در فصل گذشته دیدید که واحد سازنده مولکول دنا، نوکلئوتید است ولی پلیپیتیدها از آمینواسید تشکیل شدهاند. چون دستور العمل ساخت پلیپپتیدها در مولکول دنا قرار دارد، پس باید بین نوکلئوتیدهای ژن و آمینواسیدهای پلیپپتید، ارتباطی وجود داشته باشد.
دنا چگونه نوع آمینواسیدهای پلیپپتید را تعیین میکند؟
آموختید که در مولکول دنا، ۴ نوع نوکلئوتید وجود دارد که فقط در نوع بازهای آلی تفاوت دارند. درحالیکه پلیپپتیدها از ۲۰ نوع آمینواسید تشکیل شدهاند. پس از پژوهشهایی مشخص شد که هر توالی ۳ تایی از نوکلئوتیدهای دنا، بیانگر نوعی آمینواسید است. با ۴ نوع نوکلئوتید به کار رفته در دنا ۶۴ توالی ۳ نوکلئوتیدی مختلف ایجاد میشود که میتوانند رمز ساخت پلیپیتیدهایی با ۲۰ نوع آمینواسید را داشته باشند: به هریک از این توالیهای سه نوکلئوتیدی در دنا رمز میگویند.
نقش مولکول رنا به عنوان میانجی
میدانید که پلیپپتیدها براساس اطلاعات دنا و توسط رناتنها در سیتوپلاسم ساخته میشوند. در یاختههای دارای هسته، چون رناتنها درون هسته حضور ندارند، فرایند ساخت پلیپپتید در آن انجام نمیشود. با توجه به اینکه اطلاعات دنا برای ساخت پلیپتید ضروری است و دنا هم از هسته خارج نمیشود، این سوال پیش میآید که دستورات ساخت پلیپپتید چگونه به بیرون هسته منتقل میشود؟
پاسخ در مولکول رنا است. همانطورکه دیدید انواعی از رنا دریاخته وجود دارند که درپروتئینسازی نقش دارند. این رناها از روی مولکول دنا ساخته میشوند. به ساخته شدن مولکول رنا از روی بخشی از یک رشته دنا، رونویسی گفته میشود.
اساس رونویسی شبیه همانندسازی است. در این فرایند نیز با توجه به نوکلئوتیدهای رشته دنا، نوکلئوتیدهای مکمل در زنجیره رنا قرار میگیرد و به هم متصل میشوند. برخلاف همانندسازی که در هر چرخه یاختهای یک بار انجام میشود، رونویسی یک ژن میتواند در هر چرخه بارها انجام شود و چندین رشته رنا ساخته شود. آیا میتوانید تفاوتهای دیگری برای این دوفرایند بیان کنید؟
آنزیمهای ویژهای رونویسی را تسهیل میکنند
دریاخته انواعی از رنا ساخته میشود. عمل رونویسی از دنا به کمک آنزیمها انجام میشود. این آنزیمها را، تحت عنوان کلی رنابسپاراز نامگذاری میکنند.
در پروکاریوتها یک نوع رنابسپاراز وظیفه ساخت انواع رنا را بر عهده دارد. دریوکاریوتها، انواعی از رنابسپاراز، ساخت رناهای مختلف را انجام میدهند: مثلا رنای پیک توسط رنابسپاراز ۲، رنای ناقل توسط رنابسپاراز ۳ و رنای رناتنی توسط رنابسپاراز ۱ ساخته میشود.
بررسی کنید
الف. کدام رنابسپاراز به طور مستقیم آنزیم تولید میکند؟
پاسخ
رنابسپاراز یک رنای رناتنی را تولید میکند که خود نوعی آنزیم است.
ب. آیا در یوکاریوتها رنابسپارازی هست که کار رنابسپاراز ۱، ۲ و ۳ را با هم انجام بدهد؟
پاسخ
رنابسپاراز سیتوپلاسمی (در میتوکندری و پلاستها) کار هر سه رنابسپاراز را انجام میدهد.
مراحل رونویسی
رونویسی فرایندی پیوسته است ولی برای سادگی موضوع، آن را به سه مرحله آغاز، طویل شدن و پایان تقسیم میکنند. دراین مراحل، آنزیم رنابسپاراز، عمل رونویسی را از بخشی از یک رشته دنا انجام میدهد.
مرحله آغاز
در این مرحله، رنابسپاراز به مولکول دنا متصل میشود و دو رشته آن را از هم باز میکند. به نظر شما برای باز شدن دو رشته کدام پیوندها در این ناحیه شکسته میشوند؟ برای اینکه رونویسی ژن از محل صحیح خود شروع شود توالیهای نوکلئوتیدی ویژهای در دنا وجود داردکه رنابسپاراز آن را شناسایی میکند. به این توالیها، راهانداز گفته میشود. راه انداز موجب میشود رنابسپاراز اولین نوکلئوتید مناسب را به طور دقیق پیدا و رونویسی را از آنجا آغاز کند. دراین حالت بخش کوچکی از مولکول دنا باز و زنجیره کوتاهی از رنا ساخته میشود. نحوه عمل رنابسپاراز به این صورت است که آنزیم با توجه به نوع نوکلئوتید رشته الگوی دنا، نوکلئوتید مکمل را در برابر آن قرار میدهد و سپس این نوکلئوتید را به نوکلئوتید قبلی رشته رنا متصل میکند. در رونویسی، نوکلئوتید یوراسیلدار رنا به عنوان مکمل در برابر نوکلئوتید آدنیندار دنا قرار میگیرد.
مرحله طویل شدن
دراین مرحله رنابسپاراز ساخت رنا را ادامه میدهد که درنتیجه آن، رنا طویل میشود. همچنانکه مولکول رنابسپاراز به پیش میرود، دو رشته دنا در جلوی آن باز و در چندین نوکلئوتید عقبتر، رنا از دنا جدا میشود و دو رشته دنا مجددا به هم میپیوندند.
مرحله پایان
در دنا توالیهای ویژهای وجود دارد که موجب پایان رونویسی توسط آنزیم رنابسپاراز میشوند. در این محلها، آنزیم از مولکول دنا و رنای تازه ساخت جدا و دو رشته دنا به هم متصل میشوند.
بررسی کنید
الف. جنس راهانداز از رناست یا دنا؟
پاسخ
راهانداز روی دنا قرار دارد و بنابراین جنس آن نیز از دناست.
ب. آیا جایگاه آغاز رونویسی راهانداز است؟
پاسخ
نه، جایگاه آغاز رونویسی نوکلئوتیدیست که رونویسی از آن شروع میشود.
پ. در یوکاریوتها تنوع دنابسپاراز بیشتر است یا رنابسپاراز؟
پاسخ
دنابسپاراز یک آنزیم است درحالی که رنابسپاراز سه نوع آنزیم دارد.
ت. از بین موارد گفته شده کدامیک به هر دو رشته دنا متصل میشوند؟
۱-دنابسپاراز
۲-هلیکاز
۳-رنابسپاراز
پاسخ
رنابسپاراز و هلیکاز به دو رشته دنا متصل میشوند اما دنابسپاراز به یک رشته متصل میشود.
ث. حرکت کدام آنزیم همواره یک جهته است؟
۱-دنابسپاراز
۲-رنابسپاراز
پاسخ
رنابسپاراز همواره در یک جهت حرکت میکند. در مورد دنابسپاراز دقت کنید این آنزیم در فرایند ویرایش میتواند حرکتی خلاف جهت حرکت اصلی خود داشته باشد.
ج. آیا در رونویسی پس از هر بار تشکیل پیوند هیدروژنی پیوند فسفودیاستر نیز برقرار میشود؟
پاسخ
بعد از قرار گرفتن نوکلئوتید اول در جایگاه شروع رونویسی هیچ پیوند فسفودیاستری تشکیل نمیشود.
چ. کدام آنزیم میتواند نوکلئوتیدهایی را با نوکلئوتیدهای راهانداز جفت کند؟
۱-دنابسپاراز
۲-رنابسپاراز
پاسخ
بعد از قرار گرفتن نوکلئوتید اول در جایگاه شروع رونویسی هیچ پیوند فسفودیاستری تشکیل نمیشود.
ح. آیا در مرحله آغاز شکسته شدن پیوند هیدروژنی دیده میشود؟
پاسخ
بله. در مرحله آغاز رنابسپاراز پیوند بین دو رشته را باز میکند.
خ. آیا در مرحله آغاز پیوند هیدروژنی بین دنا و رنا شکسته میشود؟
پاسخ
خیر. در مرحله طویل شدن و پایان این اتفاق رخ میدهد.
د. در کدام مرحله رونویسی حرکت رنابسپاراز دیده میشود؟
پاسخ
در هر سه مرحله رونویسی حرکت رنابسپاراز دیده میشود.
فقط یکی از دو رشته دنا در هر ژن رونویسی میشود
همانطور که گفته شد، ژن بخشی از مولکول دنای دو رشتهای است ولی رونویسی از روی هر دو رشته یک ژن انجام نمیشود. به نظر شما اگر از روی دو رشته یک ژن رونویسی انجام میشد، محصولات این دو رشته مکمل نسبت به هم چگونه میشدند؟ مسلما رنا و پلیپپتید ساخته شده از روی دو رشته مکمل دنا بسیار متفاوت میشدند. بنابراین برای هر ژن خاص، یکی از دو رشته رونویسی میشود. به بخشی از رشته دنا که مکمل رشته رنای رونویسی شده است رشته الگو میگویند. به رشته مکمل همین بخش در مولکول دنا، رشته رمزگذار گفته میشود، زیرا توالی نوکلئوتیدی آن شبیه رشته رناییست که از روی رشته الگوی آن ساخته میشود. به نظر شما رشته رنا با رشته رمزگذار چه تفاوتهایی میتواند داشته باشد؟ پاسخ در نوکلئوتیدهای مورد استفاده است: مثلا به جای نوکلئوتید تیمیندار در دنا، نوکلئوتید یوراسیلدار در رنا قرار دارد.
رشته مورد رونویسی یک ژن ممکن است با رشته مورد رونویسی ژنهای دیگر یکسان یا متفاوت باشد.
در همانندسازی یوکاریوتها
الف. اگر بین دو ژن یک راه انداز وجود داشته باشد همانندسازی این دو ژن هم جهت است یا در خلاف جهت هم انجام میشود؟
پاسخ
همانندسازی هم جهت است.
ب. اگر بین دو ژن یک توالی پایان باشد همانندسازی این دو ژن هم جهت است یا در خلاف جهت هم انجام میشود؟
پاسخ
همانندسازی هم جهت است.
پ. اگر بین دو ژن متوالی دو راه انداز باشد همانندسازی این دو ژن هم جهت است یا در خلاف جهت هم انجام میشود؟ در این حالت رنابسپارازها از هم دور میشوند یا به هم نزدیک میشوند؟
پاسخ
همانندسازی خلاف جهت است و رنابسپارازها از هم دور میشود.
ت. اگربین دو ژن متوالی توالی پایان دیده نشود همانندسازی این دو ژن همجهت است یا ر خلاف جهت هم انجام میشود؟
پاسخ
مانند سوال قبل همانندسازی خلاف جهت است و رنابسپارازها از هم دور میشود.
رناهای ساخته شده دچار تغییر میشوند
درچند دهه گذشته، پژوهشگران دریافتند که در یاختههای یوکاریوتی، رنای ساخته شده در رونویسی با رنایی که در سیتوپالاسم وجود دارد تفاوتهایی دارد. بعدها مشخص شد که این مولکولها برای انجام کارهای خود دستخوش تغییراتی میشوند.
تغییرات رنای پیک
رنای پیک ممکن است دستخوش تغییراتی در حین رونویسی و یا پس از آن شود. یکی از این تغییرات حذف بخشهایی از مولکول رنای پیک است. در بعضی ژنها، توالیهای معینی از رنای ساخته شده، جدا و حذف میشود و سایر بخشها به هم متصل میشوند و یک رنای پیک یکپارچه میسازند. به این فرایند پیرایش گفته میشود.
این فرایند هنگامی آشکار شد که دانشمندان یک رنای پیک درون سیتوپلاسم را با رشته الگوی ژن آن در دنا مجاورت دادند. آنها دریافتند که بخشهایی از دنای الگو با رنای رونویسی شده، دو رشته مکمل را تشکیل میدهند ولی بخشهایی نیز فاقد مکمل باقی میمانند. این بخشها به صورت حلقههایی بیرون از مولکول دو رشتهای قرار میگیرند. به این نواحی که درمولکول دنا وجود دارد ولی رونوشت آن در رنای پیک سیتوپلاسمی حذف شده میانه (اینترون) میگویند. به سایر بخشهای مولکول دنا، که رونوشت آنها حذف نمیشوند بیانه (اگزون) گفته میشود. در واقع رنای رونویسی شده از رشته الگو، در ابتدا دارای رونوشتهای میانه دنا است. به این رنا، رنای نابالغ یا اولیه گفته میشود. با حذف این رونوشتها از رنای اولیه و پیوستن بخشهای باقیمانده به هم، رنای بالغ ساخته میشود.
با توجه به تغییرات رنا در یوکاریوتها
الف. آیا پیرایش تنها تغییری است که رنا در یوکاریوتها تجربه میکند؟
پاسخ
رنای پیک ممکن است دستخوش تغییراتی در حین رونویسی و یا پس از آن شود. یکی از این تغییرات حذف بخشهایی از مولکول رنای پیک است.
ب. آیا تغییرات رنای پیک صرفا در یوکاریوتها دیده میشود؟
پاسخ
بله.
پ. در فرایند پیرایش تشکیل پیوند فسفودیاستر بیشتر است یا شکستن آن؟
پاسخ
در پیرایش تشکیل فسفودیاستر از شکستن آن کمتر است.
ت. آیا میتوان رنای پیکی دید که از ژن سازنده آن نوکلئوتید بیشتری داشته باشد؟
پاسخ
همواره تعداد نوکلئوتید رنا از ژن سازنده آن کمتر است. دقت کنید ژن دو رشتهای و رنای پیک تک رشتهایست.
شدت و میزان رونویسی
به طور کلی میزان رونویسی یک ژن به مقدار نیاز یاخته به فراوردههای آن بستگی دارد. بعضی ژنها، مانند ژنهای سازنده رنای رناتنی در یاختههای تازه تقسیم شده بسیار فعالاند زیرا باید تعداد زیادی ازاین نوع رنا را بسازند. دراین نوع ژنها، همزمان تعداد زیادی رنابسپاراز از ژن رونویسی میکنند. به این دلیل که در هر زمان، رنابسپارازها در مراحل مختلفی از رونویسی هستند، در زیر میکروسکوپ الکترونی، اندازه رناهای ساخته شده متفاوت دیده میشود. در این تصاویر رناها از اندازه کوتاه به بلند دیده میشود. با توجه به شکل آیا میتوانید جهت رونویسی هر ژن را مشخص کنید؟