فصل جریان اطلاعات در یاخته؛ گفتار تنظیم بیان ژن؛ زیستشناسی دوازدهم
دعای مطالعه [ نمایش ]
بِسْمِ الله الرَّحْمنِ الرَّحیمِ
اَللّهُمَّ اَخْرِجْنى مِنْ ظُلُماتِ الْوَهْمِ
خدايا مرا بيرون آور از تاريكىهاى وهم،
وَ اَكْرِمْنى بِنُورِ الْفَهْمِ
و به نور فهم گرامى ام بدار،
اَللّهُمَّ افْتَحْ عَلَيْنا اَبْوابَ رَحْمَتِكَ
خدايا درهاى رحمتت را به روى ما بگشا،
وَانْشُرْ عَلَيْنا خَزائِنَ عُلُومِكَ بِرَحْمَتِكَ يا اَرْحَمَ الرّاحِمينَ
و خزانههاى علومت را بر ما باز كن به امید رحمتت اى مهربانترين مهربانان.
عدالت آموزشی، بستر رشد و پیشرفت حقیقی
عدالت آموزشی نه صرفاً یک شعار اجتماعی، بلکه شالودهای است که بر آن، بنای رشد فردی و پیشرفت جمعی استوار میشود. هنگامی که فرصتهای یادگیری بهطور برابر در اختیار همگان قرار گیرد، استعدادهای نهفته در هر گوشهای از جامعه مجال شکوفایی مییابند. عدالت آموزشی یعنی شکستن دیوارهای تبعیض و فراهم آوردن دسترسی برابر به منابع دانایی، تا هیچ کودکی در حاشیه نماند و هیچ استعدادی در خاموشی فراموش نشود.
رشد حقیقی جامعه، زمانی معنا مییابد که آموزش، امتیاز گروهی خاص نباشد؛ بلکه میراث مشترکی باشد برای تمام فرزندان این سرزمین. عدالت آموزشی پلی است که فاصلهی میان فقر و توانگری، مرکز و حاشیه، و امروز و فردا را کوتاه میکند. جامعهای که به این اصل پایبند باشد، در واقع سرمایهگذاری بر بزرگترین ثروت خویش ــ یعنی سرمایه انسانی ــ کرده است.
پیشرفت پایدار، ثمرهی عدالت در آموزش است. در غیاب عدالت آموزشی، شکافهای اجتماعی عمیقتر شده و چرخهی نابرابری بازتولید میشود. اما هنگامی که هر فرد، فارغ از طبقه، جنسیت، قومیت یا موقعیت جغرافیایی، امکان دستیابی به آموزش باکیفیت را داشته باشد، مسیر تعالی فردی و شکوفایی ملی هموار میشود.
عدالت آموزشی چراغی است که راه آینده را روشن میسازد؛ چراغی که نهتنها به رشد علمی و اقتصادی میانجامد، بلکه روح جامعه را به ارزشهایی چون همبستگی، برابری و کرامت انسانی پیوند میزند. در سایهی چنین عدالتی است که «رشد» به معنای بالندگی فردی و «پیشرفت» به معنای تعالی جمعی، همزمان و هماهنگ تحقق مییابند.
در جهانی که رشد و پیشرفت بدون عدالت آموزشی معنایی ندارد، آیندهنگاران مغز با مدیریت داریوش طاهری بر این باور استوار است که برابری در آموزش، سنگبنای شکوفایی فردا است. این نهاد با تکیه بر اندیشهی «پرورش مغزها، پرواز جامعه» میکوشد تا فرصت برابر برای همه فراهم شود، زیرا تنها در سایهی عدالت آموزشی است که استعدادها بیدار میشوند و جامعه به سوی تعالی گام برمیدارد. آیندهنگاران مغز با رسالت «عدالت در آموزش، بیداری در اندیشه، شکوفایی در فردا» در مسیر ساختن فردایی روشن و انسانی قدم برمیدارد؛ فردایی که در آن هیچ ذهنی در حاشیه نمیماند و هر استعداد، فرصت درخشیدن مییابد.
امروز بیش از هر زمان دیگر نیازمند نهادهایی هستیم که این آرمان را به عمل بدل کنند. آیندهنگاران مغز گامی استوار در این مسیر نهاده است؛ مسیری که در آن عدالت آموزشی نه یک رؤیا، بلکه یک واقعیت تحققیافته خواهد بود.
آیندهنگاران مغز:
«عدالت آموزشی، بیداری اندیشهها، شکوفایی فردا»
کتاب الکترونیکی پرسشهای دو گزینهای
پرسشهای دو گزینهای و خط به خط گفتارهای زیستشناسی چیست و گسترهٔ حیات؛ برای دانلود اینجا کلیک کنید.
برای مشاهده «کتاب الکترونیکی» کلیک کنید.
کتاب الکترونیکی تعمیق و تثبیت یادگیری زیستشناسی
پرسشهای جاهای خالی و خط به خط گفتار نوکلئیک اسیدها؛ برای دانلود اینجا کلیک کنید.
برای مشاهده «کتاب الکترونیکی» کلیک کنید.
ویرایش بر اساس کتاب چاپ ۱۴۰۲
گفتار ۳. تنظیم بیان ژن
در سال گذشته آموختید که همه یاختههای پیکری بدن از تقسیم رِشتمان (میتوز) یاخته تخم منشأ میگیرند. یاختههای حاصل، از نظر فامتنی و ژنها یکساناند. با این حال در ادامهٔ تقسیمات و رشد جنین، یاختههای متفاوتی ایجاد میشوند که اعمال مختلفی انجام میدهند؛ مثلاً یاختههای عصبی و ماهیچهای بدن یک فرد، ژنهای یکسانی دارند ولی دارای عملکرد و شکل متفاوتی هستند. حال این سؤال مطرح میشود که چگونه ممکن است یاختههایی با ژنهای یکسان تا این حد متفاوت باشند؟ پاسخ این است که در هر یاخته تنها تعدادی از ژنها فعال و سایر ژنها غیرفعال هستند. هرگاه اطلاعات ژنی در یک یاخته مورد استفاده قرار بگیرد، میگوییم آن ژن بیان شده و به اصطلاح روشن است و ژنی که مورد استفاده قرار نمیگیرد خاموش و به اصطلاح بیان نشده است. مقدار، بازه و زمان استفاده از ژن در یاختههای مختلف یک جاندار ممکن است فرق داشته باشد و حتی در یک یاخته هم بسته به نیاز متفاوت باشد. به فرایندهایی که تعیین میکنند در چه هنگام، به چه مقدار و کدام ژنها بیان شوند و یا بیان نشوند، فرایندهای تنظیم بیان ژن میگویند. تنظیم بیان ژن فرایندی بسیار دقیق و پیچیده است و عوامل متعددی ممکن است بر آن اثر بگذارند. تنظیم بیان ژن موجب میشود تا جاندار به تغییرات پاسخ دهد؛ مثلاً در گیاه، نور میتواند باعث فعال شدن ژن سازندهٔ آنزیمی شود که در فتوسنتز مورد استفاده قرار میگیرد. در نبود نور این ژن بیان نمیشود. همچنین تنظیم بیان ژن میتواند موجب ایجاد یاختههای مختلفی از یک یاخته شود. یاختههای متفاوتی که از یاختههای بنیادی مغز استخوان ایجاد میشوند، مثالی مناسب در این مورد هستند. در مورد این یاختهها در کتاب دهم مطالبی را فرا گرفتید. آیا میتوانید برخی یاختههای حاصل از یاختههای بنیادی مغز استخوان را نام ببرید؟
تنظیم بیان ژن در پروکاریوتها
محصول ژن، رنا و پروتئین است. بنابراین، تغییر در فعالیت ژنها، بر ساخت این محصولات نیز اثر میگذارد. تنظیم بیان ژن در پروکاریوتها میتواند در هر یک از مراحل ساخت رنا و پروتئین تأثیر بگذارد ولی به طور معمول تنظیم بیان ژن در مرحلهٔ رونویسی انجام میشود. در مواردی هم ممکن است یاخته با تغییر در پایداری (طول عمر) رنا یا پروتئین، فعالیت آن را تنظیم کند.
تنظیم رونویسی در پروکاریوتها
در این نوع تنظیم عواملی به پیوستن رنابسپاراز به توالی راهانداز کمک و یا مانعِ حرکت رنابسپاراز میشوند. در نتیجه، رونویسی ژن تسهیل یا ممانعت میشود؛ مثلاً با اتصال پروتئینهای خاصی به بخشی از دنا که سر راه رنابسپاراز است، از انجام رونویسی جلوگیری میشود. نمونهٔ این نوع تنظیم، در نوعی باکتری به نام اشرشیا کلای شناخته شده است. قند مصرفی ترجیحی این باکتری گلوکز است.
بیشتر بدانید
در باکتریها ژنهایی که محصولات آنها چند فرایند مرتبط به هم را اداره میکند در واحدهایی به نام اُپران قرار گرفتهاند و بیان یا عدم بیان آنها بهطور هماهنگ انجام میشود. برای مثال برای جذب و تجزیه لاکتوز در باکتری اشرشیا کلای، ۳ آنزیم مورد نیاز است که ژنهای سازندهٔ آنها در کنار هم قرار دارند و توسط یک بخش تنظیمی اداره میشوند. به مجموعهٔ این ژنها و بخش تنظیمی آن اُپران گفته میشود. مثال دیگر، ژنهای مسئول ساخت آمینواسید تریپتوفان است. ۵ ژن در ساخت این آمینواسید دخالت دارند که در یک اُپران قرار دارند.
مراحل تجزیهٔ قند گلوکز در یاخته را در فصول بعد خواهید آموخت. اگر گلوکز در محیط باکتری وجود نداشته باشد ولی قند دیگری به نام لاکتوز در اختیار باکتری قرار بگیرد، باکتری میتواند از این قند استفاده کند. این قند متفاوت از گلوکز بوده است و آنزیمهای لازم برای مصرف آن نیز متفاوت است. بنابراین وقتی لاکتوز در محیط وجود دارد باکتری باید آنزیمهای تجزیه کننده آن را بسازد و در نبود یا کاهش لاکتوز نیز ساخت آنزیمهای تجزیهکننده آن متوقف یا کاهش پیدا کند. حال این پرسش پیش میآید که باکتری چگونه میتواند حضور لاکتوز را در محیط تشخیص دهد و آنزیمهای تجزیه کننده آن را بسازد؟ ژنهایی که این آنزیمها را میسازند چگونه روشن و یا خاموش میشوند؟ در پروکاریوتها بیان ژن به دو صورت منفی و مثبت تنظیم میشود.
تنظیم منفی رونویسی: در گفتار ۱ آموختید که رونویسی با چسبیدن رنابسپاراز به راهانداز مربوط به ژن شروع میشود. حال اگر مانعی بر سر راه رنابسپاراز وجود داشته باشد، رونویسی انجام نمیشود. به این نوع تنظیم، تنظیم منفی رونویسی گفته میشود. مانع پیشروی رنابسپاراز نوعی پروتئین به نام مهارکننده است. این پروتئین به توالی خاصی از دنا به نام اپراتور متصل میشود و جلوی حرکت رنابسپاراز را میگیرد (شکل ۱۶-الف). لاکتوز موجود در محیط به باکتری وارد میشود و با اتصال به مهارکننده، شکل آن را تغییر میدهد. تغییر شکل مهارکننده، آن را از اپراتور جدا میکند و نیز مانع از اتصال آن به اپراتور میشود. با برداشته شدن مانع سر راه، رنابسپاراز میتواند رونویسی ژنها را انجام دهد (شکل ۱۶-ب). محصولات این ژنها تجزیه لاکتوز را ممکن میکند.
شکل ۱۶- الف) عدم رونویسی ژنها در غیاب لاکتوز ب) رونویسی ژنها در حضور لاكتوز
الف) عدم رونویسی ب) انجام رونویسی
بیشتر بدانید
تنظیم منفی در پروکاریوت به دو صورت القایی و مهاری انجام میشود. در حالت القایی، حضور یک ماده موجب بیان ژنها میشود. تنظیم بیان ژن در حضور لاکتوز مثالی از تنظیم منفی از نوع القایی است. در حالت مهاری، حضور یک ماده موجب خاموش شدن ژن و عدم بیان آنها میشود. مثال این نوع تنظیم در مورد آمینواسید تریپتوفان دیده میشود. در باکتری اشرشیاکلای با حضور تریپتوفان، ژنهایی که در ساخت آن دخالت دارند خاموش میشوند. وقتی تریپتوفان در محیط نیست، این ژنها روشن میشوند تا آنزیمهای سازندهٔ تریپتوفان ساخته شوند.
تنظیم مثبت رونویسی: در این نوع تنظیم، پروتئینهای خاصی به رنابسپاراز کمک میکنند تا بتواند به راهانداز متصل شود و رونویسی را شروع کند. مثال این نوع تنظیم نیز در باکتری اشرشیاکلای وجود دارد. مشخص شده که اگر در محیط باکتری، قند مالتوز وجود داشته باشد، درون باکتری آنزیمهایی ساخته میشوند که در تجزیهٔ آن دخالت دارند. در عدم حضور مالتوز این آنزیمها ساخته نمیشوند چون باکتری نیازی به آنها ندارد.
تنظیم رونویسی در مورد این ژنها به صورت مثبت انجام میشود. در حضور قند مالتوز، انواعی از پروتئین به نام فعالکننده وجود دارند که به توالیهای خاصی از دنا متصل میشوند. به این توالیها جایگاه اتصال فعالکننده گفته میشود. (شکل ۱۷-الف) در حضور مالتوز در محیط، پروتئین فعال کننده به جایگاه خود متصل میشود و پس از اتصال به رنابسپاراز کمک میکند تا به راهانداز متصل شود و رونویسی را شروع کند. چه عاملی سبب میشود که فعالکننده به جایگاه خود بچسبد؟ این عامل مالتوز است. اتصال مالتوز به فعالکننده باعث پیوستن آن به جایگاه اتصال شده و رونویسی شروع میشود (شکل ۱۷-ب).
الف) عدم رونویسی ب) انجام رونویسی
شكل ۱۷- تنظیم مثبت رونویسی ژنهای مؤثر در تجزیه مالتوز
تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها
تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها پیچیدهتر از پروکاریوتهاست و میتواند در مراحل بیشتری انجام شود. یاختههای یوکاریوتی بهوسیلهٔ غشاها به بخشهای مختلفی تقسیم شدهاند. بنابراین، برای آنکه یاخته نسبت به یک ماده واکنش نشان دهد، آن ماده باید به طریقی از غشاها عبور کند و ژنها را تحت تأثیر قرار دهد. در یاختههای یوکاریوتی، بیشتر ژنها در هسته و برخی در راکیزهها و دیسهها قرار دارند. در هر یک از این محلها، یاخته میتواند بر بیان ژن نظارت داشته باشد. بنابراین تنظیم بیان ژن میتواند در مراحل متعددی انجام شود.
تنظیم بیان ژن در مرحله رونویسی: در یوکاریوتها نیز مانند پروکاریوتها، رونویسی با پیوستن رنابسپاراز به راهانداز آغاز میشود. در یوکاریوتها رنابسپاراز نمیتواند به تنهایی راهانداز را شناسایی کند و برای پیوستن به آن نیازمند پروتئینهایی به نام عوامل رونویسی هستند. گروهی از این پروتئینها با اتصال به نواحی خاصی از راهانداز، رنابسپاراز را به محل راهانداز هدایت میکند، چون تمایل پیوستن این پروتئینها به راهانداز در اثر عواملی تغییر میکنند، مقدار رونویسی ژن آن هم تغییر میکند (شکل 18).
شکل ۱۸- تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها
در یوکاریوتها ممکن است عوامل رونویسی دیگری به بخشهای خاصی از دنا به نام توالی افزاینده متصل شوند. با پیوستن این پروتئینها به توالی افزاینده و با ایجاد خمیدگی در دنا، عوامل رونویسی در کنار هم قرار میگیرند. کنار هم قرارگیری این عوامل، سرعت رونویسی را افزایش میدهند. توالیهای افزاینده متفاوت از راهانداز هستند و ممکن است در فاصلهٔ دوری از ژن قرار داشته باشند. اتصال این پروتئینها بر سرعت و مقدار رونویسی ژن مؤثر است (شکل 19).
شکل ۱۹- توالی افزاینده و عوامل رونویسی متصل به آن
تنظیم بیان ژن در مراحل غیررونویسی: در یوکاریوتها تنظیم بیان ژن میتواند پیش از رونویسی یا پس از آن هم انجام شود. اتصال بعضی رناهای کوچک مکمل به رنای پیک مثالی از تنظیم بیان ژن پس از رونویسی است. با اتصال این رناها، از کار رِناتَن جلوگیری میشود. در نتیجه، عمل ترجمه متوقف و رنای ساخته شده پس از مدتی تجزیه میشود.
روش تنظیم دیگر در سطح فامتنی است. بهطور معمول بخشهای فشرده فامتن کمتر در دسترس رنابسپارازها قرار میگیرند بنابراین یاخته میتواند با تغییر در میزان فشردگی فامتن در بخشهای خاصی، دسترسی رنابسپاراز را به ژن موردنظر تنظیم کند. به نظر شما این تنظیم بیان ژن پیش از رونویسی است یا پس از آن؟
از روشهای دیگر تنظیم بیان ژن طول عمر رنای پیک است. افزایش طول عمر رنای پیک موجب افزایش محصول میشود. این فرایندها در میزان پروتئینسازی مؤثر خواهند بود. شیوههای دیگری نیز در تنظیم بیان ژن مؤثرند که نحوه عمل بسیاری از آنها ناشناخته است.
بیشتر بدانید
بیان ژن به روشهای مختلفی ممکن است کاهش یا افزایش یابد. یکی از این روشها افزایش تعداد ژنهایی است که به محصولات آنها به مقدار زیادی نیاز است. در این موارد ممکن است یاخته چندین کپی از یک ژن داشته باشد. در نتیجه رونویسی از تعداد بیشتری ژن انجام شود. این حالت موجب ساخت محصول بیشتر در زمان کمتر میشود. نمونهٔ این ژنها، ژنهای سازنده رنای رناتَنی است. نوعی از این رنای رِناتَنی هزاران ژن در یک یاخته دوزیست دارد.
روش دیگر فعال یا غیرفعال کردن برخی فامتنها مانند فامتن X در انسان است. چون در یاختههای پیکری زن، دو نسخه از فامتن X و در مرد یک نسخه وجود دارد، برای بیان متعادل در دو جنس، یکی از فامتنهای X در یاختههای زن غیرفعال میشود تا ژنهای آن بیان نشوند. در اثر این فرایند ژنهای فامتن X در زن و مرد، به یک نسبت بیان میشود. مثالی از بیان ژنهای روی فامتن X و اثرات آن بر صفات را در تصویر زیر مشاهده میکنید. در یاختهها، یکی از فامتنهای X به صورت تصادفی غیرفعال میشوند.
بیشتر بدانید
بعضی ژنها در یاختهها بهطور دائم بیان میشوند. ژنهای سازنده اجزای رِناتَن از این جملهاند. این ژنها رنای رِناتَن و پروتئینهای آن را میسازند. با توجه به نیاز یاختههای در حال تقسیم به تعداد زیادی رِناتَن، این ژنها به طور دائم روشن هستند.
📘 زیستشناسی را بازی کنید و موفقیت را تجربه کنید
با جایخالیهای تعاملی، متنها را خودتان کامل کنید، فکر کنید و یاد بگیرید. فوراً کلیک کنید و تجربه یادگیری تعاملی را آغاز کنید!
سلام و درود
«تکرار مادر مهارتهاست»
در راستای افزایش مهارت شما آزمونهای متنوع و زیادی برای شما آماده شده است. آزمونهای گفتار از خط به خط آن طراحی شدهاند و هر یک دارای ده پرسش دو گزینهای است؛ اما آزمونهای فصل، چهار گزینهای هستند و هر یک از آنها دارای بیست پرسش است.
برای تثبیت مطلب در حافظه و یادگیری هر چه بیشتر مطلب، در آزمونهای آنلاین «آیندهنگاران مغز» شرکت کنید.
برای شرکت در این آزمونها بر لینک مربوطه کلیک کنید:
در ادامه خود را بیازمایید:
ورود/ ثبت نام با جیمیل
