همکاری (رونویسی DNA)

پدیده تعاونی را می توان با مدل ترمودینامیکی از تعادل های جفت شده مدل نمود.

بخش مرکز یادگیری- مرجان سلیمانیان

در مطالب قبل با روش های رونویسی آشنا شده اید، در اینجا پدیده همکاری یا تعاونی را که مثلا در تا شدن پروتئین ها دیده می شود بررسی می کنیم.

ژنها توالی های کشیده شده ای از DNA  است که اطلاعات ژنتیکی  را در خود نگه داری می کند که بوسیله کدهای ژنتیکی ذخیره شده اند. هر ملکول DNA  شامل دو رشته است. مناطق کدینگ شامل اطلاعات ژنتیکی هستند و قسمت هایی که اطلاعات ژنتیکی ندارند در تولید RNAها کمک می کنند. تولید یک کپی RNA از روی DNA  را مرحله رونویسی گویند، این فرایند بوسیله RNA polymerase  انجام می شود که در هر لحظه یکه نکلئوتیدRNA  را به رشته RNA درحال تولید، اضافه می کند.

تعاونی می تواند در انواع تبدیلات و فرآیندهای بیوشیمیایی مشاهده شود، برای مثال اتصال همزمان دو فاکتور رونویسی به یک توالی هدف در DNA  ممکن است با همکاری رخ دهد. از طرفی، فرآیندهایی همچون تا شدن پروتئین ها نیز تعاونی هستند. در اینجا ابتدا اتصال تعاونی یا آلوستری را توضیح می دهیم.

همان طور که می دانید اتصال همزمان پروتئین A به B و C را می توان به صورت تعادل های جفت شده بیان نمود: 

طرح شماره 1

در این معادله، J، J، K و K ثابت های تعادل واکنش های تشکیل (وارون ثابت های تفکیک) هستند. بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، تغییر در انرژی آزاد بین دو حالت تعادلی (مثلا A+B+C با ABC) مستقل از مسیر می باشد، یعنی در اینجا می توانیم این گونه بیان کنیم:

طرح شماره 2

J.K = JK

رابطه بالا چه نکته ای را بیان می کند؟ فرض کنیم ثابت تعادل J بزرگ تر از J باشد. یعنی تمایل B برای اتصال به AC بیشتر از تمایل آن برای اتصال به A تنها است و اتصال C، اتصال B را تقویت می کند. در این صورت با رابطه فوق داریم K بزرگ تر از K، یعنی تمایل C نیز برای اتصال به AB در مقایسه با A تنها بیشتر است و اتصال B نیز اتصال C را تقویت می کند. 

در این صورت گفته می شود اتصال B و C به A با همکاری مثبت رخ می دهد. در مقابل، حالت J بزرگ تر از J (K

برقراری پیوند هیدروژنی بین یک مجموعه جفت باز، برقراری پیوندهای مجاور را مطلوب تر می کند و شکسته شدن تعدادی پیوند هیدروژنی نیز باعث مطلوب تر شدن شکسته شدن پیوندهای هیدروژنی مجاور می شود. توصیفی مشابه را می توان برای درصد اشباعیت هموگلوبین با اکسیژن، تا شدن پروتئین ها، تشکیل کمپلکس های ساختاری و عملکردی و ...ارائه نمود.

لازم است یادآوری کنیم که ارتباط بین ثابت های تعادل در رابطه شماره 2 اطلاعی درباره مقدار مطلق ثابت های سرعت را نمی دهد و نمی تواند برای مقایسه مطلق سرعت ها به کار رود، زیرا ثابت تعادل برابر با نسبت ثابت های سرعت واکنش های رفت و برگشت در هر قدم می باشد.

بنابراین لزوما نمی توان گفت در همکاری مثبت معادله شماره 2 سرعت اتصال C به AB بیش از سرعت اتصال C به A تنها است. به عبارت دیگر، مدل فوق یک مدل ترمودینامیکی و نه کینتیکی است.

پدیده تعاونی با مشخصه هایی شناخته می شوند، برای مثال منحنی های S شکل (سیگموئید) معمولا نشان دهنده نوعی پدیده تعاونی مثبت در رابطه بین متغیرها هستند. در برخی موارد اگر پایداری اجزای یک مسیر ترمودینامیکی (مثل مسیر ذوب شدن DNA  دو رشته) کمتر از پایداری دو جز ابتدایی و انتهایی آن باشد نیز تعاونی مثبت دیده می شود که در آن، فراوانی تعادلی دست کم یکی از این دو جز همواره بیش از فراوانی تعادلی اجزای حد واسط است.

منبع: http://microbi.ir

تنظیم کننده: محبوبه همت