الشريحة 1

النسخ

1 منهج النظري مبادئ التقنية الحيوية المحاضرة ال اربعة فاتن ضاوي د. إعداد: المحناء دكتو ارة في فلسفة علم الكيمياء الحيوية قسم التقنية الحيوية واآلحياء الجزيئية النسخة األولى- الفصل األول من العام الد ارسي 1437 ه

2 تركيب الجين Gene structure Pre-mRNA التعبير الجيني Gene expression 2

3 نسخ الحمض الجين من الحمض النووي إلى الحمض الريبوزي 3

4 Translational and Post-translational Regulation تنظيم التعبير الجيني في مرحلة الترجمة ومابعد الترجمة استق ارر الحمض النووي الريبوزي mrna stability تحلل الحمض النووي الريبوزي Messenger RNA degradation وتعتمد حياة وثبات الحمض النوووي الريبوزي على :Half-life of mrna depends on 1. طول الذيل المرتبط في الحمض النووي الريبوزي بعد عملية النسخ Length of poly(a) tail التتابع الخاص بالمنطقة غير القابلة للنسخ في الطرف Sequence of 3 -UTR 4

5 Spatial and Temporal Regulation of Genes تنظيم التعبير الجيني المكاني والزماني انواع مختلفة من الجينات يتم التعبير عنها في م ارحل مختلفة من عمر األنسان ومن امثلة ذلك الجينات الخاصة بالجلوبين الفا وبيتا حيث تنشط في م ارحل مختلفة من عمر األنسان. كذلك يختلف تعبي بمعنى آخر يتمايز حسب الوظيفة. الجينات حسب التعبير الجيني موقع التعبيرفي الجسم في االنسجة المختلفة 5

6 Translational and Post-translational Regulation تنظيم التعبير الجيني في مرحلة الترجمة ومابعد الترجمة التغي ارت التي تحدث بعد عملية الترجمة Post-translational modifications تضاف مجموعة فسفور للبروتينات Phosphorylation تضاف مجموعة سكر للبروتينات Glycosylation تضاف مجموعة دهون للبروتينات Myristoylation

7 Activation and Inactivation of Whole Chromosomes by Dosage Compensation تنشيط او تثبيط كامل الكروموسوم لللتعويض عن اختالف جرعة الجين بين الجنسين أو الكائنات الحية التي يتحدد فها الجنس باختالف الكروموسومات مثل االنسان وبعض الحيوانات XX/XY في كال الجنسين )الذكر واالنثى( X في الديدان XX/X0 تكون فيها بعض الجينات مرتبطه بكرومسوم الخيار الذي قد يكون فيه الكروموسوم X غير نشط هو نتيجة عشوائية في قطط الكاليكو Calico cats لون الف ارء المبرقش mosaic باللونين البرتقال واالسود هو نتيجة لعشوائية والمسؤولة عن الجين XIST نشاط منطقة في الكروموسومات X تدعي (XIC) X inactivation center والذي يقوم بتطويع عوامل اخرى تقوم بتثبيط الحمض النووي باضافة transcript) X) inactive specific مجموعة ميثيل methylation او تغيير كثافة الكروماتين condense chromatin 7

8 Dosage Compensation التعويض عن اختالف جرعة الجين بين الجنسين Inactivation تثبيط احد الكرووسومين اكس في االنثى فقط.1 Hyperactivation مضاعفة نشاط كرومسوم اكس في الذكر فقط.2 Hypoactivation انخفاض نشاط جميع كرومسومات االنثى اكس.3 8

9 انواع الضرر او التلف الذي يصيب الحمض النووي DNA damage عند التعرض للمواد مطفرة Mismatches خطأ في النسخ لعدم تطبيق قاعدة االقت ارن اثناء مرحلة تضاعف الحمض النووي ثايمين دايمرdimer Thymine )ارتباط قاعدتين ثايمين التعرض لألشعة الفوق بنفسجية )UV مما يمنع التضاعف. نتيجة عملية يتم الكسر للخيط المزودج Double strand break عند التعرض لالشعاع وتكون الشقوق الحرة Free Radicals التغيير في القواعد النتيروجينيه DNAعند alteration التعرض للمواد الكيمائية او االرتباط بمجموعة االمين مما يسبب تحول السيتوسين إلى يو ارسيل. 9

10 انواع الضرر او التلف الذي يصيب الحمض النووي DNA damage عند التعرض للمواد مطفرة يتلف الحمض النووي عند تعرضه لمادة قلوية مثل ايثيالمين سولفانات (EMS) Ethylmethane sulfonate والتي تمنح مجموعة ايثيل عند ذرة االوكسجين رقم 6 في القاعدة النيوكلوتيدية جوانين G ممايتسبب باقت ارنها الخطأ بالثيامين T عوضا عن السيتوسين C وتتميز المواد المسرطنة بقدرتها على منح مجموعة ايثيل للجينات المسؤولة عن التحكم في االنقسام الخلوي مما يجعلها غير قابلة للتوقف وبذلك تصبح خاليا سرطانية. 10

11 انواع الضرر او التلف الذي يصيب الحمض النووي DNA damage عند التعرض للمواد مطفرة Ultraviolet radiation بنفسجية الفوق لالشعة التعرض ان ب: يتسبب Thymine- )T-T( القواعد بالتحام البيرميدينية السلسلة نفس في تحديدا الثيامين مايدعى يكون دايمر بالثيامين جينية. طفرة بحدوث ويتسبب النووي الحمض في االخرى السلسة مع االقت ارن عملية يربك مما dimer ب: اكس واشعة جاما اشعة تتسبب بينما radical ions حرة شقوق وتكوين الماء لذ ارت تأين عملية السلسلة كسر على تعمل المزدوجة النووي للحمض.1 double stranded breaks in DNA deamination Spontaneous hydrolysis المائي التلقائي التحلل االمين مجموعة نزع و لقاعدة.2 5-methyl cytosine النيوكلوتيدية سيتوسين إلى وتحولها depurination of guanine القاعدة من البيورين بنزع تتسبب وكذلك النيوكلوتيدية جوانين.3 11

12 Thymine-dimer Spontaneous hydrolysis 12

13 أخطاء عملية النسخ لللحمض النووي Types of DNA damage طف ارت الحرف الواحد Point Mutations Transitions التبديل او التحول بين اف ارد القاعدة الواحدة او االنقالب Transversions بين اف ارد القواعد المختلفة البيورينية إلى البيرميدينية ادخال حرف اضافي في القواعدة النيوكلوتيدية Insertions إ ازلة حرف او أحرف من القواعد النيوكلوتيدية Deletions التغير في عدد تك ارر احرف الميكروستياليت Microsatellites مثال: في مرض هونتينغتون Huntington s disease يزداد التك ارر من 35 إلى 37 CAG (6-35 expand to >37) في متالزمة كروموسوم اكس الهش Fragile X syndrome يزداد التك ارر من 53 إلى 230 CGG (6-53 expand to >230) 13

14 14

15 آليات إصالح الحمض النووي DNA Repair يحدث مليون خطأ في كل خلية في اليوم الواحد ويقوم الحمض النووي بإصالحها بطرق مختلفة تتم اللف قاعدة في الثانية 1,000 nucleotides per coli,.e عملية النسخ للحمض النووي للبكتريا second. 50 nucleotides per بينما في االنسان تتم عملية نسخ الحمض النووي لخمسين قاعدة في الثاية الواحدة second ماهي آليات اإلصالح التعرف على مجموعة الميثيل المضافة بواسطة بروتينات MSH2 and MLH ويتم فك الشريط المزدوج بواسطة انزيم helicase وقطع الجزء المتضرر بواسطة انزيم القطع exonuclease واستبدال القاعدة بواسطة انزيم DNA polymerase بقاعدة صحيحة التحامها مع الشريط في المكان الصحيح بواسطة DNA ligase تقوم بروتينات antigen) PCNA (Proliferating cell nuclear بالمساهمة بعملية االصالح كذلك خالل مرحلة تضاعف الحمض النووي عدم القدرة على إصالح الضرر قد يتسبب في حدوث سرطان إذا كانت االخطاء في البروتينات المسؤولة عن االصالح مثل MSH2 and MLH 15

16 Ai2w 16

17 آليات إصالح الحمض النووي DNA Repair في البكتريا من الممكن ان ينعكس damage) (Reversal of DNA التأثير الضار لالشعة الفوق بنفسجية بالتفاعل مع الضوء العادي حيث ينشط انزيم فوتواليز DNA photolyase (photoreactivating pyrimidine dimer مما يكسر ال اربط المتكونة بين قاعدتي البيرمدين enzyme) التملك الثديات هذه اآللية فقط موجودة في الكائنات الدقيقة كالبكتريا. ولكن يوجد في االنسان األنزيم االنتحاري enzyme) O6-methylguanine methyl transferase (suicide المسمى -6 ميثيلجوانين ميثيل ت ارنسفيريز والذي ينزع مجموعة االيثيل او الميثيل من قاعدة الجوانين ويعكس التأثير الضار. 17

18 DNA photolyase O6-methylguanine methyl transferase 18

19 آليات إصالح الحمض النووي DNA Repair النيوكلوتيدة نزع األصالح اليات احدى واصالح التالفة بواسطة الضرر Nucleotide excision repair إلى بدوره ينقسم والذي (NER) transcription coupled NER و global genomic NER (GG-NER or GGR) الطفرة المبكرة في في الجين األطفال عن المسؤول والمسمى األصالح مرض NER كوكاين تؤدي او األصالح آلية في خلل إلى مرض وظهور الشيخوخة Cockayne Syndrome (Growth failure, Premature aging) ظهور او حساسية مرض شديدة زيروديرما للشمس بيجمنتو از وتصبغات جلدية Xeroderma pigmentosum (XP) عصبية فعل وردة من المريض فيه يعاني والذي 19

20 آليات مقاومة الحمض النووي DNA error tolerance للخطأ اإلصالح التكميلي Recombinational Repair تخطي الخطأ Error-Prone Bypass تمثيل او بناء بديل للمنطقة المتضررة (TLS) Translesion synthesis في جميع الطرق الثالث تتم مقاومة الضرر بأن يقوم انزيم تضاعف الحمض النووي DNA polymerase بتخطي المنطقة المتضررة تاركا ف ارغ يتم ملؤه الحقا ببديل عن القاعدة المتضررة 20