|
فصل1
از ژن تا پروتئین
در سال 1909 پزشکی به نام
"آرچیبلد
گرو"
موفق به یافتن رابطه ای بین یک نقص آنزیمی و بیماری
ارثی آلکاپتونوریا شد که اساس نظریه مرکزی و نظریه یک ژن
یک رشته پلی پپتید قرار گرفت.
بیماری آلکاپتونوریا بیماری است که در آن ادرار افراد در مجاورت هوا
سیاه می شود و علت آن فقدان آنزیم تجزیه کننده ماده ای به نام
هموجنتیسیک اسید است. تا قبل از این بیشتر پژوهشهای ژنتیکی بر
روی صفاتی انجام می شد که قابل مشاهده بودند. برای مثال مندل ، بررسی
های خود را روی صفات قابل مشاهده، همچون رنگ گل یا شکل دانه
انجام میداد. اما در سال 1940 دو دانشمند به نام بیدل و تیتوم
تصمیم گرفتند که پژوهش های خود را بر روی ژنهایی انجام دهند که
مسئول انجام واکنشهای متابولیک سلول هستند. به این منظور از کپک
نوروسپورا استفاده شد.
علت استفاده از کپک نوروسپورا:
این
قارچ یوکاریوت و هاپلوئید
می تواند درمحیط کشت حد اقل رشد کند و با تولید تعداد زیادی هاگ تولید
مثل نماید.
محیط کشت حد اقل شامل:
محلول رقیقی از انواع نمک ها، شکر و نوعی ویتامین به نام
بیوتین
است.
نکته21:
هر گونه تغییر در رمزهای وراثتی
جهش ( موتاسیون )
نام دارد.
انواع جهش:
1-
جهش های کوچک یا جهش در سطح
DNA:
الف: حذف یک نوکلئوتید. ب: اضافه شدن یک نوکلئوتید.
ج: جایگزین شدن یک نوکلئوتید به جای نوکلئوتید دیگر.
2-
جهش های بزرگ یا جهش در سطح کروموزوم:
الف: حذف. ب: مضاعف شدن. ج:
واژگونی . د: جابجایی.
نکته22:
عواملی که باعث ایجاد جهش در ژنوم می شوند، عوامل
جهش زا
یا موتاژن
نام دارند. این عوامل می توانند؛ اشعه
X،
اشعه ماوراء بنفش، دود سیگار، و هر عامل دیگری مثل بسیاری از مواد
صنعتی باشند.
بیدل و تیتوم برای ایجاد جهش در نوروسپورا از اشعه
X
استفاده کردند. بعد از تابش اشعه، تعدادی از کپکها قادر به رشد در محیط
حد اقل نبودند، اما بعد از اضافه کردن بعضی مواد آلی به
محیط حد اقل ، رشد خود را از سر گرفتند. کپکهایی که نمی توانستند در
محیط کشت حد اقل رشد کنند
جهش یافته
یا موتانت
نامیده شدند. هر کدام از این جهش یافته ها با اضافه کردن یک ماده قادر
به رشد در محیط حد اقل بودند. برای مثال اضافه کردن آمینو اسید آرژنین،
اورنیتین و یا سیترولین به محیط حد اقل می توانست به رشد بعضی از
قارچها کمک کند.
تعریف:
مسر متابولیکی
ارتباط بین چند ماده با هدف ساخته شدن یک متابولیت نهایی است. به این
ترتیب که هر ماده به عنوان پیش ماده ساخت محصول قرار می گیرد.
نکته23:
تبدیل هر پیش ماده به محصول توسط آنزیمها انجام می گیرد.
مسیر متابولکی ساخت آرژنین به صورت زیر خلاصه می شود. (
X
پیش ماده اولیه و ناشناخته است.)
وقوع جهش در ژن هر کدام از آنزیمهای سه گانه فوق منجر به توقف رشد
نوروسپورا در محیط حد اقل می شود.
الف: جهش در آنزیم 1: با اضافه کردن ارنیتین، سیترولین و آرژنین
به محیط حد اقل، کپک رشد را از سر می گیرد.
ب: جهش در آنزیم 2: با اضافه کردن سیترولین و آرژنین، به محیط حد اقل،
کپک رشد را از سر می گیرد.
ج: جهش در آنزیم 3 : فقط با اضافه کردن آرژنین، به محیط حد اقل، کپک
رشد را از سر می گیرد.
نتیجه:
جهش در هر ژن موجب تولید پروتئین هایی می شود که از نظر ساختمانی
دچار نقص هستند و مخصوصاً زمانی که این پروتئین ها نقش آنزیمی
داشته باشند قادر به انجام فعالیت متابولیکی خود نخواهند بود. به این
ترتیب نظریه
یک ژن، یک آنزیم
شکل گرفت. اما همیشه ژنها کد کننده پروتئین هایی نیستند که نقش آنزیمی
داشته باشند. بنابر این، نظریه به شکل
یک ژن، یک رشته پلی پپتیدی
تغییر کرد.
نکته24 :
اورنیتیون و سیترولین
واسته های متابولیکی
مسییر فوق هستند.
1-1- رمزهای وراثتی
نوکلئوتیدها، واحدهای سازنده
DNA
و
RNA
هستند. فقط چهار نوکلئوتید مختلف شامل : آدنین (A)،
گوانین(G)
، سیتوزین(C)
و تیمین(T)
در ساختار
DNA
شرکت دارند و
الفبای ژنتیک
نامیده میشوند. ترتیب قرار گرفتن این نوکلئوتیدها به دنبال
یکدیگر رمزهای وراثتی را بوجود می آورد که محصول بیان آن، پلی
پپتید های متنوع است.
نکته25:
واحد سازنده پلی پپتیدها، 20 اسید آمینه مختلف است.
با توجه به این که فقط چهار نوکلئوتید برای رمز 20 اسید آمینه موجود
است ، پس یک نوکلئوتید برای رمز هر اسید آمینه کافی نخواهد بود.
وجود دو نوکلئوتید هم کافی نمیباشد. فقط در شرایطی امکان رمز 20
اسید آمینه ممکن است که رمز هر اسید آمینه از یک ترکیب سه نوکلئوتیدی
مختلف تشکیل شده باشد. به این ترتیب 64 رمز متفاوت خواهیم داشت و حتی
بعضی از اسید های آمینه با بیشتر از یک رمز کد خواهند شد.
نکته26:
هر سه نوکلئوتید متوالی قادر به رمز کردن یک آمینو اسید است. این ترتیب
نوکلئوتید را در
DNA
،
کد
و در
RNA،
کدون
می نامند.
نکته27:
DNA
حاوی اطلاعات لازم برای ساخت پروتئین ها است. اما
DNA
در هسته سلول یوکاریوتی و یا ناحیه نوکلئوئیدی سلول پروکاریوتی
قرار دارد و پروتئین سازی توسط ریبوزومها و در داخل سیتوپلاسم انجام می
گید. بنابر این برای انتقال اطلاعات از هسته به سیتوپلاسم، نیاز
به مولکولی رابط و یا میانجی به نام
RNA
خواهد بود.
1-2- شناسایی رمزهای وراثتی
تلاش برای شناسایی رمزهای وراثتی توسط نیرنبرگ و همکاران او شروع شد و
در نهایت همین گروه موفق به کشف رمز
DNA
شدند و جایزه نوبل سال 1968 را به خود اختصاص دادند. نیرنبرگ برای
شناسایی رمزهای
DNA
از مولکول
mRNA
استفاده کرد. به این منظور از مولکول
mRNA
یی استفاده کردند که فقط نوکلئوتید یوراسیل (U)
داشت. این مولکول
mRNA
را در محلولی از عصاره سلولی و حاوی هر 20 اسید آمینه قرار دادند. به
دلیل حضور
tRNA
و ریبوزومها و همینطور اسید های آمینه ، شرایط برای سنتز مولکول پلی
پپتید مهیا بود. مولکول پلی پپتید ساخته شده مورد تجزیه شیمیایی قرار
گرفت و مشخص شد که از 20 نوع اسید آمینه مختلف ، فقط اسید آمینه فنیل
آلانین در ساختار آن شرکت دارد. به این ترتیب مشخص شد که توالی
UUU
بر روی
mRNA
، رمز اضافه شدن اسید آمینه فنیل آلانین به رشته پلی پپتید در حال ساخت
است. همانطور که گفته شد این توالی بر روی
mRNA
کدون نام دارد که مکمل توالی
AAA(
کد) بر روی
DNA
می باشد. با تغییر نوکلئوتیدها ی شرکت کننده در ساختار
mRNA،
رمزهای وراثتی مربوط به سایر اسید های آمینه هم شناسایی شد و مشخص
گردید که رمزهای وراثتی در تمام موجودات زنده یکسان است.
نکته28
:
بعضی از اسید های آمینه بیشتر از یک رمز دارند.
نکته29:
برای شروع رونویسی یک رمز
AUG
وجود دارد که اسید آمینه متیونین را کد می کند. به این معنی که تمام
پلی پپتید ها با اسید آمینه متیونین شروع می شوند. هر چند که گاهی
ممکن است ضمن پردازش رشته پلی پپتید از آن جدا شوند.
نکته30:
سه کدون
UAA،
UAG
و
UGA
رمزهای خاتمه ترجمه هستند. به این معنی که ریبوزوم بعد از برخورد با
آنها ترجمه را متوقف کرده و از
mRNA
جدا می شود.
ادامه دارد.............
|
