التعبير الجيني – النسخ والترجمة والتنظيم

الأحياءعلم الوراثة17–18 سنة

جارٍ التحميل…

استخدمها مع صفي ✨ خصّصها بالذكاء الاصطناعي الإبلاغ عن مشكلة

ضع عوامل النسخ وإنزيم بلمرة RNA والريبوسومات وإنزيمًا يحلل mRNA على قطعة من DNA تحمل ثلاثة جينات، لتصنع mRNA ثم البروتين. ثلاث شاشات: التعبير (اسحب وأفلت عبر السلسلة كلها: النسخ ← الترجمة ← جمع بروتين كل جين)، وmRNA (يحدد تركيز عوامل النسخ الموجبة والسالبة وإنزيم بلمرة RNA وألفتها معدل إنتاج mRNA)، وخلايا كثيرة (تتذبذب مستويات البروتين عشوائيًا من خلية إلى أخرى حول القيمة المتوقعة). وتُظهر شاشة رابعة، التنظيم في حقيقيات النوى، ارتباط الإستروجين بمستقبِله ليكوّن عامل نسخ، وإسكات مثيلة مواقع CpG في المحفّز للجين، وفتح أستلة الهستونات للكروماتين، وتدمير siRNA داخل RISC لجزيء mRNA المطابق؛ ويقارن الطلاب أنواعًا من الخلايا تشترك في جينوم واحد، وتوائم متطابقة تتباعد علاماتها فوق الجينية مع العمر والبيئة. مقتبسة من محاكاة "Gene Expression Essentials" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها.

الدرس: التعبير الجيني وتنظيمه

ماذا تعرض

محاكاة لدرس الجينات والتعبير الجيني في علم الوراثة الجزيئية (للأعمار 15–18): يجمّع الطلاب الجزيئات بأنفسهم ليروا تدفق المعلومات DNA ← mRNA ← بروتين ودور المنطقة التنظيمية. وتضيف شاشة التنظيم في حقيقيات النوى ما يُدرَّس في المستوى المتقدم وIB وAP: عوامل نسخ ينشّطها هرمون، وعلامات فوق جينية على DNA والهستونات، والتداخل الرنائي، وسبب اختلاف خلايا تشترك في جينوم واحد. النموذج مبسّط: العلامات تشغيل/إيقاف لكل موقع، والمعدلات توضيحية لا مقيسة.

طريقة الاستخدام

في شاشة التعبير يحمل DNA ثلاثة جينات، لكل منها منطقة تنظيمية ومنطقة مشفّرة ومنطقة إنهاء. اسحب عامل نسخ موجبًا إلى الموقع الصحيح في المنطقة التنظيمية، ثم اسحب إنزيم بلمرة RNA إلى المحفّز ليبدأ النسخ: ينمو شريط mRNA ويغادر DNA. اسحب ريبوسومًا إلى الطرف 5' من mRNA ليترجمه؛ فتنمو السلسلة متعددة الببتيد وتنطوي لتصبح بروتينًا، ويعطي كل جين نوعًا خاصًا من البروتين تُفلته في صندوق الجمع. يمنع عامل النسخ السالب إنزيم بلمرة RNA، ويُخفي الإنزيم المحلل جزيء mRNA. وفي شاشة mRNA تنتشر الجزيئات عشوائيًا، ويُقاس معدل إنتاج mRNA مقابل تركيز عوامل النسخ وإنزيم بلمرة RNA وألفتها. وتشغّل شاشة خلايا كثيرة ما يصل إلى 90 خلية تحمل الجين نفسه: تختلف كمية البروتين بين الخلايا لأن الأحداث الجزيئية عشوائية، بينما يقترب المتوسط من القيمة المتوقعة التي تحددها معدلات صنع mRNA والبروتين وتحللهما. النموذج نوعي: تستخدم شاشة خلايا كثيرة خوارزمية Gillespie بثوابت معدل مبسّطة، لا ببيانات مقيسة لجين حقيقي. وفي شاشة التنظيم في حقيقيات النوى اختر نوع الخلية، وانقر المحفّز أو الجسيمات النووية (أو Me / Ac) لتغيير العلامات، وحرّك منزلق تركيز الإستروجين وأضف siRNA؛ ويقارن الجدول البروتين في أنواع الخلايا الثلاثة. ويتيح عرض التوائم المتطابقة للعلامات أن تتباعد مع العمر.

المعاملات القابلة للتغيير

شاشة البداية التعبير, mRNA, خلايا كثيرة, التنظيم في حقيقيات النوى
العدد الابتدائي للخلايا (شاشة خلايا كثيرة) 1–90 خلية
رسم خط القيمة المتوقعة على منحنى البروتين
إظهار تلميح الخطوة التالية (شاشة التعبير)

أسئلة للاستكشاف

لماذا لا يستطيع إنزيم بلمرة RNA الارتباط بالمحفّز عند غياب عامل النسخ الموجب، أو عند ارتباط عامل نسخ سالب؟
كم بروتينًا يستطيع جزيء mRNA واحد أن يصنع، وما الذي يوقفه عن صنع المزيد؟
هل تحتوي خلايا تحمل الجين نفسه في الظروف نفسها على الكمية نفسها من البروتين؟ وكيف يتغير متوسط البروتين إذا زاد معدل تحلله؟

أفكار للتدريس

كل الأدلة