سازمان و بیان ژن در پروکاریوت ها

تفاوت اولیه بین سلولهای پروکایوتی و یوکاریوتی در وجود یا عدم وجود غشا هسته است . غشای هسته مانند سدی اطلاعات ژنتیکی موجود در کروموزومها را از سیتوپلاسم جدا می کند . مهندسی ژنتیک از سلولهای یوکاریوتی و پروکاریوتی استفاده می کند و کاربردش به سازمان ژن و بیان آن مرتبط است .

سازوکار بیان ژن اولین بار در E.coli کشف شد . اطلاعات ژنتیکی این باکتری در داخل یک کروموزوم حلقوی که از حدود سه میلیون جفت باز تشکیل شده قرار دارد . اغلب ژنها به صورت فشرده در کنار هم قرار دارند و تنها مقدار کمی DNA زاید در بین آنها قرار دارد . از آنجایی که پروکاریوت ها غشای هسته ندارند ، رونویسی و ترجمه ژنهایشان با فاصله زمانی کمی از هم صورت می گیرد .

در هر ژن از اپرون پروکاریوت ها توالی کوتاهی در فرادست ، رمز آغازین ( AUG ) وجود دارد که به توالی شاین – دالگارنو معروف است ( توالی SD و به یاد کاشف آن ) این توالی محل اتصال ریبوزوم است و برای ترجمه کار آمد صروری است .

آنزیم RNA پلیمراز ژن را رونویسی می کند .

این آنزیم دارای پنج پلی پپتید مشخص ( α2 ، β ، ‘β  ، ω که با هم بخش مرکزی آنزیم را می سازند ) و یک زیر واحد ( عامل سیگما = σ ) که در شروع رونویسی نقش دارد  می باشد . هالوآنزیم ( بخش مرکزی آنزیم و عامل سیگما ) سنتز زنجیره RNA را آغاز می کند و پس از آن عامل سیگما جدا می شود و بخش مرکزی آنزیم ادامه رونوسی را بر عهده می گیرد .

نقش عامل سیگما شناسایی جایگاه های صحیح آغاز رونویسی ، یا جایگاههای راه اندازی بر روی DNA و اتصال RNA پلیمراز به آن است ،

تا کنون توالی صدها راه اندازی در E.coli مشخص شده است و این توالی به صورت تعجب آوری مشترکات خیلی کمی با هم دارند . دو توالی کوتاه حفظ شده در بین این راه اندازها به صورت کامل شناسایی شده اند . اما حتی این دو هم به ندرت در دو راه انداز مختلف یکسان می باشند .

مرکز این توالی حفظ شده به این ترتیب در حدود 10 و 35 جفت بار قبل از جایگاه آغاز رونویس واقع شده است . بنابر این به ترتیب توالی 10- و توالی 35- نامیده می شوند . ساختار توالی 10- ( که به جعبه pribnow هم معروف است ) TATAAT است . ساختار توالی 35- توالی هماهنگ TTAGACA است .

حدودا دهمین باز از مرکز توالی 10- که بین راه انداز و توالی رمزگردان قرار دارد ، باز اولیه است . اولین نوکلئونید RNA مکمل این باز است . ناحیه بین باز و توالی رمز کننده ، ناحیه ضدرهبری نامیده می شود که به ناحیه رهبری در RNA ترجمه می شود . رهبر به وسیله توالی شاین دالگارنو خود را به ریبوزوم متصل می کند .

اگر RNA پلیمراز در مرحله ادامه رونویسی متوقف شود ( معمولا به وسیله حذف نوکلئوتید پیشرو در طی آزمایشها در آزمایشگاه ) ، دو نوع پروتئین E.coli ( پروتئین GreA و Gre B ) ، RNA پلیمراز را از توقف در ادامه رونویسی رها می کنند . Gre A تنها زمانی می تواند عمل کند که قبل از توقف RNA پلیمراز وجود داشته باشد .

پایان رونویسی در توالی های پایانی خاصی از DNA رخ می دهد . اغلب mRNA های پروکاریوت ها با توالی

5′-UUUUUUA-3′

پایان می یابند که نشان می دهد توالی

3′-AAAAAAT-5′

  در رشته DNAحداقل جزیی از توالی پایان رونویسی است . بعضی از علایم پایان رونویسی به حضور پروتئین rho نیاز دارند .

اگر چه فقط یکی از دو رشته DNA درهر ناحیه برای رونویسی استفاده می شود ، اما معمولا هر دو رشته DNA یک کروموزوم در رونویسی شرکت می کنند ،

بعضی mRNAها از یک رشته DNA و برخی دیگر از روی رشته دیگر DNA رونویسی می شوند . چون دو رشته مارپیچ دو رشته ای DNA در جهت مخالف همدیگر هستند ، رونویسی از رشته های مخالف به عنوان الگو در جهت عکس و در طول مولکول DNA پیش می رود . در ویروسهای λ و T4 رونویسی از روی هر دو رشته DNA صورت می گیرد . مطالعه سازمان دهی و بیان ژن در E.coli و دیگر پروکاریوت ها از اهمیت کافی برخوردار است ، زیرا اهمیت ویژه ای در مهندسی ژنتیک دارند .

نقشه E.coli  کاملا ترسیم شده و اطلاعات به دست آمده برای روشهای کلون کردن مفید است .