المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الاحياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10456 موضوعاً
النبات
الحيوان
الأحياء المجهرية
علم الأمراض
التقانة الإحيائية
التقنية الحياتية النانوية
علم الأجنة
الأحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
المضادات الحيوية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
الكتلة الكندية The Canadian Shield
2024-10-13
الغطاءات الجليدية في عصر البليستوسين
2024-10-13
العمليات الخارجية
2024-10-13
مرض التهاب الضرع Mastitis الذي يصيب الابقار
2024-10-13
حُسن الخلق
2024-10-13
المسكن على ضوء الأحاديث الشريفة
2024-10-13

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Regulation of Eukaryotic Gene Expression: Regulation through variations in DNA  
  
698   11:26 صباحاً   date: 31-12-2021
Author : Denise R. Ferrier
Book or Source : Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry
Page and Part :

Regulation of Eukaryotic Gene Expression: Regulation through variations in DNA


Gene expression in eukaryotes is also influenced by the accessibility of DNA to the transcriptional apparatus, the amount of DNA, and the arrangement of DNA. [Note: Localized transitions between the B and Z forms of DNA  can also affect gene expression.]
1. Access to DNA:

In eukaryotes, DNA is found complexed with histone and nonhistone proteins to form chromatin . Transcriptionally active, decondensed chromatin (euchromatin) differs from the more condensed, inactive form (heterochromatin) in a number of ways. Active chromatin contains histone proteins that have been covalently modified at their amino terminal ends by reversible methylation, acetylation, or phosphorylation . Such modifications decrease the positive charge of these basic proteins, thereby decreasing the strength of their association with negatively charged DNA. This relaxes the nucleosome , allowing transcription factors access to specific regions on the DNA.
Nucleosomes can also be repositioned, an ATP-requiring process that is part of chromatin remodeling. Another difference between transcriptionally active and inactive chromatin is the extent of methylation of cytosine bases in CG-rich regions (CpG islands) in the promoter region of many genes. Methylation is by methyltransferases that use S-adenosylmethionine as the methyl donor (Fig. 1).
Transcriptionally active genes are less methylated (hypomethylated) than their inactive counterparts, suggesting that DNA hypermethylation silences gene expression. Modification of histones and methylation of DNA are epigenetic in that they are heritable changes in DNA that alter gene expression without altering the base sequence.


Figure 1:  The methylation of cytosine in eukaryotic DNA. SAM = Sadenosylmethionine; SAH = S-adenosylhomocysteine.
2. Amount of DNA:

A change up or down in the number of copies of a gene can affect the amount of gene product produced. An increase in copy number (gene amplification) has contributed to increased genomic complexity and is still a normal developmental process in certain nonmammalian species. In mammals, however, gene amplification is seen with some diseases and in response to particular chemotherapeutic drugs such as methotrexate, an inhibitor of the enzyme dihydrofolate reductase (DHFR), required for the synthesis of thymidine triphosphate (TTP) in the pyrimidine biosynthetic pathway . TTP is essential for DNA synthesis. Gene amplification results in an increase in the number of DHFR genes and resistance to the drug, allowing TTP to be made.
3. Arrangement of DNA:

The process by which immunoglobulins (antibodies) are produced by B lymphocytes involves permanent rearrangements of the DNA in these cells. The immunoglobulins (for example, IgG) consist of two light and two heavy chains, with each chain containing regions of variable and constant amino acid sequence. The variable region is the result of somatic recombination of segments within both the light- and the heavy-chain genes. During B-lymphocyte development, single variable (V), diversity (D), and joining (J) gene segments are brought together through gene rearrangement to form a unique variable region (Fig. 2). This process allows the generation of 109−1011 different immunoglobulins from a single gene, providing the diversity needed for the recognition of an enormous number of antigens. [Note: Pathologic DNA rearrangement is seen with translocation, a process by which two different chromosomes exchange DNA segments.]


Figure 2:  DNA rearrangements in the generation of immunoglobulins. V= variable; D = diversity; J = joining.
4. Mobile DNA elements:

Transposons (Tn) are mobile segments of DNA that move in an essentially random manner from one site to another on the same or a different chromosome. Movement is mediated by transposase, an enzyme encoded by the Tn itself. Movement can be direct, in which transposase cuts out and then inserts the Tn at a new site, or replicative, in which the Tn is copied and the copy inserted elsewhere while the original remains in place. In eukaryotes, including humans, replicative transposition frequently involves an RNA intermediate made by a reverse transcriptase , in which case the Tn is called a retrotransposon. Transposition has contributed to structural variation in the genome but also has the potential to alter gene expression and even to cause disease. Tn comprise ~50% of the human genome, with retrotransposons accounting for 90% of Tn. Although the vast majority of these retrotransposons have lost the ability to move, some are still active. Their transposition is thought to be the basis for some rare cases of hemophilia A and Duchenne muscular dystrophy.
[Note: The growing problem of antibiotic-resistant bacteria is a consequence, at least in part, of the exchange of plasmids among bacterial cells. If the plasmids contain Tn-carrying antibiotic resistance genes, the recipient bacteria gain resistance to one or more antimicrobial drugs.]




علم الأحياء المجهرية هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة من حيث الحجم والتي لا يمكن مشاهدتها بالعين المجرَّدة. اذ يتعامل مع الأشكال المجهرية من حيث طرق تكاثرها، ووظائف أجزائها ومكوناتها المختلفة، دورها في الطبيعة، والعلاقة المفيدة أو الضارة مع الكائنات الحية - ومنها الإنسان بشكل خاص - كما يدرس استعمالات هذه الكائنات في الصناعة والعلم. وتنقسم هذه الكائنات الدقيقة إلى: بكتيريا وفيروسات وفطريات وطفيليات.



يقوم علم الأحياء الجزيئي بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء والكيمياء وبشكل خاص مع علم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. يهتم علم الاحياء الجزيئي بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الدنا (DNA) والرنا (RNA) وعملية تصنيع البروتينات إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.



علم الوراثة هو أحد فروع علوم الحياة الحديثة الذي يبحث في أسباب التشابه والاختلاف في صفات الأجيال المتعاقبة من الأفراد التي ترتبط فيما بينها بصلة عضوية معينة كما يبحث فيما يؤدي اليه تلك الأسباب من نتائج مع إعطاء تفسير للمسببات ونتائجها. وعلى هذا الأساس فإن دراسة هذا العلم تتطلب الماماً واسعاً وقاعدة راسخة عميقة في شتى مجالات علوم الحياة كعلم الخلية وعلم الهيأة وعلم الأجنة وعلم البيئة والتصنيف والزراعة والطب وعلم البكتريا.