمض النووي الريبي لبوليميراز النواة وتجول الوحدة الفرعية سيجما لمرافقة جزيء بوليميراز أساسي آخر إلى المروج. يمكن اعتبار الوحدة الفرعية sigma كنوع من البادئ الذي يقود البوليميراز إلى "مقعده" على المحفز.

كما ذكرنا سابقًا ، يتم بناء سلسلة RNA ، المكملة لقالب الحمض النووي ، بواسطة بوليميراز RNA من خلال ضم 5 'فوسفات من ريبونوكليوتيد وارد إلى 3'OH على النيوكليوتيد الأخير من حبلا RNA المتنامي. كيف يعرف البوليميراز أين يتوقف؟ سلسلة من النيوكليوتيدات تسمى المنهي هي إشارة إلى بوليميراز الحمض النووي الريبي لإيقاف النسخ والانفصال عن القالب.

على الرغم من أن عملية تخليق الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى هي نفسها في بدائيات النوى ، إلا أن هناك بعض المشكلات الإضافية التي يجب وضعها في الاعتبار في حقيقيات النوى. أحدهما هو أنه في حقيقيات النوى ، يوجد قالب الحمض النووي كروماتين ، حيث يرتبط الحمض النووي ارتباطًا وثيقًا بالهيستونات والبروتينات الأخرى. لذلك يجب فتح "عبوة" الحمض النووي للسماح بوصول RNA polymerase إلى القالب في المنطقة المراد نسخها.

الاختلاف الثاني هو أن حقيقيات النوى لها عدة بوليميرات RNA ، وليس واحدًا كما هو الحال في الخلايا البكتيرية. تقوم البوليميرات المختلفة بنسخ جينات مختلفة. على سبيل المثال ، يقوم RNA polymerase I بنسخ جينات RNA الريبوسوم ، بينما يقوم RNA polymerase III بنسخ جينات tRNA. إن بوليميريز RNA الذي سنركز عليه هو RNA polymerase II ، الذي ينسخ جينات ترميز البروتين لصنع mRNAs.

تحتاج كل بوليميرات RNA الثلاثة حقيقية النواة إلى بروتينات إضافية لمساعدتها على بدء النسخ. في بدائيات النوى ، يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي بمفرده بدء النسخ (تذكر أن الوحدة الفرعية سيجما هي وحدة فرعية من بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائية النواة). يشار إلى البروتينات الإضافية التي تحتاجها بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة باسم عوامل النسخ.

أخيرًا ، في الخلايا حقيقية النواة ، يتم فصل النسخ في المكان والزمان عن الترجمة. يحدث النسخ في النواة ، وتتم معالجة الرنا المرسال بشكل أكبر قبل إرسالها إلى السيتوبلازم. يحدث تخليق البروتين (الترجمة) في السيتوبلازم. في الخلايا بدائية النواة ، يمكن ترجمة mRNAs لأنها تخرج من قالب الحمض النووي ، ولعدم وجود نواة ، يحدث النسخ وتخليق البروتين في حجرة خلوية واحدة.

مثل الجينات في بدائيات النوى ، فإن الجينات حقيقية النواة لها أيضًا محفزات. تحتوي محفزات حقيقيات النوى عادةً على صندوق TATA ، وهو عبارة عن تسلسل حوالي 25 زوجًا أساسيًا في بداية بداية النسخ يتم التعرف عليه وربطه بالبروتينات التي تساعد RNA polymerase على وضع نفسه بشكل صحيح لبدء النسخ. (تفتقر بعض محفزات حقيقيات النوى إلى صناديق تاتا ، وبدلاً من ذلك ، لديها تسلسلات تمييز أخرى لمساعدة بوليميراز الحمض النووي الريبي في العثور على البقعة على الحمض النووي حيث تلتصق بالحمض النووي وتبدأ النسخ).

لاحظنا سابقًا أن بوليمرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة تحتاج إلى بروتينات إضافية لربط المحفزات وبدء النسخ. ما هي هذه البروتينات الإضافية اللازمة لبدء النسخ؟ عوامل النسخ العامة عبارة عن بروتينات تساعد بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة في العثور على مواقع بدء النسخ وبدء تخليق الحمض النووي الريبي. سنركز على عوامل النسخ التي تساعد RNA polymerase II. تتم تسمية عوامل النسخ هذه باسم TFIIA و TFIIB وما إلى ذلك (TF = عامل النسخ ، II = RNA polymerase II ، وتميز الأحرف عوامل النسخ الفردية).

يتطلب النسخ في حقيقيات النوى عوامل النسخ العامة و RNA polymerase لتشكيل معقد في صندوق TATA يسمى مجمع النسخ الأساسي أو مجمع بدء النسخ. هذا هو الحد الأدنى المطلوب لنسخ أي جين. الخطوة الأولى في تكوين هذا المركب هي ربط صندوق TATA بواسطة عامل نسخ يسمى TATA Binding Protein أو TBP. يؤدي ربط TBP إلى انحناء الحمض النووي في هذه البقعة واتخاذ بنية مناسبة لربط عوامل النسخ الإضافية وبوليميراز الحمض النووي الريبي. كما هو مبين في الشكل على اليسار ، فإن عددًا من عوامل النسخ العامة المختلفة ، جنبًا إلى جنب مع بوليميريز RNA (Pol II) تشكل معقدًا في صندوق TATA.

الخطوة الأخيرة في تجميع معقد النسخ الأساسي هي ربط عامل النسخ العام المسمى TFIIH. TFIIH هو بروتين متعدد الوظائف له نشاط هيليكس (أي أنه قادر على فتح حلزون مزدوج للحمض النووي) بالإضافة إلى نشاط كيناز. يضيف نشاط كيناز TFIIH فوسفاتًا إلى المجال الطرفي C (CTD) لبوليميراز الحمض النووي الريبي. يبدو أن هذه الفسفرة هي الإشارة التي تطلق بوليميراز الحمض النووي الريبي من مجمع النسخ القاعدي وتسمح لها بالتحرك للأمام وبدء النسخ.

يمكن أن يكون أي من خيطي الحمض النووي نموذجًا

المحفز هو تسلسل الحمض النووي الذي يشفر المعلومات حول مكان بدء النسخ لكل جين. اعتمادًا على المروج ، يمكن استخدام أي من خيوط الحمض النووي كحبل قالب.

شاهد هذا الفيديو لترى كيف يمكن استخدام أي من خيطي الحمض النووي كقالب لجينات مختلفة على نفس الكروموسوم.

قالب مقابل ملخص خيوط غير قالب

  • ال ستراند قالب هو الذي يستخدمه بوليميراز الحمض النووي الريبي كأساس لبناء الحمض النووي الريبي. هذا الخيط يسمى أيضًا حبلا غير مشفر أو ال مضاد المعنى ساحل.
  • ال حبلا غير قالب له نفس تسلسل الحمض النووي الريبي (باستثناء استبدال U لـ T). هذا الخيط يسمى أيضًا حبلا الترميز أو حبلا الشعور.

الأنواع الرئيسية من الحمض النووي الريبي الخلوي

تصنع الخلايا عدة أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA):

  • mRNAs التي ترمز للبروتينات
  • rRNAS التي تشكل جزءًا من الريبوسومات
  • tRNAs التي تعمل كمحولات بين mRNA والأحماض الأمينية أثناء الترجمة
  • MicroRNAs التي تنظم التعبير الجيني
  • الرناوات الصغيرة الأخرى التي لها مجموعة متنوعة من الوظائف.

1.2 نظرة عامة على الحمض النووي

الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) هو المادة الوراثية المشتركة بين جميع الكائنات الحية. الحمض النووي هو جزيء ضخم يتكون من سلسلة من الوحدات الأصغر تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من سكر ومجموعة فوسفات وقاعدة (شكل 1).

شكل 1. هيكل الحمض النووي الأساسي.

هناك أربع قواعد مختلفة محتملة ، الأدينين ، الثايمين ، السيتوزين والجوانين. إنه ترتيب هذه القواعد (غالبًا ما يشار إليها ببساطة باسم As و Ts و Cs و Gs) التي تشكل "شفرة" الحمض النووي. يوجد الحمض النووي في نوى جميع الخلايا البشرية ، ويعمل كمخطط لإنتاج البروتينات الضرورية للحفاظ على الحياة.

الشكل 2. يتم تنظيم الحمض النووي في الكروموسومات

يتم تنظيم الحمض النووي البشري في 23 زوجًا من الكروموسومات (الشكل 2). قبل أن تنقسم الخلية ، تقوم بتكرار الحمض النووي الخاص بها بحيث يكون لكل من الخلايا البنت نسخة كاملة من مخطط الحمض النووي. من حين لآخر ، تحدث أخطاء في تكرار الحمض النووي. نظرًا لأن ترتيب أزواج القاعدة يحدد البروتينات التي تصنعها الخلية ، فإن هذه الأخطاء ، إذا تركت دون تصحيح ، يمكن أن تؤدي إلى إنتاج بروتينات مختلفة. تسمى الأخطاء في تكرار الحمض النووي التي تؤدي إلى تغييرات في جزيء الحمض النووي الطفرات. لمزيد من المعلومات حول تكرار الحمض النووي ، راجع دليل المختبر لهذه الدورة التدريبية ، بالإضافة إلى أي موارد إضافية منشورة على موقع Canvas.


الوراثة الجزيئية سرطان الرئة والثدي

5 النسخ العكسي (فقط لـ فى الموقع RT-PCR)

النسخ العكسي ضروري فقط إذا فى الموقع يتم تنفيذ RT-PCR. تم تصنيع أول حبلا (كدنا) (RT) مع النسخ العكسي ستراتا سكريبت (ستراتاجين). يتم إجراء RT بعد معالجة DNase ، ومن الأهمية بمكان أن يتم شطف الشرائح بعناية قبل النسخ العكسي. سوف يدمر DNase المتبقي الحمض النووي المركب بواسطة النسخ العكسي.

10X العازلة ستراند الأولى5 ميكرولتر
كتلة RNase2 ميكرولتر
100 ملي dNTPs2 ميكرولتر
التمهيدي المضاد للحساسية (500 نانوغرام / ميكرولتر في المخزون)1 ميكرولتر
نسخة عكسية من سترات سكريبت (50 وحدة / ميكرولتر)1 ميكرولتر
DEPC H.2ا39 ميكرولتر
المجموع50 ميكرولتر

خليط تفاعل RT (بما في ذلك 50 ملي تريس- حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني 8.3) ، 75 ملي مول كلوريد ، 3 ملي مول كلوريد2، تم تطبيق 1 مم من كل dNTP و 50 وحدة من النسخ العكسي StrataScript في حجم رد فعل 50 ميكرولتر) على كل شريحة ومغطاة بـ Parafilm. بعد الحضانة لمدة ساعتين عند 42 درجة مئوية في الغرفة المرطبة ، اغسل الشرائح في 2X SSC ، 1X SSC ، 0.5X SSC و DEPC H2س.

على الرغم من أنه يمكن استخدام بادئات oligo (dT) بدلاً من ذلك لتحويل جميع مجموعات الرنا المرسال أولاً إلى (كدنا) ، قد تكون البادئات المعينة المضادة للحساسية هي الخيار الأول لتوليد cDNA الخاص بالجينات. من المفيد عكس النسخ فقط لأجزاء صغيرة نسبيًا من mRNA (& lt300 bp). قد لا يتم نسخ الأجزاء الكبيرة بشكل عكسي تمامًا بسبب وجود هياكل ثانوية أو شظايا مستهدفة في أقسام مثبتة بالفورمالين ومدمجة بالبارافين. علاوة على ذلك ، فإن إنزيمات النسخ العكسي مثل AMVRT و MMLVRT ليست فعالة جدًا في نسخ أجزاء mRNA الكبيرة.

ينبغي النظر في النقاط الإضافية التالية.

يجب أن يكون طول كل من البادئات الحسية والمضادة للدلالة 18-22 زوج قاعدي.

في النهايات الثلاثة ، يجب أن تحتوي البادئات على أزواج قاعدية من نوع GC (على سبيل المثال ، GG ، CC ، GC ، أو CG) لتسهيل تكوين الخيوط التكميلية.

محتوى GC المفضل للبادئات من 45 إلى 55٪.

حاول تصميم البادئات بحيث لا تشكل أزواج قاعدية داخلية أو بينية. علاوة على ذلك ، لا ينبغي أن تكون الأطراف 3 مكملة لبعضها البعض أو أنها ستشكل ثنائيات أولية.


الحمض النووي الريبي غير المشفر: التصنيف والبيولوجيا والوظيفة

أحد المبادئ القديمة للبيولوجيا الجزيئية هو أن الحمض النووي يعمل كقالب لنسخ الحمض النووي الريبي المرسال ، والذي يعمل كمخططات لترجمة البروتين. تم الإبلاغ عن عدد متزايد بسرعة من الاستثناءات لهذه القاعدة على مدى العقود الماضية: فهي تشمل فئات معروفة منذ فترة طويلة من RNAs المشاركة في الترجمة مثل نقل RNAs و RNAs الريبوسوم ، RNAs نووية صغيرة تشارك في أحداث الربط ، و RNAs نواة صغيرة تشارك بشكل رئيسي في تعديل رنا صغيرة أخرى ، مثل الرنا الريبوسوم ونقل الرنا. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف عدة فئات من الحمض النووي الريبي التنظيمي القصير غير المشفر ، بما في ذلك الحمض النووي الريبي المرتبط بالبيوي ، والحمض النووي الريبي الداخلي قصير التداخل ، والرنا المجهري في الثدييات ، والتي تعمل كمنظمين رئيسيين للتعبير الجيني في العديد من المسارات والأنظمة الخلوية المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم الجينوم البشري بتشفير عدة آلاف من RNAs الطويلة غير المشفرة للبروتين و gt200 نيوكليوتيدات في الطول ، وبعضها يلعب أدوارًا حاسمة في مجموعة متنوعة من العمليات البيولوجية مثل التحكم اللاجيني للكروماتين ، وتنظيم الجينات الخاصة بالمحفز ، واستقرار mRNA ، وكروموسوم X التعطيل والطبع. في هذا الفصل ، سوف نقدم عدة فئات من الرنا القصير والطويل غير المشفر ، ونصف أدوارها المتنوعة في تنظيم جينات الثدييات ونعطي أمثلة على أنماط العمل المعروفة.

الكلمات الدالة: وظيفة تصنيف التولد الحيوي غير مشفر RNA lncRNA miRNA piRNA rRNA snRNA snoRNA tRNA.


28.2.2. عناصر رابطة الدول المستقلة والعناصر العابرة: أقفال ومفاتيح النسخ

تتطلب الجينات حقيقية النواة ، مثل نظيراتها بدائية النواة ، محفزات لبدء النسخ. يحتوي كل نوع من أنواع البوليميراز الثلاثة على محفزات متميزة. RNA polymerase I ينسخ من نوع واحد من المروج ، موجود فقط في جينات الرنا الريباسي ، التي تشمل موقع البدء. في بعض الجينات ، يستجيب RNA polymerase III للمحفزات الموجودة في الوضع الطبيعي ، المنبع في الجينات الأخرى ، ويستجيب للمحفزات الموجودة في الجينات ، في اتجاه مجرى موقع البدء. يمكن أن تكون محفزات RNA polymerase II بسيطة أو معقدة (القسم 28.2.3). كما هو الحال بالنسبة لبدائيات النوى ، يكون المروجون دائمًا على نفس جزيء الحمض النووي مثل الجين الذي ينظمونه. وبالتالي ، يشار إلى المروجين باسم العناصر المفعول رابطة الدول المستقلة.

ومع ذلك ، فإن المروجين ليسوا الأنواع الوحيدة من متواليات الحمض النووي التي تعمل برابطة الدول المستقلة. تحتوي حقيقيات النوى وفيروساتها أيضًا على معززات. يمكن لتسلسلات الحمض النووي هذه ، على الرغم من أنها ليست مروّجات بحد ذاتها ، أن تزيد بشكل كبير من فعالية المروجين. ومن المثير للاهتمام ، أن أوضاع المعززات بالنسبة للمروجين ليست ثابتة ، حيث يمكن أن تختلف بشكل كبير. تلعب المعززات أدوارًا رئيسية في تنظيم التعبير الجيني في نسيج معين أو مرحلة نمو معينة (القسم 31.2.4).

تسلسل الحمض النووي للعناصر المؤثرة رابطة الدول المستقلة هي مواقع ربط للبروتينات تسمى عوامل النسخ. يُطلق على هذا البروتين أحيانًا اسم أ عامل عبر المفعول لأنه قد يتم ترميزه بواسطة جين موجود على جزيء DNA غير ذلك الذي يحتوي على الجين الخاضع للتنظيم. يتيح ربط عامل النسخ بتسلسل الحمض النووي المشابه لـ RNA polymerase تحديد موقع البدء المناسب. سنواصل تحقيقنا في النسخ من خلال فحص هذه العناصر المترابطة والعناصر العابرة بدورها.


2.1: نظرة عامة على النسخ - علم الأحياء

مطلوب الاشتراك في J o VE لعرض هذا المحتوى. ستتمكن من رؤية أول 20 ثانية فقط.

يتوافق مشغل الفيديو JoVE مع HTML5 و Adobe Flash. المتصفحات القديمة التي لا تدعم HTML5 وبرنامج ترميز الفيديو H.264 ستظل تستخدم مشغل فيديو يعتمد على Flash. نوصي بتنزيل أحدث إصدار من Flash هنا ، لكننا ندعم جميع الإصدارات 10 وما فوق.

إذا لم يساعد ذلك ، فيرجى إخبارنا بذلك.

النسخ هو عملية تصنيع الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي.

في النواة ، يتجمع مجمع ما قبل النسخ حول المحفز الأساسي للجين ، والذي يتضمن موقع ارتباط عامل النسخ العام هنا في صندوق TATA ، وموقع ربط لـ RNA polymerase ، وموقع بدء النسخ.

بمجرد ربط المكونات الضرورية ، يقوم مجمع ما قبل الاستهلال بفك امتداد قصير من الحمض النووي في بداية موقع بدء النسخ ، ويبدأ بوليميريز الحمض النووي الريبي في إنتاج خيط جديد من الرنا المرسال.

تتم إضافة النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى ويحدث تخليق الرنا المرسال في قراءة اتجاه من خمسة إلى ثلاثة أجزاء من خيط القالب. يمثل هذا الخيط الذي تم إنشاؤه حديثًا من mRNA نسخة من المعلومات الموجودة في خيط التشفير باستثناء الثيميدينات التي تم استبدالها بـ uracils.

سيستمر التوليف حتى يتم العثور على تسلسل إنهاء ، والذي سيطلق سراح mRNA المصنوع حديثًا ويسمح بمزيد من المعالجة.

13.11: النسخ

ملخص

النسخ هو عملية تصنيع الحمض النووي الريبي من تسلسل الحمض النووي بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي. إنها الخطوة الأولى في إنتاج بروتين من تسلسل جيني. بالإضافة إلى ذلك ، تشارك العديد من البروتينات والتسلسلات التنظيمية الأخرى في التوليف المناسب للحمض النووي الريبي المرسال (مرنا). تنظيم النسخ مسؤول عن تمايز جميع أنواع الخلايا المختلفة وغالبًا عن الاستجابة الخلوية المناسبة للإشارات البيئية.

يمكن أن ينتج النسخ أنواعًا مختلفة من جزيئات الحمض النووي الريبي

في حقيقيات النوى ، يتم نسخ الحمض النووي أولاً إلى الحمض النووي الريبي الأولي ، أو ما قبل الرنا المرسال ، والذي يمكن معالجته بشكل أكبر في الحمض النووي الريبي الناضج ليكون بمثابة قالب لتخليق البروتينات. ومع ذلك ، في بدائيات النوى مثل البكتيريا ، يمكن أن تبدأ ترجمة الحمض النووي الريبي إلى عديد الببتيدات بينما لا يزال النسخ مستمرًا ، حيث يمكن أن يتحلل الحمض النووي الريبي بسرعة. يمكن أن ينتج النسخ أيضًا أنواعًا مختلفة من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي لا ترمز إلى البروتين ، مثل microRNAs ، و RNA الناقل (tRNA) ، و RNA الريباسي (rRNA) و mdashall التي تساهم في تخليق البروتين.

تنظيم النسخ أمر أساسي للتنمية

مع استثناءات قليلة ، تحتوي جميع الخلايا في جسم الإنسان على نفس المعلومات الجينية ، من الخلايا العصبية في الدماغ إلى خلايا العضلات في القلب. إذن كيف تتخذ الخلايا مثل هذه الأشكال والوظائف المتنوعة؟ تكمن الإجابة إلى حد كبير في تنظيم النسخ أثناء تطور الكائن الحي. على وجه التحديد ، يلعب تنظيم النسخ دورًا مركزيًا في التمايز الخلوي وعملية إنتاج الخلايا المتخصصة ، مثل خلايا العضلات ، من الخلايا السليفة الأقل تخصصًا. لإنتاج خلايا متخصصة ، يجب تشغيل بعض الجينات وإيقاف البعض الآخر في الخلايا السليفة.

تتم عملية التمايز الخلوي هذه بواسطة بروتينات مرتبطة بالحمض النووي تسمى عوامل النسخ التي تتحكم في مستوى نسخ الجينات التي يمكنها تحديد مصير الخلية. على سبيل المثال ، في وقت مبكر من تطور الفقاريات ، تتلقى الخلايا الموجودة في طبقة الأديم الظاهر للجنين النامي عدة إشارات تحريض من بروتينات مثل BMP و WNT و SHH. تعمل هذه الإشارات على تنشيط عوامل النسخ التي تعمل على تشغيل أو إيقاف تشغيل مجموعة من الجينات. بهذه الطريقة ، يحدد تنظيم النسخ ما إذا كانت خلايا الأديم الظاهر تصبح خلايا جلدية أم خلايا في الجهاز العصبي.

غالبًا ما تتطلب الاستجابة للبيئة تغييرات في النسخ

نادرا ما تكون البيئات مستقرة لفترات طويلة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، التغيرات في درجة الحرارة ، والتساقط ، وتوافر الغذاء التي يتعرض لها النبات من يوم لآخر ، وأحيانًا من ساعة إلى ساعة. لكي تعمل الكائنات الحية بشكل صحيح ، يجب أن تستجيب الكائنات الحية لمثل هذه التغييرات البيئية عن طريق تعديل السمات الرئيسية ، مثل معدلات نموها أو مناعتها أو سلوكها. غالبًا ما تتطلب هذه التعديلات زيادة أو تقليل مستوى نسخ أعداد كبيرة من الجينات. على سبيل المثال ، عند التعرض لظروف الجفاف ، نبات الأرابيدوبسيس thaliana تقوم النباتات بسرعة بتعديل نسخ مئات الجينات من أجل زيادة نمو الجذور وبالتالي تنقيب أكبر قدر ممكن من الماء من التربة.

1. Lee و Hyun-Kyung و Hyun-Shik Lee و Sally A. Moody. & ldquo عوامل النسخ العصبية: من الأجنة إلى الخلايا الجذعية العصبية. & rdquo الجزيئات والخلايا 37 10 (2014): 705 & ndash12. [مصدر]


اكتشاف

كانت العقيدة المركزية الأصلية للبيولوجيا الجزيئية تنص على أن الحمض النووي قد نُسخ إلى الحمض النووي الريبي ، والذي تمت ترجمته بدوره إلى بروتين. ومع ذلك ، تم تحدي هذا المفهوم في سبعينيات القرن الماضي عندما قام فريقان علميان ، أحدهما بقيادة هوارد تيمين في جامعة ويسكونسن والآخر بقيادة ديفيد بالتيمور في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بتحديد إنزيمات جديدة مرتبطة بتكاثر فيروسات الحمض النووي الريبي تسمى الفيروسات القهقرية [1 ، 2] ]. تقوم هذه الإنزيمات بتحويل جينوم الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى جزيء الحمض النووي التكميلي (cDNA) ، والذي يكون قادرًا بعد ذلك على الاندماج في جينوم المضيف. هذه عبارة عن بوليميرات DNA تعتمد على RNA وتسمى النسخ العكسي لأنها ، على عكس تدفق الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي للعقيدة المركزية ، فإنها تنسخ قوالب الحمض النووي الريبي إلى جزيئات cDNA (شكل 1). في عام 1975 ، حصل Temin و Baltimore على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب (مشتركة مع Renato Dulbecco للعمل ذي الصلة على الفيروسات المسببة للأورام) لعملهما الرائد في تحديد النسخ العكسية [3].


نسخ الحمض النووي | التعريف والمراحل & # 038 الرسم التخطيطي

في نسخ الحمض النووي ، يتم نسخ (نسخ) تسلسل الحمض النووي للجين من أجل تكوين جزيء من الحمض النووي الريبي. إنها الخطوة الأولى في التعبير عن الجين. تتم عملية نسخ الحمض النووي بواسطة الإنزيمات المعروفة باسم بوليميراز RNA. بكلمة أخرى ، نسخ الحمض النووي هو عملية يتم من خلالها إعادة كتابة المعلومات. نستخدم عملية النسخ في حياتنا اليومية ، وتقوم خلايانا بذلك أيضًا بطريقة متخصصة. في الشكل الجيني ، النسخ هو عملية نسخ تسلسل الحمض النووي للجين e من أجل صنع جزيء RNA.

تعريف النسخ:

النسخ هو المرحلة الأولى من التعبير الجيني الذي يتم من خلاله استخدام المعلومات الجينية لبناء منتج وظيفي مثل البروتين. الغرض من عملية النسخ هو إنشاء RNA ، نسخة من تسلسل الحمض النووي للجين. تقوم نسخة RNA ، أو النسخة النصية ، بتنفيذ المعلومات المطلوبة لإنشاء بولي ببتيد لجين مشفر بالبروتين. يتطلب نسخ الحمض النووي في حقيقيات النوى إجراء بعض خطوات المعالجة قبل الترجمة إلى بروتينات.

مراحل النسخ:

يُعرَّف النسخ بأنه نسخة من تسلسل الحمض النووي للجين من أجل تكوين جزيء الحمض النووي الريبي. عالج نسخ الحمض النووي للجين مهمته باستخدام ثلاث مراحل بدء واستطالة وإنهاء.

المبادرة:

الاستهلال هو المرحلة الأولى من النسخ ، حيث يربط بوليميراز الحمض النووي الريبي تسلسل جزيئات الحمض النووي المعروفة باسم المروج. وجدت قرب بداية الجين. كل من الجينات لها مروجها الخاص. بعد الربط ، يتم فصل بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى خيوط الحمض النووي ، عن طريق إعطاء القالب أحادي الخيط المطلوب للنسخ.

بدء النسخ: البدء هو الخطوة الأولى أو النسخ. يكمن عندما يرتبط إنزيم بوليميراز RNA المسمى بمنطقة أو منطقة من الجين ، المعروف باسم "المحفز". الإشارات إلى الحمض النووي للفك ، بحيث يمكن قراءة الإنزيمات كقواعد في أحد خيوط الحمض النووي. بعد ذلك ، تكون الإنزيمات جاهزة لتكوين خيط من الرنا المرسال بواسطة سلسلة تكميلية من القواعد.

2. استطالة:

الاستطالة هي المرحلة الثانية ، حيث يعمل خيط واحد من DNA أو خيط القالب كقالب لـ RNA polymerase. هذا القالب أساس واحد في كل مرة ، يقوم البوليميراز بإنشاء جزيء RNA من النيوكليوتيدات التكميلية ، عن طريق صنع سلسلة تنمو من 5 درجات إلى 3 درجات. يحتوي نسخ الحمض النووي الريبي على نفس المعلومات مثل خيط غير قالب من الحمض النووي عن طريق نسخ المعلومات ، ولكنه يتكون من اليوراسيل الأساسي (U) بدلاً من الثايمين (T).

بوليميراز الحمض النووي الريبي: إن بوليميراز الحمض النووي الريبي هو الإنزيم الرئيسي المتورط في النسخ الذي يستخدم قالبًا واحدًا للحمض النووي من أجل تخليق خيط تكميلي لجزيء الحمض النووي الريبي. بكلمات بسيطة ، ينشئ RNA polymerase حبلا RNA في اتجاه 5 إلى 3 درجات ، عن طريق إضافة كل نيوكليوتيد جديد إلى نهاية 3 درجات من الشريط.

3 الإنهاء:

الإنهاء هو المرحلة الأخيرة من نسخ الحمض النووي. يكتمل نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) من خلال تسلسل يسمى "إشارات النهاية". بعد نسخها أو نسخها ، يتسببون في إطلاق النسخة من بوليميراز الحمض النووي الريبي.

إنهاء النسخ: تم اكتشاف عمليات مختلفة لإنهاء النسخ المنظم في حقيقيات النوى والبكتيريا. يعمل RNA polymerase للآليتين الرئيسيتين لإنهاء النسخ في E. coli. في البروتين الإضافي ، عامل إنهاء النسخ المعروف باسم Rho ، وهو حاجة في آلية واحدة ولكن ليس في آلية أخرى. يشار إلى هاتين الآليتين على أنهما الإنهاء المستقل عن Rho والمعتمد على Rh. تُعرف عملية إنهاء النسخ باسم "إنهاء النسخ" وتحدث بمجرد نسخ البوليميراز في تسلسل DNA يسمى "المُنهي".

الإنهاء في البكتيريا:

تم العثور على الآليتين الرئيسيتين في البكتيريا التي تعتمد على Rh والمستقلة عن طريق Rho.

الإنهاء المعتمد على Rho: في آلية الإنهاء المعتمد على Rho ، يتكون الحمض النووي الريبي من موقع ربط لبروتين يعرف باسم عامل Rho. يربط عامل Rho التسلسل ويبدأ في "الصعود" في النسخ نحو بوليميراز الحمض النووي الريبي.

إنهاء Rho المستقل: في آلية الإنهاء المستقل عن Rho ، يعتمد ذلك على التسلسل المعين في حبلا قالب الحمض النووي. نهج بوليميراز الحمض النووي الريبي في نهاية الجين الذي يتم نسخه ، فإنه يضرب منطقة أو منطقة غنية بالنيوكليوتيدات C و G. يبدأ نسخ الحمض النووي الريبي من هذه المنطقة للخلف وترتبط نيوكليوتيدات C و G التكميلية ببعضها البعض. نتيجة لذلك ، يحدث دبوس شعر مستقر يتسبب في توقف RNA polymerase.

يحدث النسخ للجينات الفردية:

All genes cannot be transcribed all the time. In fact, transcription controlled for each gene individually. Cells carefully and accurately regulate the process of DNA Transcription and transcribing just for those genes whose products are required at a specific moment.

Transcription Regulators

Promoters in Bacteria:

Promoter in bacteria is the common feature of DNA transcription regulators in their ability to recognizes the particular DNA pattern to modulate gene expression. The upstream regulation of the region of bacterial coding consists of a promoter, which is the DNA sequence that determines the particular recognition by the RNAP holoenzyme.

In bacteria, the RNAP holoenzyme contains five subunits and an additional sigma subunit factor. The collection of different subunits works as key regulation in bacterial gene expression.

Promoters in Humans:

A member of the PPAR subfamily is PPARgamma in nuclear receptors. In humans, the structure of human PPARgamma cDNA and the genome was defined, and its promoter and particular tissue expression were characterized functionally. The two PPAR isoforms detected in humans such as PPARgamma 1 and PPARgamma 2. In all analysis tissues, PPARgamma 2 was less abundant than the PPARgamma 1.

What happens to the RNA Transcription?

In the process of RNA transcription, in which a DNA sequence of the gene is copied out or transcribed to create an RNA molecule. The main enzyme involved in RNA transcription is known as RNA polymerase. The process of transcription starts when RNA polymerase binds a promoter sequence near the start location of the gene. The process of RNA transcription ends in the process known as termination . The termination depends on the sequence in RNA that gives the signal that transcription is finished.

Eukaryotic RNA Modifications:

RNA transcription works as messenger RNAs (mRNAs) in bacteria. While in eukaryotes, protein-coding gene transcription is known as pre-mRNA , and it has must go through extra processing before it can direct translated. Eukaryotic pre-mRNAs have must be modified ends by the addition of a 5 cap (from the beginning) and 3 poly-A tail (at the end). Many of eukaryotic pre-mRNAs can undergo splicing. Parts of the pre-mRNA are known as introns . During this process, introns are chopped out and the remaining pieces, known as exons , are stuck back together. The modification ends to raise the stability of the mRNA on the other hand, splicing provides the correct sequence of mRNA.


What is Reverse Transcription?

Reverse transcription is the process of transcribing a DNA molecule from an RNA molecule. This method of replication is utilized by retroviruses, such as HIV, and produces altered DNA, which can be incorporated directly into a host cell, allowing rapid reproduction. This is made possible by the النسخ العكسي enzyme. This can be seen in Figure 4.

Figure 4: The process of reverse transcription.


Expression Using the T7 RNA Polymerase/Promoter System

This unit describes the expression of genes by placing them under the control of the bacteriophage T7 RNA polymerase. T7 RNA polymerase is a very active enzyme: it synthesizes RNA at a rate several times that of بكتريا قولونية RNA polymerase and it terminates transcription less frequently in fact, its transcription can circumnavigate a plasmid, resulting in RNA several times the plasmid length in size. T7 RNA polymerase is also highly selective for initiation at its own promoter sequences and is resistant to antibiotics such as rifampicin that inhibit E. coli RNA polymerase. Consequently, the addition of rifampicin to cells that are producing T7 RNA polymerase results in the exclusive expression of genes under the control of a T7 RNA polymerase promoter (pT7). In the , two plasmids are maintained within the same بكتريا قولونية cell. One (the expression vector) contains pT7 upstream of the gene to be expressed. The second contains the T7 RNA polymerase gene under the control of a heat-inducible بكتريا قولونية المروجين. Upon heat induction, the T7 RNA polymerase is produced and initiates transcription on the expression vector, resulting in turn in the expression of the gene(s) under the control of pT7. If desired, the gene products can be uniquely labeled by carrying out the procedure in minimal medium, adding rifampicin to inhibit the بكتريا قولونية RNA polymerase, and then labeling the proteins with [ 35 S]methionine.


شاهد الفيديو: التخصص الخلوي التمايز. الأحياء. علم الأحياء ونمو الكائنات (شهر فبراير 2023).