16: التعبير الجيني

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196543

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

في حين أن كل خلية تشترك في نفس الجينوم وتسلسل الحمض النووي، فإن كل خلية لا تقوم بتشغيل أو التعبير عن نفس مجموعة الجينات. يحتاج كل نوع من أنواع الخلايا إلى مجموعة مختلفة من البروتينات لأداء وظيفته. لذلك، يتم التعبير عن مجموعة فرعية صغيرة فقط من البروتينات في الخلية. لكي يتم التعبير عن البروتينات، يجب نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ويجب ترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتين. في نوع معين من الخلايا، لا يتم نسخ جميع الجينات المشفرة في الحمض النووي إلى RNA أو ترجمتها إلى بروتين لأن خلايا معينة في الجسم لها وظائف محددة. يتم التعبير عن البروتينات المتخصصة التي تشكل العين (القزحية والعدسة والقرنية) فقط في العين، في حين يتم التعبير عن البروتينات المتخصصة في القلب (خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب وعضلة القلب والصمامات) فقط في القلب. في أي وقت، يتم التعبير عن مجموعة فرعية فقط من جميع الجينات المشفرة بواسطة الحمض النووي الخاص بنا وترجمتها إلى بروتينات. يعد التعبير عن جينات معينة عملية منظمة للغاية مع العديد من مستويات ومراحل التحكم. يضمن هذا التعقيد التعبير الصحيح في الخلية المناسبة في الوقت المناسب.

16.0: مقدمة للتعبير الجيني
تحتوي كل خلية جسدية في الجسم بشكل عام على نفس الحمض النووي. تشمل بعض الاستثناءات خلايا الدم الحمراء، التي لا تحتوي على الحمض النووي في حالتها الناضجة، وبعض خلايا الجهاز المناعي التي تعيد ترتيب الحمض النووي الخاص بها أثناء إنتاج الأجسام المضادة. ومع ذلك، بشكل عام، فإن الجينات التي تحدد ما إذا كان لديك عيون خضراء وشعر بني ومدى سرعة استقلاب الطعام هي نفسها في خلايا عينيك وكبدك، على الرغم من أن هذه الأعضاء تعمل بشكل مختلف تمامًا.
16.1: تنظيم التعبير الجيني
يحافظ تنظيم التعبير الجيني على الطاقة والفضاء. قد يتطلب الأمر قدرًا كبيرًا من الطاقة للكائن الحي للتعبير عن كل جين في جميع الأوقات، لذلك يكون تشغيل الجينات فقط عند الحاجة إليها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التعبير عن مجموعة فرعية فقط من الجينات في كل خلية يوفر المساحة لأنه يجب فك الحمض النووي من هيكله الملفوف بإحكام لنسخ الحمض النووي وترجمته.
16.2: تنظيم الجينات بدائية النواة
يتم تنظيم الحمض النووي لبدائيات النواة في كروموسوم دائري ملفوف في المنطقة النووية من السيتوبلازم الخلوي. يتم ترميز البروتينات اللازمة لوظيفة معينة، أو التي تشارك في نفس المسار البيوكيميائي، معًا في كتل تسمى العوامل. على سبيل المثال، يتم ترميز جميع الجينات اللازمة لاستخدام اللاكتوز كمصدر للطاقة بجانب بعضها البعض في أوبرون اللاكتوز (أو لاك).
16.3: تنظيم الجينات اللاجينية حقيقية النواة
يعد التعبير الجيني حقيقي النواة أكثر تعقيدًا من التعبير الجيني الأولي لأن عمليات النسخ والترجمة منفصلة ماديًا. على عكس الخلايا بدائية النواة، يمكن للخلايا حقيقية النواة تنظيم التعبير الجيني على العديد من المستويات المختلفة. يبدأ التعبير الجيني حقيقي النواة بالتحكم في الوصول إلى الحمض النووي. يحدث هذا الشكل من التنظيم، المسمى التنظيم اللاجيني، حتى قبل بدء النسخ.
16.4: تنظيم جينات النسخ حقيقية النواة
مثل الخلايا بدائية النواة، يتطلب نسخ الجينات في حقيقيات النوى إجراءات بوليميراز الحمض النووي الريبي للربط بتسلسل أولي للجين لبدء النسخ. ومع ذلك، على عكس الخلايا بدائية النواة، يتطلب بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقي النواة بروتينات أخرى، أو عوامل النسخ، لتسهيل بدء النسخ. عوامل النسخ هي بروتينات ترتبط بتسلسل المروج والتسلسلات التنظيمية الأخرى للتحكم في نسخ الجين المستهدف.
16.5: تنظيم الجينات حقيقية النواة بعد النسخ
يتم نسخ RNA، ولكن يجب معالجته في شكل ناضج قبل بدء الترجمة. هذه المعالجة بعد نسخ جزيء الحمض النووي الريبي، ولكن قبل ترجمته إلى بروتين، تسمى التعديل بعد النسخ. كما هو الحال مع مراحل المعالجة اللاجينية والنسخية، يمكن أيضًا تنظيم خطوة ما بعد النسخ للتحكم في التعبير الجيني في الخلية. إذا لم تتم معالجة الحمض النووي الريبي أو نقله أو ترجمته، فلن يتم تصنيع أي بروتين.
16.6: تنظيم الجينات المترجمة حقيقية النواة وما بعد الترجمة
بعد نقل الحمض النووي الريبي إلى السيتوبلازم، يتم ترجمته إلى بروتين. يعتمد التحكم في هذه العملية إلى حد كبير على جزيء RNA. كما تمت مناقشته سابقًا، سيكون لاستقرار الحمض النووي الريبي تأثير كبير على ترجمته إلى بروتين. ومع تغير الاستقرار، يتغير مقدار الوقت المتاح للترجمة أيضًا.
16.7: السرطان وتنظيم الجينات
السرطان ليس مرضًا واحدًا ولكنه يشمل العديد من الأمراض المختلفة. في الخلايا السرطانية، تعمل الطفرات على تعديل التحكم في دورة الخلية ولا تتوقف الخلايا عن النمو كما يحدث عادةً. يمكن للطفرات أيضًا تغيير معدل النمو أو تقدم الخلية خلال دورة الخلية. أحد الأمثلة على تعديل الجينات الذي يغير معدل النمو هو زيادة فسفرة السيكلين B، وهو بروتين يتحكم في تطور الخلية خلال دورة الخلية ويعمل كبروتين نقطة تفتيش لدورة الخلية.
16E: التعبير الجيني (تمارين)

الصورة المصغرة: تتباعد النيوكليوسومات عن بعضها البعض بحيث يتم كشف الحمض النووي. يمكن أن ترتبط عوامل النسخ، مما يسمح بحدوث التعبير الجيني. (CC BY 4.0/معدلة من الأصل؛ OpenStax).