تنظیم بیان ژن :

سلول ها از تمامی ژن های خود به طور همزمان استفاده نمی کنند .وقتی یک ژن مورد استفاده قرار گیرد می گویند که آن ژن ، روشن است و به عبارت بهترآن ژن بیان شده است. وقتی ژن مورد استفاده قرار نمی گیرد ، آن ژن ، خاموش است.
تنظیم بیان ژن : فرآیندی که طی آن مشخص می گردد که در یک زمان مشخص کدام ژن ها روشن و کدام زن ها خاموش باشند.
مثال : باکتری اشریشیا کلای که در دستگاه گوارش زندگی می کند ، هنگامیکه محصولات لبنی مصرف می کنیم این باکتری با ساختن آنزیم های مورد نیاز برای جذب و تجزیه لاکتوز ، این قند را تجزیه و از انرژی آن استفاده می کند. اما در صورت عدم وجود لاکتوز در محیط ، دیگر نیازی به ساختن آنزیم های جذب و تجزیه کننده آن نیست.
در یوکاریوت ها نیز تنظیم بیان ژن صورت می پذیرد . تنظیم بیان ژن در پاسخ به تغییر شرایط محیط ، و مراحل نمو جاندار بروز می کند. مثلا همه ی سلول های بدن ما حاصل یک سلول بنام زیگوت ( تخم ) می باشد ، بنابراین ماده ژنتیک همه ی آنها یکسان می باشد ، تفاوت در سلول ها ( شکل و کار ) نتیجه تنظیم بیان ژن می باشد یعنی اینکه در هر سلول چه ژن هایی بیان گردد و چه ژن هایی بیان نشود.
نکته : سلول هایی که شکل و کار متفاوتی دارند ، پروتئین های مختلفی دارند . در واقع ، آنچه که فنوتیپ را تعیین می کند ، نوع پروتئین هاست.
تنظیم بیان ژن ها در پروکاریوت ها بر عهده اپران هاست.
تنظیم بیان ژن در پروکاریوت ها ، در سطوح مختلفی از جمله رونویسی ، ترجمه ، یا پس از ترجمه صورت گیرد.ولی عمدتا هنگام رونویسی انجام می شود. حال سوال این است که چگونه از رونویسی ژنها جلوگیری می شود.
همانطور که قبلا بیان شد RNAپلی مراز به قسمتی از DNA بنام راه انداز متصل گردیده و رونویسی را در طول رشته DNA انجام می دهد. بنابراین اگر مانعی بر سر راه RNA پلیمراز قرار بگیرد ، مانع حرکت آن روی ژن شود و آن ژن رونویسی نخواهد شد. این سدها همان مهار کننده که پروتئین های بزرگی است که توسط ژن تنظیم کننده ساخته می شود ، می باشد. مهار کننده به توالی های مخصوصی از DNA در جلوی راه انداز بنام اپراتور متصل می شود و بدین طریق می تواند مانع حرکت RNAپلی مراز گردد.
نکته : وقتی لاکتوز در محیط نیست ، غلظت هر سه آنزیم اندک است ، اما پس از حضور لاکتوز در محیط غلظت هر سه آنزیم هماهنگ باهم افزایش می یابد.
برای درک بهتر فرایند نیاز به درک مدل اپران که توسط ژاکوب و مونو در سال 1961 بیان گردید می باشد.



هر اپران شامل دو بخش زیر است که عبارتند از :
الف ) بخش تنظیم کننده : بیان همزمان ژن ها را کنترل می کندو شامل اجزاء زیر است ک
1-راه انداز : محل اتصال RNA پلی مراز
2-اپراتور : محل اتصال پروتئین مهار کننده
ب ) ژن ساختاری : یک یا چند ژن که از روی آن RNA ساخته می شود.
اپران لک از سه ژن ساختاری به نام های ژن های 1و 2 و 3 می باشد که هر سه ژن تحت کنترل یک بخش تنظیم کننده بوده و همگی یک راه انداز دارند. بنابراین از روی هر سه ژن ، یک mRNA ، ساخته می شود.
mRNA چند ژنی : mRNA ای که از روی چند ژن ساختاری ، ساخته شود مانند Mrna ساخته شده در اپران لک
mRNA تک ژنی : mRNA ای که از روی یک ژن ساختاری تشکیل شده است.
شرح فرآیند تنظیم بیان ژن در اپران لک :
وقتی لاکتوز در محیط نیست ، مهارکننده به اپراتور متصل و اپران خاموش است ، اما وقتی که لاکتوز در محیط باشد درون باکتری به اللو لاکتوز تبدیل شده که به مهار کننده متصل و باعث تغییراتی در شکل آن گردیده که نتیجه آن عدم اتصال مهار کننده به اپراتور می باشد و رونویسی انجام می شود ( اپران روشن است )
نکته : آللولاکتوز ، عامل تنظیم کننده و مهار کننده پروتئین تنظیم کننده نامند.
تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها پیچیده تر است .



در سلول های یوکاریوتی ، مقدار DNA بیشتری از سلول های پروکاریوتی وجود دارد . تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها از طریق اپران نمی باشد.اپران ها در سلول های یوکاریوتی وجود ندارد.
در سلول های یوکاریوتی ، به دلیل وجود غشای هسته ، پدیده رونویسی از ترجمه جداست و فرصت بیشتری برای تنظیم بیان ژن دارد.تنظیم بیان زن در یوکاریووت ها قبل از رونویسی ، هنگام رونویسی ، بعد از رونویسی ، هنگام ترجمه یا بعد از عمل ترجمه ممکن است صورت بپذیرد.
غالبا تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها ، هنگام شروع رونویسی می باشد.در یوکاریوت ها بر خلاف پروکاریوت ها ، آنزیم RNA پلی مراز به تنهایی نمی تواند راه انداز را شناسایی کند و این کار را به کمک عوامل رونویسی انجام می دهد.
عوامل رونویسی : پروتئین های مخصوصی که شناسایی راه انداز توسط RNA پلی مراز را بر عهده دارد و شامل عوامل متعدد و ترکیب های مختلف می باشد که نقش های ممختلفی در تنظیم بیان ژن دارند.
گروهی از عوامل رونویسی به راه انداز متصل می شوند و سپس آنزیم RNA پلیمراز به انها متصل می شود.در یوکاریوت ها , علاوه بر راه انداز عوامل رونویسی به افزاینده نیز متصل می شود که در رونویسی دخالت دارند.



افزاینده : بخشی از مولکول DNA که به کمک عوامل رونویسی متصل به آن ، عمل رونویسی را تقویت می کند. افزاینده بر خلاف راه انداز ممکن است هزاران نوکلئوتید با ژن ساختاری فاصله داشته باشد. برای اینکار افزاینده و عوامل رونویسی متصل به آن ( فعال کننده ) با تشکیل حلقه در DNA در کنار RNA پلی مراز و سایر عوامل رونویسی روی راه انداز قرار گرفته و عوامل رونویسی متصل به راه انداز را فعال می کنند.



جهش ها پروتئین های غیر طبیعی ایجاد می کنند.
جهش : هر گونه تغییر در ساختار DNA را جهش گویند
نکته : جهشی که در سلول های جنسی ( زاینده ) افراد روی می دهد ، ممکن است به زاده ها منتقل شود ، اما جهش در سلول های بدنی ، فقط بر فردی که دراو جهش رخ داده ، تاثیر می گذارد.
انواع جهش هاعبارتند از :
الف ) جهش های کروموزومی : که شامل موارد زیر است



1-حذف : قطعه ای از کروموزوم بر اثر شکسته شدن کروموزوم ، کاملا از آن جدا می شود.
2-مضاعف شدن : قطعه ای ااز کروموزوم بر ااثر شکسته شدن جدا شده و به کروموزوم همتا متصل می شود.بنابرااین کروموزوم همتا از بعضی از ژن ها دو نسخه دارد.



3-واژگونی : قطعه ای از کروموزوم بر اثر شکسته شدن جدا شده و در جهت معکوس به جای اول خود متصل می شود



4- جابجایی : قطعه ای که بر اثر شکسته شدن جدا شده است به کروموزوم های غیر همتا متصل می شود.
ب ) جهش ژنی ( جهش های نقطه ای ) : یک یا چند نوکلئوتید ژن را روی یک کروموزوم تغییر کند شامل انواع زیر است :



1-جانشینی :یک نوکلئوتید زن با نوکلئوتید نوع دیگری عوض شود.
2-تغییر چارچوب : بر اثر تغییر قالب خواندن رمز ها تغییر می یابد و شامل دو نوع زیر ااست :
A : افزایش : یک یا چند نوکلئوتید به ژن اضافه گردد.
B : کاهش یک یا چند نوکلئوتید ژن حذف شده و کاهش یابد



افزایش و کاهش نوکلئوتیدها رمزهای سه حرفی DNA را به هم می ریزد.
نکته : به طور کلی جهش های نقطه ای ممکن است باعث عدم تولید پروتئین مورد نظر یا تغییر پروتئین از لحاظ ترتیب ، تعداد و یا نوع اسیدهای آمینه سازنده آن گردد. که این خود باعث تغییر عملکرد پروتئین گردد.



گاهی جانشینی ها در بیان ژن تاثیر ندارند ( جهش بی معنی ) مثلا کدون UGU اگر به UGC تغییر کند چون هر دو مربوط به آمینواسید سیستئین می باشند جهش تاثیری در بیان ژن نخواهد داشت.
بطور کلی اثرات جهش های تغییر چارچوب شدیدتر از جانشینی می باشد چون ترتیب رمزها را تا انتها رشته ممکن است دچار تغییر نماید.