تلومر و آنزیم تلومراز :

تلومر ها ساختمان موجود در دو انتهای کروموزوم های خطی یوکاریوتی هستند. در یک رشته توالی نوکلیوتیدی TxGy و در رشته دیگر به شکل CyAx می باشد که در آن x و y حدود ۱ تا ۴ نوکلیوتید است.رشد TG بلند تر از مکمل خود بوده و ناحیه ای به طول چند صد نوکلیوتید در انتهای ۳ آن به شکل DNA تک رشته ایجاد می نماید . انتهای تک رشته در یک ساختمان اختصاصی به نام قوس TloP.T پنهان می گردد. این انتهای تک رشته به عقب برگشته و با مکمل خود در قسمت دو رشته تلومر جفت می گردد. در پستانداران دو پروتئین TRF1 و TRF2 و در مخمر RAP1 و RAP2 به DNA قوسی ناحیه تلومر متصل می شوند که آن را  Telomer binding protein)  TBP  می نامند . قوس T و این پروتئین ها از انتهای ۳کروموزوم حفاظت نموده و مانع دسترسی نوکلئازها و آنزیم های ترمیم کننده شکستهای دو رشته ای می گردد .

نقش تلومرها :

۱- پایداری کروموزوم و حفاظت از آن

۲-از اتصال کروموزوم به یکدیگر جلوگیری می کند

۳- سرکوب فرایند های رونویسی

۴- تشکیل هتروکروماتین

طول تلومرها ساعت بیولوژیکی همانند سازی( Replication timing) است و تعداد دفعات تقسیم سلولی را مشخص می سازد . طول تلومر با قدرت تقسیم و پیری سلول رابطه مستقیم دارد . اگر طول تلومر کوتاه باشد در نتیجه قدرت تقسیم سلول کم است و سلول به مرحله پیری رسیده است .

آنزیم تلومراز :

تلومراز یک آنزیم ترانس کریپتاز معکوس با ساختمان ریبونوکلئوپروتئینی است. تلومراز واجد هر دو جزء RNA ای و پروتئینی است جزء RNA ای این آنزیم به عنوان قالبی برای سنتز رشته TxGy تلومر مورد استفاده قرار می گیرد. به همین علت تلومراز به عنوان یک آنزیم ترانس کریپتاز معکوس عمل می نماید که از روی RNA خود آنزیم  DNA تلومر ساخته می شود .آنزیم تلومراز در سلول های مریستمی و تمایز نیافته تک سلولی و پرسلولی یوکاریوتیک و سلول های سرطانی فعال است.سنتز تلومر نیاز به انتهای ۳ یک کروموزوم به عنوان پرایمر داشته و در جهت ۵ به ۳ پیشرفت می نماید.

مراحل عملکرد آنزیم تلومراز و تشکیل تلومر :

۱- قالب داخلی RNA موجود در تلومراز به پرایمر TG در DNA

تلومر ها ساختمان موجود در دو انتهای کروموزوم های خطی یوکاریوتی هستند. در یک رشته توالی نوکلیوتیدی TxGy و در رشته دیگر به شکل CyAx می باشد که در آن x و y حدود ۱ تا ۴ نوکلیوتید است.رشد TG بلند تر از مکمل خود بوده و ناحیه ای به طول چند صد نوکلیوتید در انتهای ۳ آن به شکل DNA تک رشته ایجاد می نماید . انتهای تک رشته در یک ساختمان اختصاصی به نام قوس TloPT پنهان می گردد. این انتهای تک رشته به عقب برگشته و با مکمل خود در قسمت دو رشته تلومر جفت می گردد. در پستانداران دو پروتئین TRF1 و TRF2 و در مخمر RAP1 و RAP2 به DNA قوسی ناحیه تلومر متصل می شوند که آن را  Telomer binding protein)  TBP  می نامند . قوس T و این پروتئین ها از انتهای ۳کروموزوم حفاظت نموده و مانع دسترسی نوکلئازها و آنزیم های ترمیم کننده شکستهای دو رشته ای می گردد .

نقش تلومرها :

۱- پایداری کروموزوم و حفاظت از آن

۲-از اتصال کروموزوم به یکدیگر جلوگیری می کند

۳- سرکوب فرایند های رونویسی

۴- تشکیل هتروکروماتین

طول تلومرها ساعت بیولوژیکی همانند سازی( Replication timing) است و تعداد دفعات تقسیم سلولی را مشخص می سازد . طول تلومر با قدرت تقسیم و پیری سلول رابطه مستقیم دارد . اگر طول تلومر کوتاه باشد در نتیجه قدرت تقسیم سلول کم است و سلول به مرحله پیری رسیده است .

آنزیم تلومراز :

تلومراز یک آنزیم ترانس کریپتاز معکوس با ساختمان ریبونوکلئوپروتئینی است. تلومراز واجد هر دو جزء RNA ای و پروتئینی است جزء RNA ای این آنزیم به عنوان قالبی برای سنتز رشته TxGy تلومر مورد استفاده قرار می گیرد. به همین علت تلومراز به عنوان یک آنزیم ترانس کریپتاز معکوس عمل می نماید که از روی RNA خود آنزیم  DNA تلومر ساخته می شود .آنزیم تلومراز در سلول های مریستمی و تمایز نیافته تک سلولی و پرسلولی یوکاریوتیک و سلول های سرطانی فعال است.سنتز تلومر نیاز به انتهای ۳ یک کروموزوم به عنوان پرایمر داشته و در جهت ۵ به ۳ پیشرفت می نماید.

مراحل عملکرد آنزیم تلومراز و تشکیل تلومر :

۱- قالب داخلی RNA موجود در تلومراز به پرایمر TG درTXGY DNA  متصل و با آن جفت می شود .

۲- تلومر ۳ انتهایی DNA را با اضافه کردن دئوکسی ریبو نوکلئوتید های T و G دار گسترش می دهد .

۳- تلومراز DNA را از روی RNA آنزیم طویل تر می کند.

۴- سپس آنزیم DNA پلی مراز پروکاریوتی رشته مکمل ساخته شده را سنتز می نماید.

۵- سپس آنزیم DNA لیگاز منفذ موجود را پر می سازد.

یک رشته DNA توسط آنزیم تلومراز با استفاده ازRNA خودش به روش رونویسی معکوس ساخته می شود که سپس به عنوان الگو برای ساخت رشته دیگر  DNA  مورد استفاده قرار میگیرد.

رشته دیگرDNA توسط آنزیم DNA پلی مراز یوکاریوتی از روی رشته قبلی ساخته می شود . در انتهای رشته تلومر یکی از رشته ها به صورت تک رشته ای باقی می ماند که قوس T تشکیل می شود.

 

RNA  رپلیکاز :

بعضی از باکتریوفازها E.COli نظیر و QB R17.MS2 .F2

دارای ژنومRNA  ای هستند. که به عنوان MRNA در سنتز پروتئین های ویروسی شرکت می نمایند و در داخل سلول میزبان توسط یک  RNA  پلیمراز وابسته به RNA   رپلیکاز همانند سازی می شوند. RNA  رپلیکاز نیاز به RNA  داشته و با DNA  کار نمی کند این آنزیم فعالیت اگزونوکلئازی غلط گیری بوده و برایRNA  ویروس اختصاصی بوده و بر روی RNA  میزبان اثر ندارد. 

 

عملکرد RNA پلیمراز ها :

RNAو DNA پلیمراز هر دو می توانند نوکلئوتید ها را به رشته موجود اضافه کنند و طول آن را افزایش دهند . با این وجود آن ها تفاوت مهمی را بین دو گروه از آنزیم ها با هم دارند : RNA پلیمراز می تواند سنتز رشته جدیدی را راه اندازی کند اما DNA پلیمراز ها نمی توانند. بنابراین در طی همانند سازی DNA الیگونوکلئوتید ها ( پرایمر ) باید توسط یک آنزیم دیگر ساخته شود.

واکنش شیمیایی که توسط RNA پلیمراز کاتالیز می شود.
نوکلئوتید هایی که برای افزایش طول رشته RNA مورد استفاده قرار می گیرند ، ریبونوکلئوزید تری فسفات ها ( NTPs ) هستند. در طی واکنش دو گروه فسفات به عنوان گروه پیروفسفات ( PPi ) رها می شوند. همیشه جهت پیشرفت از 5َ به 3َ می باشد. گروه پیروفسفات نوکلئوتید اول در انتهای 5َ در سر جای خود باقی می ماند.

 واکنش شیمیایی که توسط RNA پلیمراز ها کاتالیز می شود.

طرح ساده ای از افزایش طول رشته ها. خطوط عمودی نشان دهنده پنتوز و خطوط کج نشان دهنده پیوند فسفو دی استر می باشند. باز ها توسط علائم N1 , N2 و .. نشان داده شده اند.

کلاس های RNA پلیمراز ها :

E.coli

RNA پلیمراز E.coli از پنج زیر واحد تشکیل شده است : دو زیر واحد α ، یک زیر واحد b ، یک زیر واحد b' و زیر واحد s . b (151 kD) و b' (156 kD) به طور قابل توجهی از a (37 kD) بزرگ تر هستند. چندین شکل مختلف از زیر واحد s شناخته شده اند ؛ که دارای مقدار وزن مولکولی بین 28 تا 70 کیلو دالتن می باشند. زیر واحد s را همچنین به نام فاکتور s نیز می نامند. این زیر واحد نقش مهمی را در شناسایی سایت آغاز رونویسی ایفا می کند. همچنین این فاکتور دارای فعالیت هلیکازی جهت باز کردن DNA دو رشته ای می باشد. سنتز نوکلئوتید ها توسط سایر چهار زیر واحد دیگر ادامه می یابد ، که این چهار زیر واحد را با هم هسته پلیمراز می نامند. اصلاح هولو آنزیم به آنزیم کامل و دارای فعالیت اطلاق می شود. در این نمونه هولو آنزیم شامل هسته پلیمرازی و فاکتور s می باشد.

یوکاریوت ها

سه نوع RNA پلیمراز یوکاریوتی وجود دارد : II Iو III . هر کدام از آن ها دارای دو زیر واحد بزرگ و 12 تا 15 زیر واحد کوچک می باشند. دو زیر واحد بزرگ با زیر واحد های b و b' ( E.coli ) مشابه ( همولوگ ) هستند. دو زیر واحد کوچک مشابه زیر واحد a در E.coli می باشند. با این وجود ، RNA پلیمراز یوکاریوتی دارای زیر واحدی مشابه با فاکتور s E.coli نمی باشد. بنابراین آغاز رونویسی در یوکاریوت ها توسط پروتئین های دیگری انجام می گیرد.

RNA پلیمراز II درگیر رونویسی از تمام ژن های پروتئین ها و اغلب ژن های snRNA ها می باشد. بدون شک این RNA پلیمراز در میان سه نوع RNA پلیمراز دارای اهمیت بیشتری می باشد. دو کلاس دیگر فقط ژن های RNA را رونویسی می کنند. RNA پلیمراز I در هسته واقع شده و از روی ژن های rRNA به جز 5srRNA رونویسی می کند. RNA پلیمراز III در بیرون از هسته قرار دارد و ژن های 5sRNA , tRNA , U6snRNA و برخی از ژن های RNA های کوچک را رونویسی می کند.

انيميشن تکثير رترو ويروس :

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter18/animation_quiz_3.html

در سنتز RNA و DNA مولکول DNA نقش قالب را دارد اما در نسخه برداری معکوس RNA نقش قالب را دارد .آنزیم های درگیر در همانند سازی RNA  در تکنیک DNA نوترکیبی بسیار مفید است و کاربرد های عمیقی در تحقیق پیرامون ماهیت مولکول های خود همانند ساز (Self replicating) دارند .                  

بعضی از  RNA ویروس ها که قادر به ایجاد عفونت در سلول های حیوانی هستند در داخل ذره ویروسی یک DNA پلیمراز وابسته به RNA به نام ترانس کریپتاز معکوس (Reverse transcriptase) دارند .              

در هنگام ایجاد عفونت ژنوم RNA تک رشته ویروس با حدود ۱۰۰۰۰ نوکلیوتید همراه به آنزیم ترانس کریپتاز معکوس و یک tRNA به عنوان حامل آنزیم برداشته شده از سلول میزبان قبلی وارد سلول میزبان جدید می شود .  tRNAتبدیل فوری RNA ویروسی به DNA دو رشته ای را تسهیل می نماید . آنزیم ترانس کریپتاز معکوس به عنوان DNA  پلیمراز وابسته به RNA ابتدا سنتز یک رشته DNA مکمل RNA ویروسی را کاتالیز می کند . سپس با کمک محیط قلیایی NaOH رشته RNA در هیبرید DNA - RNA تخریب شده و سپس به کمک DNA  پلی مراز I رشته دوم DNA  ساخته می شود .