)Replication(DNAهمانندسازی
به شکل نیمه حفاظتی ونیمه ناپیوسته:
-مدل نیمه حفاظتی:بعد همانندسازی یکی ازرشته هاجدیدودیگری قدیمی است.
-مدل نیمه ناپیوسته:درهمانندسازی ،سنتزرشته پیروناپیوسته وسنتزرشته پیشروپیوسته است.
مدل همانندسازی نیمه حفاظت شده
مدل نیمه ناپیوسته
همانندسازی درپروکاریوت ها:
:DNA عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازی
پروتئینDnaA
پروتئین تترامری برای شناسایی جایگاه شروع واتصال به نواحی 9نوکلئوتیدی
معادل این پروتئین درویروس :sv40آنتی ژن T-درمخمرپروتئین ORCودرفاژλپروتئین Oاست.
عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازیDNA
توپوایزومراز:
برای تغییرشکل فضاییDNA برای راحت حرکت کردن کمپلکس همانندسازی
DNAهلیکازشامل پروتئینRepو:DnaB
Rep:فعالیت هلیکازی داشته وروی رشته رهبرقرارداردوسریعتراز DnaBاست.
DnaB:هگزامری که به هرکدام ازواحدهایش یک پروتئین کوچکDnaCوصل شده که DnaBراتاچنگال همانندسازی راهنمایی میکند.
DNA عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازی
DnaC:
وظیفه هدایت DnaBراتاچنگال همانندسازی داشته وباهیدرولیز ATPازآن جدا میشود.
پروتئین های SSBP:
تترامری که بااتصال به نواحی تک رشته DNA،مانع تشکیل مجدددورشته ای DNAیاتشکیل لوپ سنجاق سری میشوند.
عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازیDNA
پلیمراز:RNAیاپرایمازوDnaG
:وظیفه تولیدپرایمربرای رشته پیروDnaG
پلیمراز:وظیفه تولیدپرایمربرای رشته رهبرRNA
کمپلکس پرایموزوم:
مجموعه7پروتئینی در پشت چنگال همانندسازی وروی رشته پیروشامل:DnaG-DnaC-DnaB وپروتئین هایnوn'و “nو(DnaT)iکه برای تجمع وعملکرداین کمپلکس لازم اند.
عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازیDNA
متیلاز: Dam
متیله کردن آدنین درتوالی پالیندرومی GATC درجایگاه شروع همانندسازی راانجام میدهد.زمان همانندسازی تحت تاثیر متیلاسیون DNAوواکنش های متقابل DNAباغشای پلاسمایی است.
رپلیزوم:
مجموعه پروتئین های موجوددرچنگال همانندسازی شامل کمپلکس پرایموزوم و2آنزیم DNAپلیمرازوپروتئین Rep
عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازیDNA
DNAپلیمراز:I
آنزیمی بایک واحدپروتئینی ودارای اتم روی(Zn)که توسط ژن polAکدمیشودوبرای فعالیتش نیازبه یون منیزیم دارد.توسط پروتئازبه 2قطعه کوچک وبزرگ شکسته میشود.وظیفه اگزونوکلئازی ' 3→' 5راقطعه کوچک برای حذف پرایمروبخش های آسیب دیده طی ترمیم لازم است.وظیفه پلیمرازی ' 3→' 5 واگزونوکلئازی ' 5 →3' راقطعه بزرگ یاکلنوانجام میدهد.
عوامل پروتئینی لازم برای همانندسازیDNA
:IIپلیمرازDNA
فعالیت پلیمرازی ' 3→' 5وفعالیت اگزونوکلئازی '5→'3داشته ودرفعالیت های ترمیمی نقش دارد وتوسط کدمیشود.POLBژن
:IIIپلیمرازDNA
آنزیم اصلی همانندسازی درپروکاریوت هاست.شامل 10 زیرواحد پروتئینی که اززیرواحدهای اصلی وکمکی ساخته شده است.
آنزیم DNAپلیمرازIII
زیرواحدهای اصلی:α(فعالیت پلیمرازی' 3→' 5)و Ɛ(فعالیت اگزونوکلئازی ' 5→' 3)و Ɵ(کمک به تشکیل کمپلکس آنزیم).
زیرواحدهای کمکی:
ß:پروتئین دایمربه عنوان چرخ آنزیم برای دربرگرفتن DNAومسئول افزایش پیشروندگی آنزیم
τ:اتصال 2واحد DNAپلیمرازIIIدرچنگال همانندسازی
آنزیم DNAپلیمرازIII
کمپلکس گاما(ɤ)متشکل ازδδ'χψ2ɤ:قراردادن DNAدرون زیرواحدß
وظیفه کلی زیرواحدهای کمکی افزایش فعالیت ممتدی آنزیم پلیمراز است.
احتمال خطای این آنزیم 1درهر⁷ 10نوکلئوتیداست که ناچیزاست وسرعت پلیمریزاسیونی آن 1000نوکلئوتیددرثانیه است.
مراحل همانندسازیDNA پروکاریوتی
مرحله شروع همانندسازی:
ابتداجداشدن شبه هیستون ها توسط عمل متیلازها-استیلازهاوفسفریلازها
سپس شناسایی جایگاه شروع همانندسازی(این جایگاه شامل چهارناحیه 9نوکلئوتیدی وسه ناحیه 13نوکلئوتیدی است.)توسطDnaAواتصال حدود30تاازآن روی ناحیه 9مری وچرخش چپ گرد DNAحول آنهاووواردآمدن فشاربه نواحی 13مری وبازشدن 2رشته DNA.
مراحل همانندسازیDNA پروکاریوتی
ادامه مرحله شروع همانندسازی:
مرحله بعداتصال هلیکازDnaBبه کمکDnaCروی رشته پیروواتصال پروتئین Repروی رشته پیشرو وبازشدن DNAدورشته ای بامصرفATPوبعداتصال پروتئین های SSBPروی DNA تک رشته وسپس اتصال DnaGوکمپلکس پرایموزوم وسنتزپرایمرودرنهایت اتصال انزیم DNAپلیمرازIIIبه چنگال همانندسازی
مرحله ادامه همانندسازی
همانندسازی رشته پیرو وپیشروتوسط2آنزیمDNAپلیمرازدرجهت ' 3→' 5انجام میشود،به این خاطررشته پیرودرشکم آنزیم پیچ میخوردوقطعات اوکازاکی تشکیل میشود.
مرحله پایان همانندسازی
رسیدن 2چنگال همانندسازی به هم درجایگاه پایان که تقریبا روبروی جایگاه آغازهمانندسازی است.جایگاه پایان شامل 7توالی مشابه غیرپالیندرومی شاملTerE-TerD- TerA-TerC-TerB-TerF-TerG-است.پروتئین Tusبه این جایگاه متصل شده مانع عمل هلیکازDnaBمیشودوچنگال همانندسازی متوقف میشود.2کروموزوم حلقوی ایجادشده که به شکل توپولوژیک به هم وصلندتوسط توپوایزومراز IVازهم جدا میشوند.
همانندسازی دریوکاریوت ها
عوامل پروتئینی دخیل در همانندسازی یوکاریوت ها
استیلاز-فسفریلازومتیلاز:برای جداکردن هیستون ها ازDNA
آنتی ژن T:شناسایی جایگاه های شروع همانندسازی
DNAهلیکازهاشامل DnaZ-پروتئین MCMوهلیکازBموش
پروتئینRFA:هتروترایمری معادلSSBPدرپروکاریوت
عوامل پروتئینی دخیل درهمانندسازی یوکاریوت
پروتئین RFC:پنتامری که وظیفه اش همانندکمپلکس گاماسلول پروکاریوتی است وDNAرادرون مولکول PCNAقرارمیدهد.
PCNA(proliferating cell nuclear antigen):
هموترایمری برای افزایش عمل ممتدی آنزیم DNAپلیمرازدلتا
FEN1وRNaseH:برای حذف قطعات پرایمرازابتدای قطعات اوکازاکی وپرایمررشته رهبر
لیگازوتوپوایزومراز
عوامل پروتئینی دخیل درهمانندسازی یوکاریوت
DNAپلیمرازهای یوکاریوتی
DNAپلیمراز α:شامل 4زیرواحدودارای فعالیت پلیمرازی ' 3→' 5و نیزفعالیت پرایمازی برای ساخت RNAپرایمر.فاقدفعالیت اگزونوکلئازی ' 5 →3′ودرنتیجه فاقدتصحیح اشتباه
DNAپلیمرازß :دارای فعالیت پلیمرازی ' 3→' 5ووظیفه ترمیم وپرکردن شکاف های 20 نوکلئوتیدی
DNAپلیمرازهای یوکاریوتی
DNAپلیمرازδ :هترودایمری که وظیفه اصلی سنتزDNAدریوکاریوت هارابرعهده دارد.فعالیت پلیمرازی ' 3→' 5 واگزونوکلئازی ' 5 →3′دارد.
DNAپلیمراز Ɛ :درفرایندهای ترمیمی نقش داردوبه دوصورت مستقل ووابسته بهPCNAاست وفعالیت پلیمرازی ' 3→' 5 واگزونوکلئازی ' 5 →3′دارد.
DNAپلیمراز ɤ :درهمانندسازی DNAمیتوکندری نقش داردو فعالیت پلیمرازی ' 3→' 5 واگزونوکلئازی ' 5 →3′دارد.
مراحل همانندسازی DNAیوکاریوتی
اصول همانندسازی پروکاریوت هاویوکاریوت هاشبیه هم بوده وعمده تفاوت هادرنوع پروتئین هاوآنزیم های لازم برای همانندسازی است.
ازجمله تفاوت های مهم:
کندبودن سرعت همانندسازی یوکاریوت هابه علت وجودهیستون هاواندازه ژنوم:برای حل این مشکل چندین نقطه شروع همانندسازی درژنوم وجوددارد.
.
طول کمترقطعات اوکازاکی دریوکاریوت هانسبت به پروکاریوت هابه علت کندبودن حرکت آنزیم های همانندساز
دقت همانندسازی بالای یوکاریوت هانسبت به پروکاریوت ها:خطای حدود⁹⁻10
Transcription
رونویسی(Trancription)
رونویسی:سنتزانواع RNA(mRNA-tRNA-rRNAو…)ازروی رشته الگوی کدکنندهDNA(ژن)درجهت
5′→3′توسط آنزیمRNA پلیمراز
درپروکاریوت هایک نوع آنزیم RNAپلیمرازولی دریوکاریوت ها 3دسته ژن را3نوع آنزیمRNAپلیمرازرونویسی میکنند.
هرژن یک بخش تنظیمی(پروموتور)داردکه یادرطرف ′5یا′3درون بخش ساختمانی است.
رونویسی درپروکاریوت ها
RNAپلیمرازپروکاریوتی:با6زیرواحد(ßß′бω2 (а خاصیت پلیمریزاسیونی 30 تا80 نوکلئوتیددرثانیه وفاقدفعالیت اگزونوکلئازی ' 5 →3′یافاقدتصحیح اشتباه بوده ومیزان خطای ⁶ ⁻ 10 رادارد.
а:برهمکنش آنزیم باپروتئین های تنظیم کننده وفعال کننده کاتابولیت
.
ß:عمل پلیمریزاسیون نوکلئوتیدها
ß′:اتصال مرکزآنزیم به رشته الگو
ω:نامشخص
б :جست وجووشناسایی پروموتور
پلیمراز پروکاریوتیRNAآنزیم
پروموتورژن های پروکاریوتی
دارای دوتوالی 6نوکلئوتیدی حفاظت شده یکی در10-باتوالیTATAATبه نام جعبه پریبنوودیگری درناحیه35-باتوالیTTGACAکه فاصله بین آنها1±17نوکلئوتیداست.
درجایگاه شروع رونویسی(1+)عمدتایک بازپورینی وجوددارد.
مراحل رونویسی
مرحله آغاز((Initiation:
جست وجوی پروموتور:باکمک زیرواحدسیگما،انزیمRNAپلیمراز،پروموتوررادرکمتراز 3ثانیه پیدامیکند.
تشکیل حباب رونویسی:بعدازاتصال اختصاصی آنزیم به پروموتور،DNAدورشته ای این ناحیه به اندازه 17نوکلئوتیدازهم بازمیشوندکه این ناحیه بازشده راحباب رونویسی میگویند.
تشکیل حباب رونویسی
.
سنتزپرایمر:باقرارگرفتن رشته الگودردهانه فعال آنزیم، فعالیت پلیمریزاسیونی آنزیم آغازمیشودوریبونوکلئوتیدهای مکمل الگوبه رشته درحال ساخت اضافه شده تااینکه طول آن به حدود10نوکلئوتیدبرسد،آنگاه زیرواحدسیگماجداشده وپروتئینNusAجایگزین آن شده وخاصیت پلیمریزاسیونی آنزیم افزایش یافته وآنزیم پروموتورراترک کرده وبه جلوحرکت میکند.
مراحل رونویسی
مرحله طویل شدن((Elongation:
گروه3′Ohرشته تازه ساختRNAبه فسفرآلفانوکلئوزیدهای تری فسفاته حمله نوکلئوفیلی کرده وموجب خروج پیروفسفات وتشکیل پیوندهای فسفودی استروافزایش طولRNAمیشود.
رشته الگوباتوالی مکمل RNAرشته آنتی سنس ورشته مقابل که توالی شبیه RNAداردرشته سنس میگویند.
.
پایان رونویسی((Termination:
پایان رونویسی مستقل ازفاکتورρ:درپایان برخی ژن ها توالی غنی ازGCبه شکل پالیندرومی وتقارن دوجانبی وجودداردکه بارونویسی آن،RNAایجادشده ساختمان سنجاق سری تشکیل میدهدکه باکمکNusAپایدارمیشودوبعدازآن توالی غنی ازAدررشته الگووتوالی غنی ازUدررشتهRNAوجودداردکه ساختمان سنجاق سری،هیبریدپلیA-پلیUراناپایدارکرده وموجب جداشدن RNAازDNAمیگردد.
ρپایان رونویسی مستقل ازفاکتور
.
پایان رونویسی وابسته به فاکتور ρ:
دربرخی ژن هاتوالی غنی ازسیتوزین وجودداردکه توسط پروتئین هگزامری به نام فاکتور ρ شناسایی میشودوRNAتک رشته دورآن میپیچدوفاکتور ρبه کمک فعایلتATPaseوهلیکازی اشRNAراازDNAجدامیکند.
ρ پایان رونویسی وابسته به فاکتور
رونویسی دریوکاریوت ها
RNAپلیمرازهای یوکاریوتی:
3نوع آنزیم RNAپلیمرازوجوددارد(RNAپلیمرازIIIوIIوI)که 3دسته کلاس ژنی رارونویسی میکند.شناسایی پروموتورژنهاتوسط پروتئین های ویژه ای به نام فاکتورهای رونویسی(TF (است.
پروموتورژن های یوکاریوتی
پروموتورژن های کلاسI:
ژن های کلاسIدرمحل هستک روی ناحیهNORکروموزوم های 13و14و15و21و22هستندومحصول آنهاRNAهای ریبوزومی S 5.8وS18وS28است.
طی رونویسی ابتداعامل رونویسیTFIDبه توالی40-و15-متصل شده بعدUBF-Iبه توالی نوکلئوتیدی120-و105-متصل شده وسپس عامل رونویسی SLIبهUBFIوعاملTFICبهTFIDوصل میشود.سپس آنزیمRNAپلیمرازIدرموقعیت فرودست به عوامل رونویسی اضافه میشودورونویسی آغازمیشود.خاتمه رونویسی دراین ژنهاباکمک توالی حفاظت شده17نوکلئوتیدی است که توسط پروتئینTTIFشناسایی شده پیش ساز بزرگRNAحدود18نوکلئوتیدفرادست آن بریده میشود.
پروموتورژن های کلاس I
پروموتورژن های کلاسII
ژن های این کلاس درنوکلئوپلاسم بوده ومحصول آن hnRNAوsnRNA (U1وU2وU4وU5)است.
پروموتورژن های کلاسIIدارای4ناحیه حفاظت شده است.توالی TATAATT(جعبه هاگنس)درناحیه20-است که توسط عاملTFIIDشناسایی میشود.TFIIDدارای چندزیرواحداست مثل زیرواحدTBPآن که مستقیمابه جعبه هاگنس متصل میشود.
پروموتورژن های کلاسII
.
درمرحله بعدTFIIAبهTFIIDمتصل میشود(برای جلوگیری ازاتصال بازدارنده به آن)وبعدTFIIBبه آنهااضافه میشود.سپسRNAپلیمرازIIهمراهTFIIFبه ناحیهTATAاضافه شده وسپس عوامل دیگرمثلTFIIEوTFIIJوTFIIHهم اضافه میشوند.TFIIHباعمل هلیکازی ومصرفATP،دورشتهDNAرادرناحیهTATAازهم بازمیکندوبافعالیت کینازی،دومینCترمینال آنزیمRNAپلیمرازIIواجدسرین رافسفریله کرده وموجب حرکت آنزیم وترک پروموتورمیشود.
.
پروموتورژنهای کلاسIIدارای 2جعبهGCباتوالیGGGCGGاست که توسط عامل رونویسیSPIشناسایی می شودونیزشامل توالی حفاظت شدهCCAATاست که توسطCTFشناسایی میشود.پایان رونویسی دراین دسته ژنها به این شکل است که حدود11تا30نوکلئوتید،فرودست توالی حفاظت شدهAAUAAAبریده میشود.
رونویسی ژن های کلاسIIیوکاریوتی
پروموتورژن های کلاسIII
ژن های کلاس IIIدرنوکلئوپلاسم بوده ومحصول آنtRNAوU6snRNAوSRNA5و7SL-SRPاست.
پروموتورژن های این دسته(ICR)دربخش ساختمانی ژن بوده وابتداTFIIIAبه آن متصل شده وبعدTFIIICوبعدTFIIIBبه آن متصل میشودوآنزیم RNAپلیمرازIIIدرموقعیت فرادست این عوامل قرارمیگیرند.درموردپایان رونویسی هم توالی خاصی درانتهای ′3این ژن هابه عنوان جایگاه پایان رونویسی عمل میکند.
پروموتورژن های کلاسIII
پروموتورژن های کلاسI