ساختار سه بعدی DNA : فرم B ، فرم A و فرمZ (فصل 3 بخش B)

ساختار سه بعدی DNA  : فرم B ، فرم A و فرمZ  

 

در یک مولکول DNA ، دو رشته یه صورت موازی نیستند ، اما دور یکدیگر پیچیده شده اند. هر رشته شبیه یک مارپیچ (helix) است. دو رشته ساختار "دابل هلیکس" (double helix) را ایجاد می کنند ، که اولین بار توسط واتسون و کریک در سال 1953 کشف شد. در این ساختار که به فرم B نیز معروف است ، مارپیچ به اندازه 3.4nm پیچ می خورد و فاصله بین دو جفت باز همسایه 0.34nm می باشد. بنابر این در هر دور 10 جفت باز وجود دارد. رشته های پیچیده شده دو نوع شیار از نظر پهنا را ایجاد می کنند که شیار بزرگ major groove  و شیار کوچک minor groove نام دارد که باعث تسهیل در اتصال به پروتئینها می شوند.

 

شکل 3-B-3 . یک مارپیچ دوگانه راست گردDNA که به فرم B شناخته می شود.

 

در محلولهای حاوی نمک بالا یا حاوی الکل ، ساختار DNA به فرم A تغییر می کند که راست گرد می باشد اما هر  2.3nm یک دور میزند و در هر دور دارای 11 جفت باز است.

فرم دیگر DNA فرم Z نام دارد زیرا بازها به شکل زیگزاگ هستند.   Z-DNA چپ گرد می باشد. هر دور آن 4.6 nm می باشد که از 12 جفت باز تشکیل شده است . مولکولهای DNA دارای توالی های C-G در الکل و محلولهای دارای نمک بالا به این فرم هستند.

شکل 3-B-4. مقایسه بین فرم B و فرم Z

 

معرفی سایت:

The Nucleic Acid Database - From Rutgers.

 

ساختار DNA (فصل 3 بخش B)

 

شکل1-B-3 مدل کامپیوتری از جفت شدن باز ها در DNA . در یک مولکول نرمال DNA ،آدنین (A) با تیمین (t) تیمین ، گوانین (g) با سیتوزین (c) جفت می شوند. یوراسیل (u) موجود در RNA نیز می تواند با آدنین (A) جفت شود.این تفاوت T و U در این است که در U گروه متیل در سمت دیگر پیوند هیدروژنی قرار دارد.

 

یک مولکول DNA دارای دو رشته می باشد که از طریق پیوند هیدروژنی بین بازها به هم پیوسته اند. همانگونه که در شکل بالا نشان داده شده آدنین می تواند دو پیوند هیدروژنی با تیمین داشته باشد و سیتوزین سه پیوند هیدروژنی با گوانین تشکیل می دهد. اگرچه دیگر جفت بازها (برای مثال : (G:T) و (C:T) ) بویسله پیوند هیدروژنی تشکیل می شوند ، قدرت آنها از (C:G) و (A:T) که یه صورت طبیعی در مولکول DNA یافت می شوند کمتر است.

 

شکل بعدی نشان دهنده مثالی از جفت شدن بازها بین رشته های DNA می باشد.

شکل 3-B-2 شکل شماتیکی از دو رشته DNA

 

به علت طرز خاص جفت شدگی بازها ، دو رشته DNA مکمل یکدیگر هستند . بنابر این توالی نوکلئوتیدی یک رشته توالی رشته دیگر را تشخیص می دهد. برای مثال در شکل 3-B-2 توالیهای دو رشته می تواند به صورت

 

                                                                   

 

نوشته شود که از قانون جفت شدن (A:T) و (C:G) پیروی می کند. اگر ما توالی یک رشته را بدانیم ، می توانیم توالی رسته دیگر را استنباط کنیم. برای این منظور ، دیتابیس (database) DNA ما باید دارای حداقل توالی یک رشته از DNA باشد. به طور قرار دادی توالی موجود در دیتابیس DNA به توالی رشته  5` به 3` گفته می شود (چب به راست).

ساختار سه بعدی DNA : فرم B ، فرم A و فرم Z

 

ریبوزوم (فصل 3 بخش بخش C)

 

در پروکاریوتها, RNA ریبوزومی(rRNA ) سه نوع است: 23S,5S و 16S می باشد.در پستانداران , چهار نوع  rRNA یافت می شود: 28S,5.8S,5S و 18S. " S" مخفف کلمه Svedberg می باشد که مقیاس اندازه گیری میزان ته نشینی می باشد. بعد از اینکه مولکولهای rRNA در هسته تولید شدند آنها به سیتوپلاسم انتقال داده می شوند , جایی که با دهها پروتئین مخصوص ترکیب شده تا ریبوزوم را تشکیل دهند. در پروکاریوتها اندازه ریبوزم 70s می باشد که از دو زیر واحد تشکیل شده است: 50S و 30S . اندازه ریبوزوم سلولهای پستانداران 80S است که دارای زیر واحدهای 60S و 40S است. پروتئین زیرواحد بزرگ از L1,L2,L3 و... تشکیل شده (L=large) . در زیرواحد کوچکتر , پروتئینها با S1,S2,S3 و ... نشان داده می شود.

 

 

شکل3-c-4: ترکیب ریبوزومها

 

در هنگام سنتز پوتئین , ریبوزوم به mRNA و tRNA به صورتی که در شکل نشان داده شده وصل می شود.tRNA حاوی آنتی کدون است که با کدونهای mRNA متصل به ریبوزوم جفت می شود.

 

شکل3-c-5

کمپلکس mRNA – ریبوزوم – tRNA در طی سنتز پروتئین.

 

 

مقالات موروری:

5S rRNA: structure and interactions - Biochem. J., 2003

 

زنجيره اسيد نوكلئيك (فصل 3 بخش A)

 

 

در زنجيره اسيد نوكلئوتيد ، دو نوكلئوتيد بوسيله يك پيوند فسفوديستر به هم متصل شده اند ، كه توانايي ايجاد يك واكنش تراكمي را دارند.(شكل 3-A-5) كه مشابه آرايش پیوندهای پپتیدی است. در سلولها اين فرآيند در چسبيدن دو تكه نوكلئيك اسيد وجود دارد. تمام زنجيره نوكلئيك اسيد معمولا بوسيله RNA پليمراز يا DNA پليمراز سنتز مي شود.

 

 

شكل 3-A-5 . آرايش پيوند فسفوديستر با واكنش تراكمي

 

 

همانند زنجيره پپتيدي ، يك زنجيره نوكلئوتيدي داراي جهت مي باشد : انتهاي’5  داراي يك گروه فسفات آزاد و انتهاي '3 داراي يك يك گروه هيدروكسيل آزاد است. فرآيند سنتز نوكلئيك اسيد از ' 5 به ' 3  انجام مي شود. بنابر اين بدون اينكه چيز ديگري تعيين شود ، زنجيره نوكلئيك اسيد از ' 5 به ' 3 نوشته مي شود. (چپ به راست).

 

 

شكل  3-A-6 . يك زنجيره اسيد نوكلئيك. انتهاي’5  داراي يك گروه فسفات آزاد است. انتهاي '3 داراي يك يك گروه هيدروكسيل آزاد است.

 

 

در DNA يا RNA ، زنجيره اسيد نوكلئيك رشته (strand) نيز ناميده مي شود. يك مولكول DNA معمولا داراي دو رشته در حالي كه بيشتر مولكولهاي RNA داراي يك رشته مي باشند.

 

طول زنجيره نوكلئوتيدي به تعداد بازها بستگي دارد. در مورد نوكلئيك اسيد دو رشته اي ، بازها در دو رشته جفت مي شوند. بنابراين ، طول آنها با تعداد جفت بازها (bp ) تعيين مي شود. kb = 10001 باز يا جفت باز ،  1Mb برابر با يك ميليون جفت باز است. اليگو نوكلئوتيدها به زنجيره هاي اسيد نوكلئوتيدي گفته مي شود كه داراي كمتر از 50 جفت باز هستند و پلي نوكلئوتيدها داراي زنجيره بلندتري هستند.

 

مقالات مروري:

Antisense Oligonucleotides: Basic Concepts and Mechanisms - Mol. Cancer Therap., 2002.

 

 

 

نوكلئوتيدها و نوكلئوزيدهاي سلولي (فصل 3 بخش A)

 

در سلولها ، نوكلئوتيدهاي آزاد داراي يك ، دو يا سه گروه فسفات مي باشند. حامل انرژي ATP (آدنوزين تري فسفات) داراي سه گروه فسفات است ، ADP (آدنوزين دي فسفات) دراي دو و AMP (آدنوزين مونو فسفات ) داراي يك گروه فسفات مي باشد. ساختار آنها در شكل زير نمايش داده شده است.

 

 

شكل 3-A-4

a) مدل كامپيوتري از AMP . b) ساختار شيميايي آدنوزين ، ADP و ATP . تفاوت آنها در تعداد گروه فسفات آنها مي باشد.

 

 

اگر تمام گروههاي فسفات آنها حذف شود. نوكلئوتيد نوكلئوزيد مي شود از قبيل آدنوزين. جدول زير نوكلئوزيدها و نوكلئوتيدهاي گوناگون را نمايش مي دهد.

 

 

 

جدول 3-A-1 . نوكلئوتيدها و نوكلئوزيدهاي سلولي

 

NMP = نوكلئوزيد مونو فسفات

NDP = نوكلئوزيد دي فسفات

NTP = نوكلئوزيد تري فسفات

dNMP = دي اكسي نوكلئوزيد مونو فسفات

dNDP = دي اكسي نوكلئوزيد دي فسفات

dNTP = دي اكسي نوكلئوزيد تري فسفات

 

(نوكلئوزيد = ريبونوكلئوزيد ؛ دي اكسي نوكلئوزيد = دي اكسي ريبونوكلئوزيد)

 

 

عناصر اصلي – نوكلئوتيد (فصل 3 بخش A)

 

يك نوكلئوتيد از سه بخش تشكيل شده است: قند پنتوز، باز آلي و گروه فسفات . در ‌DNA يا RNA ، قند پنتوز از تنها از يك گروه فسفات تشكيل شده است ، اما نوكلئوتيد آزاد سلولي (از قبيل ATP ) مي تواند از بيش از يك گروه فسفات نيز تشكيل شده باشد. اگر تمام گروه هاي فسفات برداشته شوند نوكلئوتيد به نوكلئوزيد تبديل مي شود.

 

نوکلئوتیدهای سلولی و نوکلئوزیدها

زنجیره اسید نوکلئیک

 

 

شكل 3-A-1 : ساختار اصلي نوكلئوتيدها. چپ: مدل كامپيوتري. راست: نماي ساده شده.

 

پنتوز:

 

 

شكل 3-A-2 . ساختار شيميايي پنتوز كه از 5 اتم كربن تشكيل شده است ، كه با C1 تا C5 مشخص شده است. پنتوز در RNA ريبوز و در DNA دي اكسي ريبوز ناميده مي شود، زيرا پنتوز موجود در DNA فاقد اتم اكسيژن در C2 مي باشد. به خاطر بياوريم كه RNA مخفف ريبو نوكلئيك اسيد و DNA مخفف دي اكسي ريبو نوكلئيك اسيد مي باشد.

 

بازها:

پنج نوع باز در اينجا  وجود دارد  ، كه با يك حرف مشخص مي شوند و در اينجا در پرانتز آمده است:

آدنين (A) ، سيتوزين (C) ، گوانين   (G) ، تيمين (T) ، و يوراسيل (U) .

 

در ميان آنها:

A ، C ، G و T در DNA مي باشند و A ،  ‍‍C ،  G و U در RNA مي باشند.

 

ساختار مولكولي آنها در شكل زير آورده شده است . A و G داراي يك حلقه اضافي مي باشند كه به نام باز پورين طبقه بندي مي شوند. C ،  T و U تنها داراي يك حلقه مي باشند و به نام بازهاي پريميدين طبقه بندي مي شوند.

 

 

 

شكل 3-A-3 . سختار شيميايي بازها در RNA وDNA . نقاط قرمز به پنتوز متصل شده اند.

 

 

ساختار يوراسيل از تيمين ساده تر است. اين نشان دهنده دليلي است كه چرا RNA از يوراسيل به جاي تيمين استفاده مي كند. اما چرا DNA از تيمين استفاده مي كند؟ مهمترين نيازمندي در طراحي بازهاي DNA اين است كه آنها بايد به صورت جفت در بيايند. اما آدنين به خوبي تيمين مي تواند با يوراسيل جفت شود (بخش B را ببينيد)

بنابر اين چرا DNA باز پيچيده تر را انتخاب مي كند؟ اين سوال محققان را براي سالها گيج كرده بود تا اينكه آنها به مكانيزم ترميم DNA پي بردند.(فصل 7 بخش  F را ببينيد).

 

 

 

فصل 4 بخش D5

 فعالسازی رونویسی glnA توسط NTRC

برخلاف اپران لک ، enhancer ژن glnA مقدار کمی از پروموتور دور می باشد بنابراین فعالساز سریعا با پلیمراز تماس نمی یابد. پروتئین C تنظیم کننده نیتروژن ( NTRC ) می تواند  سبب DNA looping شود تا فعالساز را در تماس با پلیمراز قرار دهد.

 

 

شکل 4-D-5. مکانیسم فعالسازی رونویسی توسط NTRC

( a ) ژن glnA توسط سیگما 54 متصل شده به پلیمراز رونویسی می شود که به تنهایی قادر به راه اندازی رونویسی نمی باشد. دایمر NTRC فسفریله نشده تنها می تواند به یک سایت بر روی فعالساز متصل شود که البته  در این حالت هنوز برای تحریک رونویسی کافی نمی باشد.

( b ) دایمر NTRC فسفوریله شده می تواند به هر دو سایت فعالساز متصل شود.

( c ) این اتصالات سبب القای DNA looping می شوند. ارتباط میان فعالساز و پلیمراز سبب تثبیت برهمکنش میان پلیمراز و DNA می شوند و بنابراین رونویسی آغاز می شود.

 

فصل 4 بخش D3

تنظیم رونویسی اپران لک

 

شکل 4-D-3. تنظیم رونویسی اپران لک ( a ) توسط CAP ( b ) توسط مهار کننده lac

 

فعالسازی رونویسی توسط CAP

در فقدان هر گونه فعال ساز رونویسی ، اتصال پلیمراز به پروموتور اپران لک سست می باشد. سایت اتصال پروتئین فعال ساز کاتابولیک ( CAP ) فقط در upstream پروموتور قرار دارد. در مواردی از این قبیل ، فعالساز می تواند با اتصال مستقیم با پلیمراز رونویسی را افزایش دهد و اتصال می تواند بسیار دقیق تر با پروموتور صورت بگیرد.

 

جلوگیری از رونویسی توسط مهار کننده lac ( Lac repressor )

خاموش کننده اپران لک در سایت آغاز رونویسی واقع شده است ( اپراتور ). زمانی که مهار کننده lac به این ناحیه متصل می شود ، از حرکت پلیمراز جلوگیری کرده و در نتیجه مانع رونویسی می شود.

 

 

 

شکل 4-D-4 .  ساختار کمپلکس مهار کننده lac / اپراتور . رپرسور همودایمر است . هر زیر واحد توسط رنگ متفاوتی نشان داده شده است. PDB ID = 1LBG

 

فصل 4 بخش D2

خاتمه رونویسی در پروکاریوت ها

در پروکاریوت ها رونویسی توسط دو مکانیسم عمده به پایان می رسد : وابسته به Rho ( درونی ، ذاتی ) و غیر وابسته بهRho  

سیگنال خاتمه رونویسی وابسته به Rho در حدود 30 تا 40 جفت باز طول دارد و شامل تعداد زیادی رزدیو GC می باشد که توسط سری هایی از T ( در RNA رونویسی شده U ) ادامه می یابد. نتیجه رونویسی از RNA تشکیل ساختار ساقه –حلقه ( stem-loop ) برای خاتمه رونویسی می باشد.

 

شکل 4-D-2 . ساختار ساقه – حلقه رونوشت RNA که به عنوان سیگنال خاتمه رونویسی برای اپران تریپتوفان می باشد.

 

مکانیسم وابسته به Rho

Rho پروتئینی 50KD می باشد که تقریبا نیمی از پایان رونویسی E.coli  را برعهده دارد . شش پروتئین Rho هگزامری را می سازند تا رونویسی را خاتمه دهند ، اما این مکانیسم به خوبی شناخته نشده است. آزمایشات نشان می دهند که برای خاتمه رونویسی به این روش دو ترکیب مهم هستند : ( الف ) سایت loading ( بارگذاری ) Rho در upstream ( ب ) سایت خاتمه در downstream . ابتدا هگزامر Rho به رونوشت RNA در سایت upstream متصل شده که دارای 70 تا 80 نوکلئوتید طول و سرشار از رزدیو های C می باشد.سپس بعد از اتصال ، هگزامر Rho بر روی RNA در جهت 3َ حرکت می کند. اگر حرکت پلیمراز کند شود ، هگزامر Rho به آن می رسد و رونویسی را در سایت خاتمه موجود در downstream به پایان می رساند. Rho دارای فعالیت ATPase می باشد که می تواند جدا شدن پلیمراز را از DNA تحریک کند.

 

 

فصل 4 بخش D

مکانیسم رونویسی در پروکاریوت ها

در پروکاریوت ها ، اتصال فاکتور سیگمای پلیمراز به پروموتور می تواند باز شدن دو رشته DNA را از هم کاتالیز نماید. مهمترین سیگما فاکتور ، سیگما فاکتور 70 می باشد که ساختار آن توسط کریستالوگرافی اشعه x شناخته شده است .

( a )

 

( b )

 

 

شکل 4-D-1 . ساختار سیگما 70 و سایت اتصال آن  به DNA . ( a ) ساختار سیگما 70 ، رزدیو 114 تا 448 . PDB ID = 1SIG . ( b ) مدلی برای اتصال مابین سیگما 70 و پروموتور که بر اساس آموخته های بیوشیمیایی به دست آمده است. رزدیو Y425, Y430, W433 and W434 به طور مستقیم در باز شدن ( melting ) مارپیچ دوتایی درگیر هستند.

 

به یاد داشته باشید که پروموتور غنی از A و T می باشد. جفت AT دارای دو پیوند هیدروژنی می باشند در حالی که جفت CG دارای سه پیوند هیدروژنی می باشند. بنابراین جفت باز AT راحت تر از هم جدا می شوند. مبداء همانند سازی DNA نیز غنی از A و T می باشد.

بعد از این که رشته های DNA در ناحیه پروموتور از هم جدا شدند ، هسته پلیمراز(aabb') می تواند سنتز رشته های RNA را بر اساس توالی های رشته DNA الگو شروع کند. ( شکل 4-B-1 را ببینید ) از اینرو نقش فاکتور سیگما راه اندازی رونویسی می باشد ، این زیر واحد پس از پلیمریزاسیون 10 نوکلئوتید رها می شود.

طویل سازی رشته RNA تا زمانی که هسته پلیمرازی به سایت انتها ( خاتمه ) برسد ، ادامه می یابد. (اطلاعات بیشتر  )

 

تنظیم توسط فاکتور های رونویسی :

تنظیم رونویسی اپران لک توسط CAP و مهار کننده lac

 

فعالسازی رونویسی glnA توسط NTRC ( مثالی از DNA looping )

 

 

 

جواب سوال (رشته سلولی و مولکولی)

سلام

 

مدتی میشود که دوستان به ما محبت دارند و با ابراز نظرات خودشان ما را سرافراز می کنند . قلبا از لطف و توجه شما ممنویم.

اما چند تا از دوستان عزیز در مورد رشته زیست شناسی سلولی و مولکولی و بازار کار این رشته از ما سوال پرسیدند .و ما هم تا جایی که اطلاع داریم در این زمینه می نویسیم . 

 

 در مورد این رشته:

رشته زیست شناسی سلولی و مولکولی رشته ای تحقیقاتی می باشد که در آن به بررسی ساختار سلولها  ِ اجزائ درونی سلول  ازجمله اندامکها و کارکرد آنها  ِ مکانیزمها و فرآیندهایی  که در درون سلول اتفاق می افتد  ِ اثر عوامل محیطی و میکروبها بر سلولها  و رابطه بین سلولها با یکدیگر می پردازد که این سلولها می توانند سلولهای سالم یا بیمار مانند سلولهای سرطانی باشتد. و از آنجایی که هر بیماریی یک منشا سلولی و مولکولی دارد لذا تحقیقات در این زمینه بسیار حائز اهمیت می باشد. جمله کار این رشته تولید علم می باشد یعنی انجام تحقیقاتی که منجر به کشف  فرآیندهای اصلی و فرعی موجود در واکنشها ی سلولیست که راه را برای انجام تحقیقات تکمیلی بالینی باز می کند.

با توجه به این تفاسیر متوجه می شوید که این رشته یک رشته کاملا تحقیقاتی می باشد (البته اگر واقعا اصلش را حساب کنیم ) در نتیجه نیاز به آزمایشگاه های تحقیقاتی مجهز دارد که در ایران چند دانشگاه و مرکز تحقیقاتی تا حدودی توانسته اند از عهده این کار برآیند (البته نه کاملا).و چیزی که فراموش شد این است که معمولا در این گونه رشته ها از نظر موضوعی دست ما برای تحقیقات بسیار باز است . می توانیم به عنوان همکار در گروه های تحقیقاتیی (برای مثال یک گروه نانو بیوتکنولوژی)  به مطالعه بپردازیم.

 

اما اگه اجازه بدین یک واقعیت را بگویم: (( واقعیت اینه که ما توی جهان سوم زندگی می کنیم و این یعنی ما تا زمانی که به رشد اقتصادی نرسیم در تولید علم هم زیاد پیشرفت نمی کنیم مخصوصا در گرایش های سلولی و مولکولی که برای یک کشور جهان سومی خیلی پرهزینه اند.))

 

اما در مورد بازار کار زیست شناسی :

 

1-     احتمال پیدا کردن کار با مدرک لیسانس در حدود صفره ! ( مگر اینکه پارتی داشته باشید یا دانشجوی پر تلاشی باشید و در یکی از دانشگاه های دولتی خصوصا تهران با نمرات عالی واحد های درسی پاس کنید و یا یک کار تحقیقاتی جالب داشته باشید  ).

2-     شما با مدرک لیسانس زیست شناسی می تونین در رشته پزشکی هم پس از اتمام تحصیل شرکت کنین و مدرک پزشک عمومی بگیرین . البته خدمت شما عرض کنم که چند سالی میشه که می خوان دانشجوی پزشکی رو از مقطع لیسانس زیست شناسی جذب کنن که پارسال برای اولین بار این کارو دانشگاه تهران انجام داد.

3-     احتمال کار پیدا کردن در مقاطع بالاتر یعنی فوق لیسانس و دکتری بیشتره میشود  اما قبولی در کارشناسی ارشد فعلا که کار آسونی نیست . بعدا رو نمی دونم.

و اینکه خواندن این رشته رو به کسانی توصیه می کنیم که واقعا عاشق تحقیقات هستند . و می خواهند که ادامه تحصیل بدهند نه اینکه با گرفتن لیسانس به یک کار دیگه مشغول شوند و درس را رها کنند. چرا که با این کار وقت خودشون رو تلف کردند.  

تصویربرداری از حرکت اکتین و میوزین از درون سلول ماهیچه

تصویربرداری از حرکت اکتین و میوزین از درون سلول ماهیچه

این موضوع بر می گردد به روز 5 شنبه که در همایش آشنایی با فناوری نانو شرکت کرده بودیم . آقای دکتر علیرضا صدر داشتند در مورد نانو بیو تکنولوژی مباحثی را مطرح می کردند که بحث به تصویربرداری به کمک نانو تکنولوژی رسید و دکتر گفت که شنیده در جایی از حرکت اکتین و میوزین درون سلول ماهیچه فیلم برداری شده است . از آنجایی که این موضوع بسیار جالب بود سعی کردم در مورد این موضوع در اینترنت جستجو کنم اما فیلمی که دقیقا این موضوع را نشان دهد پیدا نکردم . اما چند فیلم پیدا کردم که دیدنشان ضرر ندارد.



در شروع انقباض ماهیچه رشته های اکتین در امتداد رشته های میوزین حرکت کرده و باعث می شود این دو رشته اور لپ پیدا کنند یا روی هم قرار بگیرند و باند H باریک تر می شود تا جایی که در اور لپ کامل باند H دیده نمی شود و بعد از آن دو رشته اکتین و میوزین از پهلو به هم نزدیک می شوند.

انیمیشنی از حرکت میوزین بر روی اکتین

جا به جایی شبکه اندو پلاسمی از طریق رشته اکتین
جابه جایهای موجود در آکسوپلاسم (سیتوپلاسم آکسون) که توسط اکتین انجام شده
فیلمهای بیشتر

فیلمی از حرکت میوزین که با تصویربرداری درجه بالا گرفته شده


تصویری از چند میوزین

فیلمهای بیشتر

خوشحال می شویم دوستانی که در مورد این فیلم چیزی شنیده اند یا آن را دیده اند ما را هم در جریان جزئیات آن قرار دهند (البته اگر شایعه نباشد)

سياه زخم و سلاحهاي بيولوژكي (فصل 1 بخشG )

 سياه زخم و سلاحهاي بيولوژكي

سياه زخم بيماري است كه در اثر آلودگي به باكتري باسيلوس آنتراسيس ايجاد مي شود. و مي تواند به عنوان يك سلاح بيولوژيكي مرگ آور از آن استفاده نمود.

سياه زخم از سه راه ايجاد مي شود:

· پوست: ورود باكتري از راه خراش يا بريدگي در پوست ، براي مثال زماني كه به حيوانات آلوده دست زده مي شود.

· از راه معده اي و روده اي كه با خوردن مواد آلوده به باكتري ايجاد مي شوداز راه تنفس كه با تنفس اسپور باكتري ايجاد مي شود.

اسپور باكتري باسيلوس آنتراسيس بسيار پايدار است و مي تواند براي سالها در خاك زنده باقي بماند.اگرچه ابتلا به اين باكتري به طور طبيعي بسيار نادر است با اين حال در آمريكا بين سالهاي 1955 تا 1994 تعداد 233 نفر مبتلا به سياه زخم گزارش شد كه 11 مورد منجر به مرگ شد. اسپورهاي باكتري معمولا به صورت دسته در مي آيند و به سختي در هوا معلق مي شوند.جهت تبديل آنها به يك سلاح مرگ آور ، بايد اسپور ها را از هم جدا نمود و آنها را با ذراتي تركيب كرد تا مدت زمان بيشتري در هوا معلق بمانند.

 

بيماريزايي سياه زخم:

 

باسيلوس آنتراسيس يك باكتري گرم مثبت است كه داراي دو فاكتر سمي مي باشد: كپسول پلي D گلوتاميك اسيد و سم ساه زخم . كپسول پلي D گلوتاميك به خودي خود سمي نيست اما از باكتري در برابر فاگوسيتوز محافظت مي كند. سم سياه زخم از سه پروتئين مجز تشكيل شده است : فاكتور مرگ آور ، فاكتور ادم آور و آنتي ژن محافظتي . فاكتور مرگ آور پروتئازي است كه باعث شكافتن عضوي از خانواده پروتئين كيناز فعال كننده ميتوژن مي شود و در نتيجه باعث قطع مسيرهاي پيام دهي مي شود. فاكتور ادم آور يك آدنيلات سيكلاز است. آنتي ژن حفاظتي واسطه اي براي انتقال اين دو جزء آنزيمي است . كه اين عمل را با اتصال به گيرنده هاي سلولي انجام مي دهد.

 

واكسن سياه زخم:

 

واكسن سياه زخم كه در آمريكا استفاده شده از آنتي ژن حفاظتي باكتري غير بيماريزاي بدون كپسول باسيلوس آنتراسيس ايجاد شده است.  اگرچه اين واكسن بازده نود درصدي دارد ، نياز به تزريقات متوالي و ايمن سازي سالانه دارد . محققان در پي واكسن هاي موثرتي هستند.

 

 

مقالات:

Protein secretion and the pathogenesis of bacterial infections- Genes and Development, 2001

Anthrax Toxin Mechanism of Action - From BioCarta

 مقالات مروری:

Rabbit and Nonhuman Primate Models of Toxin-Targeting Human Anthrax Vaccines - MicroBiol. Mole. Biol. Rev., 2004

 

چرخه زندگي فاژ لامبدا (فص1 بخش F )

چرخه زندگي فاژ لامبدا

فاژ لامبدا به طور رايج در DNA cloning استفاده مي شود. آنها داراي دو چرخه سلولي مي باشند : ليتيك و ليزوژنيك . در چخه لايتيك ، فاژهاي لامبدابه سرعت همانند سازي مي كنند و سرانجام باعث ليز سلول ميزبان مي شوند. در چرخه ليزوژنيك ، DNA حلقوي شده و درون DNA ميزبان انتگره مي شود. بعد ، فاژ لامبدا با سلول ميزبان همانند سازي مي كند.

در شرايط مشخصي( براي مثال ، سلولهايي كه تحت اشعه UV هستند) ، فاژ لامبدا از چرخه ليزوژنيك به چرخه لايتيك بر مي گردد. اين انتقال بوسيله پروتئينهاي cl ( كه گيرنده λ نيز ناميده مي شود) و Cro كنترول مي شود. افزايش پروتئينهاي cl چرخه ليزوژنيك را پيش مي برد و افزايش پروتئينهاي Cro باعث رفتن چرخه به سمت لايتيك مي شود. جزئيات مكانيزم در فصل 4 بخش H توضيح داده شده است.

شكل1-F-1: چرخه لايتيك . a) پيش از اتصال b) اتصال c)نفوذ و uncoating . d) همانندسازي . e) سرهم شدن f) رهايش.

شکل : نمایی از چرخه لیزوژنیک فاژ لامبدا و تغییر آن به چرخه لایتیک. a) پیش از اتصال b) اتصال ، نفوذ و پوشش برداری . c) حلقوی شدن DNA لامبدا(مکانیزم) d) اینتگره شدن یا وارد شدن DNA لامبدا به درون DNA سلول میزبان (مکانیزم)  و همانند سازی آن با سلول میزبان. اگر میزان پروتئینهای cI درون سلول غالب باشد فاژ لابدا در چرخه لیزوژنیک باقی می ماند e) اگر میزان پروتئینهای Cro غالب باشد فاژ به فاز لایتیک می رود. f) رهایش.

فصل 4 بخش c6 ( عناصر پاسخ )

عناصر پاسخ

response element سایت های شناسایی برای فاکتور های رونویسی می باشند. ( شکل 4-C-4 ). اغلب آن ها در فاصله یک کیلو بازی از سایت آغازین رونویسی قرار گرفته اند.

 

جدول 4-C-4 . عناصر پاسخ یوکاریوتی

Response Element	Transcription Factor	Consensus Sequence
CRE	CREB	TGACGTCA
ERE	Estrogen receptor	AGGTCANNNTGACCT
GRE	Glucocorticoid receptor	AGAACANNNTGTTCT
HSE	Heat shock factor	GAANNTTCNNGAA
SRE	Serum response factor	CC(A/T)6GG

*(A/T)₆  means six A or T; N = any

 

عنصر cAMP ( CRE ) با CREB ( CRE-binding protein ) برهمکنش دارد که توسط cAMP تنظیم می شود. ( شکل 6-F-1 را ببینید )

عناصر پاسخ استروژن ( ERE ) و عناصر پاسخ گلوکورتیکوئید ( GRE ) سایت های شناسایی برای رسپتور های استروژن و رسپتور های  گلوکورتیکوئید می باشند. به یاد داشته باشید که هورمون ها فاکتور رونویسی نیستند اما بسیار از رسپتور های ان ها وجود دارد. شکل 4-C-5 ساختار دومین چندین رسپتور استروئید را نشان می دهد.

عنصر پاسخ شوک حرارتی ( HSE ) در ژن های پروتئین های شوک حرارتی وجود دارد. در پاسخ به فشار های خارجی ( به طور مثال دما ) فاکتور شوک حرارتی ( HSF ) با HSE واکنش داده و بیان شوک های حرارتی را تحریک می کند.

عنصر پاسخ سرم ( SRE ) به فاکتور پاسخ سرم ( SRF ) متصل شده که می تواند توسط بسیاری از فاکتورهای رشد در سرم فعال شود. زیر واحد Fos از AP-1 توسط ژنی که حاوی SRE است رمزگذاری می شود. Fos دارای نقش بسیار مهمی در فرآیند چرخه سلولی می باشد.

 

 

شکل 4-C-5 . ساختار دامین فوق خانواده رسپتور های استروئید. ناحیه اتصال لیگاند به استروئید متصل می شود و ناحیه اتصال DNA با DNA برهمکنش دارد تا رونویسی ژنی را تنظیم نمایند.

 

فصل 4 بخش c4 ( تقویت کننده )

تقویت کننده ( Enhancer )

Enhancer عناصری از DNA هستند ( همراه با فاکتور های رونویسی ( فعال کننده ها ) هستند ) که می توانند رونویسی را افزایش دهند. این عناصر می توانند در بالادست یا پایین دست سایت آغازین رونویسی قرار گیرند. با این وجود اکثر آن ها در بالادست ( upstream ) قرار می گیرند. در پروکاریوت ها enhancer  ها به پروموتور بسیار نزدیک هستند ، اما در یوکاریوت ها می توانند از پروموتور دور باشند.

 

( a ) ژن glnA در  E. coli

 

 

( b ) ژن های GAL1 and GAL10 در مخمر

 

 

( c ) کلاستر های  ژن های  b globin در انسان  

 

 

شکل 4-C-4 مثال هایی از enhancer ها

 

 

( a ) E. coli glnA gene

Enhancer ژن glnA در فاصله 120 جفت بازی از سایت آغاز وجود دارد که دارای دو سایت اتصال از فاکتور رونویسی پروتئین C تنظیم کننده نیتروژن  ( NTRC ) می باشد.

 

( b ) ژن های GAL1 و GAL10 مخمر

این دو ژن توسط enhancer های مشابهی که در میان آن ها قرار دارند ، تنظیم می شوند. دو ژن در دو مسیر مخالف رونویسی می شوند. بنابراین ، enhancer در بالادست هر دو سایت آغازین قرار می گیرد. که همین طور آن را سکانس های فعال کننده بالادست ( UAS ) می نامند که دارای چهار سایت اتصال برای فاکتور رونویسی GAL4 می باشد.

 

( c ) کلاستر  ژن بتا گلوبولین انسان

کلاستر ژن بتا گلوبولین در انسان توسط ناحیه تقویت کننده ( enhancer ) ای که شامل HS1 تا HS4 می باشد ،  کنترل می شوند. این ناحیه تقویت کننده  دارای سایت های اتصال GATA-1, NF-E2, AP-1 و سایر فعال کننده های رونویسی ( برای مشاهده بیشتر به سرور ژن های گلوبولین سر بزنید ) می باشد. این ناحیه به عنوان ناحیه کنترل لوکوس ( LCR ) شناخته شده است ، که بیان تمام پنج ژن  (e, Gg, Ag, d and b ) را حتی زمانی که فاصله میان HS4 و ژن بتا بیشتر از 60 کیلو باز باشد را بر عهده دارد.

 

 

جدول 4-C-3 . مثال هایی از فعال کننده های رونویسی در پستانداران

فعال کننده رونویسی	توالی مورد توافق	فعال کننده رونویسی	توالی مورد توافق
AP-1	TGAGTCA	p53	PuGPuCATGPyCPy
AP-2	CCC(A/C)N(C/G)3	NF-kB	GGGPuNTPyPyCC
Oct-1	ATGCAAAT	NFAT	GGAGAPu
GATA-1	(A/T)GATAPu	NF-E2	TGACTCAG

 

Pu = Purine (A or G);  Py = Pyrimidine (C or T);  N = any.

Review Article:

Locus control regions - Blood, 2002

 

فصل 4 بخش c5 ( خاموش کننده ها )

خاموش کننده ( silencer )

Silencer عناصری از DNA هستند که به فاکتور های رونویسی ( repressor ها ) متصل می شوند و می توانند از رونویسی جلوگیری کنند. در پروکاریوت ها خاموش کننده ها به عنوان اپراتور شناخته می شوند که در بسیاری از ژن ها مانند اپران لک و اپران تریپتوفان وجود دارند. در یوکاریوت ها ژن های زیر دارای silencer می باشند : ( لینک به چکیده مطلب )

• Human b globin gene  
• Human CD95(Fas/APO-1) gene  
• Human dopamine beta-hydroxylase (DBH) gene
• Brain-derived neurotrophic factor gene

   در چند مورد ، DNA می تواند به عنوان enhancer یا silencer عمل کند که این ویژگی به پروتئین اتصال بستگی دارد. برای مثال ، ژن های معینی دارای عناصری هستند که E box خوانده می شوند ( شامل  CACGTG  می باشد) ؛ که این ژن ها می توانند به دایمر Max/Myc یا دایمر Max/Mad متصل شوند. دایمر Max/Myc می تواند رونویسی را فعال در حالی که دایمر Max/Mad رونویسی از این ژن ها را غیر فعال ( خاموش ) می کند.

 

مقاله  مروری :

Co-repressors 2000 - FASEB J., 2000.

 

فصل 4 بخش c3

Figure 4-C-3a.  The promoter region of the IL-2 gene

Figure 4-C-3b.  The complex formed by NFAT, AP-1(Fos/Jun) and DNA.  PDB ID = 1A02.

 

فصل 4 بخش c2 ( پروموتور اپران لک )

پروموتور اپران لک

اپران lac در E.coli توسط Francois Jacob, Andre Lwoff and Jacques Monod برای بررسی کردن مکانیسم رونویسی در سال 1960 مورد بررسی قرار گرفت. سکانس های پروموتور در شکل های زیر نشان داده شده اند

( a )

( b )

شکل 4-C-2  . پروموتور اپران لک ( که رونویسی از lacZ را تنظیم میکند و نه lacI ) .  ( a ) نشان می دهد که اعداد سکانس های ژنوم  از سمت چپ به راست افزایش می یابند. توالی 5َ به 3َ آن در اطلاعات پایه ای مشابه هستند ( AE000141 ) ( b ) نشان می دهد که اعداد سکانس های پروموتور از سمت چپ به راست افزایش می یابند. توالی های آن از 5َ به 3َ قابل قیاس با  توالی مورد توافق هستند.

DNA دو رشته ای با یکدیگر مکمل هستند. تنها سکانس های یک رشته برای ارائه اطلاعات هر دو رشته کافی می باشد. طبق قرارداد از سکانس های 5َ به 3َ ( چپ به راست ) استفاده می شود طبق شکل بالا ، سکانس پروموتور اپران لک TATGTT در ناحیه 10- و TTTACA  در ناحیه 35- می باشد. بر طبق جدول  4-C-1 توالی مورد توافق سیگما 70 که اپران لک را تنظیم می کند توالیTATAAT  در ناحیه 10- و  TTGACA  در ناحیه 35- می باشد. آن ها در سه موقعیت با هم تفاوت دارند ( دو تا در 10- و یکی در 35- ) . به شیوه آزمایشگاهی دانشمندان دریافتند که اتصالRNA پلیمراز به پروموتور لک نسبتا ضعیف می باشد. رونویسی از اپران لک اغلب نیازمند فعال کننده هایی مانند پروتئین های فعال کننده کاتوبولیتی ( CAP ) نیازمند است.

 

فصل 4 - بخش c1 ( پروموتور )

پروموتور  ( promoter )

پروموتور ناحیه ای از DNA می باشد که آغاز رونویسی در آنجا صورت می گیرد. در پروکاریوت ها توالی پروموتور توسط فاکتور سیگمای RNA پلیمراز شناسایی می شود اما در یوکاریوت ها توسط فاکتور ها مخصوص رونویسی شناسایی می شود.

 

E. coli

E. coli دارای پنج سیگما فاکتور می باشد :

سیگما 70 : بیان اغلب ژن ها را تنظیم می کند.

سیگما 32 : بیان پروتئین های شوک حرارتی را تنظیم می کند.

سیگما 28 : بیان اپران فلاژل ( در جابه جایی سلولی نقش دارد ) را تنظیم می کند.

سیگما 38 : بیان ژن هایی که ضد فشار های ( تغییرات ) خارجی عمل دارند را تنظیم می کند.

سیگما 54 : بیان ژنی متابولیسم نیتروژن را تنظیم می کند.

جدول .4-C-1

سیگما فکتور E. coli  و سایر فاکتور های مورد توافق با سایت های شناسایی مربوط به خود ( پروموتور )

جدول 4-C-1 توالی های مورد توافق پروموتور هایی را نشان می دهد که توسط سیگما فاکتور E.coli شناسایی می شوند. ( به جز سیگما 38 که هنوز مشخص نشده است ). توالی مورد توافق ، توالی مطلوب برای برهمکنش آن با پروتئین های تنظیمی خود است. پروموتور باید حاوی سکانس های مشابه ( خیلی نزدیک ) با توالی مورد توافق باشد.

مثال :  اپران لک

 

یوکاریوت :

در یوکاریوت ها ، تفاوت قابل توجهی میان رونویسی از ژن های پروتئین ها و ژن های RNA وجود دارد. اغلب بخش های فصل 4 به بررسی رونویسی از ژن های پروتئین ها می پردازد. ژن های RNA   دربخش I شرح داده شده اند.

پروموتور معمول در ژن های پروتئین های یوکاریوتی جعبه TATA ( در 35- تا 20- واقع شده است ) می باشد. این توالی مورد توافق ( TATAAA ) بسیار مشابه با سایت اتصال فاکتور سیگما 70 در ناحیه 10- می باشد. پروموتور دیگر را آغازگر ( Inr ) می نامند ؛ که دارای توالی مورد توافق PyPyAN(T/A)PyPy می باشد . Py نشان دهنده پریمیدن ( C یا T ) و N می تواند هر چیزی باشد. باز A در موقعیت سوم در مکان 1+ قرار دارد ( 1+ نشان دهنده سایت آغاز رونویسی می باشد. )

جدول 4-C-2 . عناصر پروموتور یوکاریوتی

 

پروتئینی که با آغازگر و جعبه TATA برهمکنش دارد را پروتئین متصل شونده به جعبه TATA ( TBP ) می نامند ،  زیرا جعبه TATA زودتر از آغازگر شناسایی می شود. TBP فقط هسته پروموتور ژن های پروتئینی را شناسایی نمی کند ، بلکه پروموتور های RNA را نیز شناسایی می کند ( بخش I ) . TBP زیر واحدی از فاکتور رونویسی عمومی TFIID می باشد. در یوکاریوت ها ، رونویسی محتاج به چندین فاکتور رونویسی عمومی است که فاکتور های رونویسی را تنظیم می کنند.

مثال :

The promoter region of the IL-2 gene - contains TATA box and the binding sites of transcription factors: NFAT, Oct-1, NF-kB and AP-1.

Review Articles:

Biological Role of the CCAAT/Enhancer-binding Protein Family of Transcription Factors - J. Biol. Chem., 1998.

C/EBP and the Control of Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Gene Transcription in the Liver - J. Biol. Chem., 1998.

Core promoters: active contributors to combinatorial gene regulation - Genes and Development, 2001.

A unified nomenclature for TATA box binding protein (TBP)-associated factors (TAFs) involved in RNA polymerase II transcription - Genes and Development, 2002

فصل 4 بخش c

عناصر تنظیم ژن

ژن حاوی ناحیه رونویسی و ناحیه تنظیمی می باشد. ناحیه تنظیمی بخشی از DNA است که به رونوشت اولیه ( مولکول RNA ای که مکمل ناحیه رونویسی است )رونویسی می شود. ناحیه تنظیمی به دو ناحیه تنطیمی سیس ( cis acting ) و ترانس ( trans acting ) تقسیم بندی می کنند. عناصر تنظیمی سیس سایت های اتصالی برای فاکتور های رونویسی هستند که در واقع آن ها پروتئین هایی هستند که می توانند رونویسی را تحت تاثیر قرار دهند. ( رونویسی را کاهش یا افزایش دهند). عناصر تنظیمی ترانس توالی از DNA می باشند که فاکتور های رونویسی را encode می کنند.

عناصر سیس را به چهار دسته زیر تقسیم می کنند :

 

پروموتور

ناصر DNA ای که در آن جا آغاز رونویسی اتفاق می افتد

 

تقویت کننده ( enhancer )

عنصری که با اتصال به فاکتور های رونویسی می تواند رونویسی را افزایش دهد. فاکتور رونویسی که به enhancer متصل می شود را فعال کننده رونویسی می نامند.

 

خاموش کننده ( silencer )

عناصری که با اتصال با فاکتور های رونویسی می توانند رونویسی را کاهش دهند. فاکتور هی رونویسی که به silencer متصل می شوند را رپرسور می نامند.

 

عنصر واکنش ( response )

ناحیه شناخت فاکتور های رونویسی

 

 

شکل 4-C-1 . سازمان یابی ژنی . ناحیه رونویسی شامل اگزون ها و اینترون ها می باشد. عنصر تنظیمی شامل پروموتور ، عنصر واکنش ، افزایش دهنده و خاموش کننده می باشد ( نشان داده نشده اند). پایین دست به مسیر رونویسی و بالا دست به جهت خلاف رونویسی اشاره دارد. شماره گذاری جفت باز ها در ناحیه پروموتور به این  صورت می باشد که اعداد در مسیر رونویسی افزایش می یابند و 1+  برای سایت آغازین اختصاص داده شده است. موقعیت صفر وجود ندارد و جفت بازی که در ناحیه بالادست 1+ وجود دارد 1- می باشد و نه صفر.

 

سایتی برای علاقمندان :

Database of transcriptional start sites