ناحیه کدکننده ژن
ناحیهٔ کُدکنندهٔ یک ژن که با عنوان توالی کدکننده (CDS) نیز شناخته می‌شود، بخشی از دی‌ان‌ای یا آران‌ای ژن است که پروتئین را کد می‌کند.[۱] مطالعهٔ طول، ترکیب، تنظیم، اتصال، ساختار و عملکرد مناطق کدکننده در مقایسه با مناطق غیرکدکننده در گونه‌ها و دوره‌های زمانی مختلف می‌تواند اطلاعات مهمی در مورد سازماندهی ژن و تکامل پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها ارائه دهد.[۲] این موضوع همچنین می‌تواند به نقشه‌برداری از ژنوم انسان و توسعهٔ ژن‌درمانی کمک کند.[۳]
تعریف
[ویرایش]اگرچه این اصطلاح گاهی به‌جای اگزون نیز به‌کار می‌رود، اما مفهومی دقیقاً یکسان نیست: اگزون از ناحیهٔ کدکننده و همچنین از ناحیه ۳' و ۵' ترجمه نشدهٔ آران‌ای تشکیل شده‌است. نواحی ترجمه نشدهٔ ۳' و ۵' آران‌ای، که پروتئینی را کد نمی‌کنند، مناطق غیرکدکننده نامیده می‌شوند.
اغلب بین تعریف مناطق کدگذاری و اگزوم‌ها (مجموع تمامی اگزون‌ها) سردرگمی وجود دارد اما در واقع تمایز واضحی بین این اصطلاحات وجود دارد. اگزوم به تمام اگزون‌های یک ژنوم اشاره دارد اما ناحیهٔ کدکننده به بخش ویژه و منفردی از دی‌ان‌ای یا آران‌ای اشاره دارد که به‌طور خاص، نوع خاصی از پروتئین‌ها را کد می‌کند.
ساختار و ترکیب
[ویرایش]
تصور می‌شود که ناحیهٔ کدگذاری، حاوی محتوای سیتوزین-گوانین بالاتری نسبت به مناطق غیرکدکننده است. پژوهشهای بیشتری وجود دارد که نشان می‌دهد هر چه رشتهٔ کدگذاری طولانی‌تر باشد، محتوای سیتوزین-گوانین بالاتر است.[۵]
مناطق ضروری کدگذاری (غنی از ژن) دارای محتوای سیتوزین-گوانین بالاتر و در مقایسه با مناطق کمکی و غیرضروری (فقیر از ژن) پایدارتر و در برابر جهش مقاوم‌تر هستند.[۶]
در دی‌ان‌ای، ناحیهٔ کدکننده توسط توالی پروموتر در انتهای '۵' رشتهٔ الگو و توالی خاتمه در انتهای '۳ احاطه شده‌است. در طول رونویسی، آران‌ای پلی‌مراز به دنبالهٔ پروموتر متصل می‌شود و در امتداد رشتهٔ الگو به‌سوی ناحیهٔ کدکننده حرکت می‌کند. سپس آران‌ای پلی‌مراز، نوکلئوتیدهای آران‌ای را به‌صورت مکمل به ناحیهٔ کدکننده اضافه می‌کند تا آران‌ای پیام‌رسان را تشکیل دهد و اوراسیل را به‌جای تیمین جایگزین کند.[۷] این فرایند تا زمانی ادامه می‌یابد که آران‌ای پلی‌مراز به محل دنبالهٔ خاتمه برسد.[۷]
پس از رونویسی و بلوغ، آران‌ای پیام‌رسان بالغ تشکیل‌شده، بخش‌های متعددی را در بر می‌گیرد که برای ترجمهٔ نهایی آن به پروتئین مهم است. ناحیهٔ کدکننده در آران‌ای پیام‌رسان توسط ناحیهٔ ترجمه‌نشدهٔ ۵' (5'-UTR) و ناحیهٔ ترجمه‌نشدهٔ ۳' (3'-UTR),[۸] کلاهک ۵' و دُم پلی‌آدنیله شده احاطه شده‌است. در طول ترجمه، ریبوزوم، اتصال آران‌ای‌های حامل را به ناحیهٔ کدکننده، یعنی ۳ نوکلئوتید در یک زمان (کدون) تسهیل می‌کند.[۹] آران‌ای‌های حامل، اسیدهای آمینهٔ مرتبط خود را به زنجیرهٔ پلی‌پپتیدی در حال رشد منتقل می‌کنند و در نهایت، پروتئینی را تشکیل می‌دهند که در ناحیهٔ کدکنندهٔ دی‌ان‌ای اولیه تعریف شده‌است.
تنظیم
[ویرایش]ناحیهٔ کدکننده، به‌منظور تنظیم بیان ژن، قابل تنظیم و تغییر است.
آلکیل‌دار کردن، یکی از اشکال تنظیم ناحیهٔ کدکننده است.[۱۱] ژنی که رونویسی می‌شد را می‌توان با هدف قرار دادن یک توالی خاص، خاموش کرد. بازها در این دنباله، با استفاده از گروه‌های آلکیل مسدود می‌شوند که اثر «خاموش‌کننده» را ایجاد می‌کنند.[۱۲]
در حالی‌که تنظیم بیان ژن، فراوانی آران‌ای یا پروتئین ساخته‌شده در یک سلول را مدیریت می‌کند، تنظیم این مکانیسم‌ها را می‌توان با یک توالی تنظیمی که پیش از آغاز چارچوب خوانش باز در یک رشته دی‌ان‌ای کنترل می‌شود، کنترل کرد. سپس توالی تنظیمی، مکان و زمانی را که بیان برای یک ناحیهٔ کدکنندهٔ پروتئین رخ می‌دهد تعیین می‌کند.[۱۳]
پیرایش آران‌ای در نهایت تعیین می‌کند که کدام قسمت از توالی، ترجمه و بیان شود و این فرایند، شامل برش اینترون‌ها و کنار هم قرار دادن اگزون‌ها است. با این‌حال، جایی‌که پیرایشگر (اسپلایسوزوم) آران‌ای، برش را انجام می‌دهد، با شناسایی مکان‌های اتصال هدایت می‌شود، به‌ویژه محل اتصال ۵'، که یکی از بسترهای نخستین مرحله در پیوند است.[۱۴] نواحی کدکننده در داخل اگزون‌ها قرار دارند و با پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند تا آران‌ای پیام‌رسان بالغ را تشکیل دهند.
جهش‌ها
[ویرایش]جهش در ناحیهٔ کدکننده می‌تواند اثرات بسیار متنوعی بر فنوتیپ یک جاندار داشته باشد. در حالی‌که برخی جهش‌ها در این ناحیه از دی‌ان‌ای/آران‌ای می‌توانند منجر به تغییرات سودمند شوند، برخی دیگر می‌توانند برای بقای جاندار مضر و حتی گاهی کشنده باشند. در مقابل، تغییرات در ناحیهٔ کدگذاری ممکن است همیشه منجر به تغییرات قابل‌تشخیص در فنوتیپ نشود.
انواع جهش
[ویرایش]
اشکال مختلفی از جهش وجود دارد که می‌تواند در نواحی کدگذاری رخ دهد. یک شکل از آن جهش‌های خاموش است که در آن، تغییر در نوکلئوتیدها پس از رونویسی و ترجمه هیچ تغییری در اسید آمینه ایجاد نمی‌کند.[۱۶] همچنین جهش‌های بی‌معنی وجود دارد که در آن تغییرات پایه در ناحیهٔ کدکننده، کدون توقف زودرس را کد می‌کند و پروتئین نهایی کوتاه‌تری را تولید می‌کند. جهش‌های نقطه‌ای، یا تغییرات تک‌جفت‌باز در ناحیهٔ کدکننده، که اسیدهای آمینهٔ مختلف را در طول ترجمه کد می‌کنند، جهش‌های بدمعنی نامیده می‌شوند. انواع دیگر جهش‌ها شامل جهش‌های تغییر قالب مانند درج یا حذف است.[۱۶]
وقوع جهش
[ویرایش]برخی از انواع جهش‌ها ارثی هستند که از والدین به فرزندان منتقل می‌شوند.[۱۷] چنین نواحی کدگذاری جهش‌یافته در تمام سلول‌های موجود در یک جاندار، وجود دارند. اشکال دیگر جهش‌ها (جهش‌های سوماتیک) در طول زندگی موجودات زنده به‌وجود می‌آیند و ممکن است سلول به سلول ثابت نباشند.[۱۷] این تغییرات می‌تواند توسط جهش‌زاها، سرطان‌زاها یا سایر عوامل محیطی (مثلاً پرتوی فرابنفش) رخ دهند. جهش‌های اکتسابی نیز می‌توانند در نتیجهٔ خطاهای کپی در حین تکثیر دی‌ان‌ای باشند و به زاده‌ها منتقل نشوند. تغییرات در ناحیهٔ کدنویسی نیز می‌تواند به‌صورت de novo (جدید) باشد. تصور می‌شود که چنین تغییراتی در مدت کوتاهی پس از لقاح رخ می‌دهد و منجر به جهشی در دی‌ان‌ای فرزندان می‌شود، در حالی‌که جهشی در سلول‌های اسپرم و تخمک وجود ندارد.[۱۷]
جلوگیری
[ویرایش]مکانیسم‌های رونویسی و ترجمهٔ متعددی برای جلوگیری از مرگ و میر ناشی از جهش‌های مضر در ناحیهٔ کدگذاری وجود دارد. چنین اقداماتی شامل فرایند «تصحیح» (DNA mismatch repair) توسط برخی از دی‌ان‌ای پلیمرازها در طول همانندسازی دی‌ان‌ای، ترمیم عدم تطابق پس از همانندسازی،[۱۸] و " فرضیهٔ لرزش " (Wobble Hypothesis') است.[۱۹]
جستارهای وابسته
[ویرایش]- اگزون کل قسمتی از رشته که رونویسی می‌شود
- mRNA بالغ
- DNA غیر کد کننده بخش‌هایی از ژنوم که ژن‌های کدکنندهٔ پروتئین را کد نمی‌کنند.
- مولکول‌های آران‌ای غیر-کدکننده که پروتئین‌ها را کد نمی‌کنند.
منابع
[ویرایش]- ↑ «Gene structure». web.archive.org. ۲۰۰۷-۰۳-۲۸. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۹ سپتامبر ۲۰۱۵. دریافت‌شده در ۲۰۲۲-۰۶-۲۵.
- ↑ Höglund M, Säll T, Röhme D (February 1990). "On the origin of coding sequences from random open reading frames". Journal of Molecular Evolution. 30 (2): 104–108. Bibcode:1990JMolE..30..104H. doi:10.1007/bf02099936. ISSN 0022-2844.
- ↑ Sakharkar MK, Chow VT, Kangueane P (2004). "Distributions of exons and introns in the human genome". In Silico Biology. 4 (4): 387–93. PMID 15217358.
- ↑ (n.d.). Retrieved from https://www.differencebetween.com/wp-content/uploads/2017/03/Difference-Between-Transition-and-Transversion-3.png
- ↑ Oliver JL, Marín A (September 1996). "A relationship between GC content and coding-sequence length". Journal of Molecular Evolution. 43 (3): 216–23. Bibcode:1996JMolE..43..216O. doi:10.1007/pl00006080. PMID 8703087.
- ↑ Vinogradov AE (April 2003). "DNA helix: the importance of being GC-rich". Nucleic Acids Research. 31 (7): 1838–44. doi:10.1093/nar/gkg296. PMC 152811. PMID 12654999.
- ↑ ۷٫۰ ۷٫۱ Overview of transcription. (n.d.). Retrieved from https://www.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/transcription-of-dna-into-rna/a/overview-of-transcription.
- ↑ Twyman, Richard (1 August 2003). "Gene Structure". The Wellcome Trust. Archived from the original on 28 March 2007. Retrieved 6 April 2003.
- ↑ Clancy, Suzanne (2008). "Translation: DNA to mRNA to Protein". Scitable: By Nature Education.
- ↑ Plociam (2005-08-08), English: The structure of a mature eukaryotic mRNA. A fully processed mRNA includes the 5' cap, 5' UTR, coding region, 3' UTR, and poly(A) tail., retrieved 2019-11-19
- ↑ Shinohara K, Sasaki S, Minoshima M, Bando T, Sugiyama H (2006-02-13). "Alkylation of template strand of coding region causes effective gene silencing". Nucleic Acids Research. 34 (4): 1189–95. doi:10.1093/nar/gkl005. PMC 1383623. PMID 16500890.
- ↑ "DNA alkylation Gene Ontology Term (GO:0006305)". www.informatics.jax.org. Retrieved 2019-10-30.
- ↑ Shafee, Thomas; Lowe, Rohan (2017). "Eukaryotic and prokaryotic gene structure". WikiJournal of Medicine. 4 (1). doi:10.15347/wjm/2017.002.
- ↑ Konarska MM (1998). "Recognition of the 5' splice site by the spliceosome". Acta Biochimica Polonica. 45 (4): 869–81. doi:10.18388/abp.1998_4346. PMID 10397335.
- ↑ Jonsta247 (2013-05-10), English: Example of silent mutation, retrieved 2019-11-19
- ↑ ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ Yang, J. (2016, March 23). What are Genetic Mutation? Retrieved from https://www.singerinstruments.com/resource/what-are-genetic-mutation/.
- ↑ ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ What is a gene mutation and how do mutations occur? - Genetics Home Reference - NIH. (n.d.). Retrieved from https://ghr.nlm.nih.gov/primer/mutationsanddisorders/genemutation.
- ↑ DNA proofreading and repair. (n.d.). Retrieved from https://www.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-molecular-genetics/hs-discovery-and-structure-of-dna/a/dna-proofreading-and-repair.
- ↑ Peretó J. (2011) Wobble Hypothesis (Genetics). In: Gargaud M. et al. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlin, Heidelberg
