علت کاربرد نشانگرهای مولکولی :

اصول و کاربرد نشانگرهای مولکولی تفاوت چندان با سایر نشانگرهای ژنتیک مانند نشانگرهای مورفولوژیک ندارد.تحولی که در زمینۀ علوم زیستی به طور عام و در پزشکی و کشاورزی به طور خاص به نشانگرهای مولکولی نسبت داده می شود به دلایل زیر است: 1 فراوانی فوق العادۀ این دسته از نشانگرها؛ 2 عدم تأثیر پذیری آنها از شرایط محیطی خارجی و داخلی موجود؛ 3 امکان به کارگیری آنها در مراحل نخستین رشد جنینی حیوانات و مراحل نخستین رشد گیاهان؛ 4 فراهم نمودن امکان مطالعۀ گیاهان در خارج از فصل و محل کشت؛ 5 دقت و قابلیت مطلوب تفسیر نتایج؛ 6 همبارز بودن بسیاری از این نشانگرها؛ 7 امکان استفاده از آنها در مورد گونه های منقرض شده؛ 8 سهولت تشخیص افراد ناخالص از خالص؛ 9 سهولت امتیازدهی و تجزیه و تحلیل نتایج؛ 10 دسترسی به برنامه های رایانه ای قوی برای تجزیه و تحلیل و تفسیر سریع نتایج.



نشانگرپروتئینی (ایزوزیم):

در دهۀ 1950، نشانگرهای مولکولی قابل مشاهده توسط الکتروفورز پروتئین ها تحول شگرفی را ایجاد نمودند. آیزوزایم ها به طور گسترده در بررسی تنوع ژنتیکی و طبقه بندی گیاهان زراعی به کار گرفته شدند.تا اواخر دهۀ 1970 نقشه های ژنتیکی تلفیقی (آیزوزایم هاو نشانگرهای مورفولوژیکی) بسیاری از گونه های مهم تهیه شد. مــعــمــول ترین نوع نشانــگــرهای پروتئینی آیزوزایم ها هستند که فرم های مختلف یک آنزیم را نشان می دهند.نشانگرهای پروتئینی تغییرات را در سطح ردیف و عمل ژن به صورت نشانگرهای همبارز نشان می دهند. از معایب این نشانگرها محدود بودن آنهاست.همچنین این نوع نشانگرها تحت تأثیر تغییرات پس از ترجمه هستند و تظاهر کمی برخی از آنزیم ها و پروتئین ها تحت تأثیر مرحلۀ رشد گیاه قرار می گیرد. از آنجا که فراوانی این نوع نشانگرها محدود است، از این رو نقشه ها تهیه شده از این نشانگرها طوری بود که فقط چند نشانگر در یک کروموزوم قرار می گرفتند. بنابراین نشانگرهای پروتئینی نیز معایب ویژۀ خود را دارند.با توجه به اینکه روش های رنگ آمیزی پروتئین ها در مورد آیزوزایم های چندان زیاد نیست، تعداد آیزوزایم هــای قابــل ثــبـت و مشاهده که می توان از آنها به عنوان نشانگر استفاده کرد، به یکصد عدد نمی رسد.این محدودیت در تعداد نشانگرهای آیزوزایم از عمده ترین معایب آنهاست و موجب کاهش کارایی آنها می شود.از نکات منفی دیگر این نشانگرها، محدودیت تنوع ژنتیک قابل ثبت در آیزوزایم هاست.به عبارت دیگر آیزوزایم ها نه تنها کم هستند، بلکه چند شکلی و تفاوت قابل ثبت نیز در آنها چندان زیاد نیست. پیچیدگی فنوتیپ های الکتروفورزی آیزوزایم ها نیز که گاهی مشاهده شده است از دیگر معایب این قبیل نشانگرهاست.این پیچیدگی که به دلیل دخیل بودن آنزیم های مرکب از چند پلی پپتید مستقل در ترکیب برخی از آیزوزایم هاست، امتیازبندی را دشوار می کند. پیشرفت هایی که در زمینۀ الکتروفورز دو بعدی با قدرت تفکیک زیاد پدید آمده و تجزیه و تحلیل همزمان هزاران پروتئین را میسر ساخته، موجب شده که نشانگرهای پروتئینی جایگاه از دست رفتۀ خود را دوباره باز یابند و به عنوان فناوری پیشتاز در عرصۀ نشانگرهای مولکولی مطرح شوند.تأثیرپذیری نشانگرها از محیط که به طور معمول به عنوان یکی از محدودیت ها ونکات منفی نشانگرهای مولکولی یاد می شود، درمورد این نشانگرها تبدیل به برتری شده و جایگاه متمایزی را در بین سایر نشانگرها به ارمغان آورده است. تنکسلی توانست بر اساس آیزوزایم ھا در گوجه فرنگی اولین نقشه لینکاژی را طراحی نماید.روشهای بیوشیمیایی مثل تجزیه های آیزوزایم برای تمایز بین افراد هتروزیگوت و هموزیگوت و برای تعیین میزان تنوع در جوامع گیاهی به کار گرفته شده است.با این وجود تجزیه های آیزوزایم به دلیل کم بودن مکان های ژنی نشانگر موجود ،فقدان چند شکلی برای این مکان در مواد گیاهی برگزیده و نیز به دلیل تغییر در الگوهای بانددهی در اثر نمو گیاهی دارای محدودیت میباشد



توزيع ايزوزيم ھاي آنزيم شاخه ساز در تعیین ساختار نشاسته:

آنزیم شاخه ساز یا BES پیوندهای 6و1-آلفا را با شکستن پیوندهای 4و1-آلفا درونی وتحویل دادن انتهای احیا کننده زنجیره آزاد به هیدروکسیل کربن 6 ایجاد میکند.دو سری BEداریم ( ( BEI, BEII.کد تفاوت آنها به خاطر طول زنجیره هایی است که در شرایط In vitro می سازند.طول زنجیره های حاصل از BEII کوتاهتر از زنجیره های BEIمیباشد. در غلات دو فرم نزدیک به هم از BEIIوجود دارد ( BEIIa و BEIIb)که اینها نیز در طول زنجیره خود در In vitro با هم متفاوتند. BEIIbزنجیره های کوتاهتر از BEIIa تولید میکند.الگوهای بیان ایزوزیم های BE متفاوتند. BEIو BEIIaدر آندوسپرم و چند بافت دیگر غلات بیان میشوند. BEIIb فقط در آندوسپرم وبافت های تولید کثلی ایجاد میشوند. در برنج بیان BEIIa در 3روز بعد از گلدهی می باشد. BEIIa در اواسط نمو دانه های گندم در حد ماکزیمم است ولیکن نسخه برداریBEIو BEIIaدیرتر است چنانچه در برنج 7تا10روز بعد از گلدهی اتفاق می افتد.مدارک خوبی وجود دارد که نقش های ایزوزیم های مختلف BE را در سنتز نشاسته در آندوسپرم مشخص میکند. چنانچه در موتان های BEIدر ایجاد زنجیره ها اشکالاتی مشاهده میشود که نشان می دهد BEIIb و BEIIa نمی توانند کمبود فعالیت BEI را جبران کنند.ثانیاً ساختار اکپلوپکتیز تغییر یافته در موتان هایی که BEIIb را ندارند نقش منحصر به فرد این ایزوزیم را نشان می دهد .موتان های BEIIb در ذرت و برنج به عنوان ae extender - ‘amylose))شناخته میشوند که در آندوسپرم خود ،افزایش نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین دارند ، دارای آمیلوپکتین با زنجیره های طویل میباشند که سابقاً با آمیلوز اشتباه می شده است. به علاوه موتان های ae در ذرت باعث کاهش 50درصدی در SSI وحذف فعالیت BEIIbشده است که این نشان میدهد این دو پروتئین احتمالا در این ویوو دارای اثر متقابل هستند. آنالیزهای موتاسیونی ژنهای BEIIa در ذرت و برنج نشان میدهد که کمبود این ایزوزیم اثری بر موقعیت نشاسته آندوسپرمی یا ساختار نهایی آمیلوپکتین ندارند بنابراین BEIIa در سنتز آمیلوپکتین آندوسپرم نقش بحرانی نداشته وسایر ایزوزیم های BE میتوانند غیبت آن را جبران کنند.یک مدل برای نحوه ترتیب عمل ایزوزیم های BE در سه نوع BESذرت ارائه شده که نحوه بیان هترولوکوس دارند این بررسی آنزیم ها به تنهایی یا در حالت ترکیبی می باشد،این مدل نشان میدهد BEII ممکن است قبل از BEIعمل کند. دو ایزوزیم BEII تکمیل گلوکان را انجام میدهند همچنین ایجاد شاخه. ولی BEI در این مورد بی اثر است مگر اینکه BEIIa وBEIIa هدو حضور داشته باشند. آگاھی ما از ساخت نشاسته در آندوسپوم غلات با بررسی عمل خاص ایزوفوم ھای آنزیمھای موثر افزایش یافته . یک فرم سیتوزولی AGP که منحصر به فرد ا ست ممکن ا ست در غلات مقدار بیشتری کربن را در سنتز نشاسته آماده کند. نقش ھایی برای SSIIa و SSIوهر سه BES در تعیین طول زنجیره و محل شاخه ھا پیشنھاد شده است . اثرات پلیوتروپی موتان ھای DBE و BEآنالیزھا را پیچیده کرده و فرضیه ھایی راجع به عمل آنھا ارائه شده است . وسائلی برای آنالیزھای ژنوم ساخت نشاسته در آندوسپوم غلات در دسترس ھستند . مقایسات ژنومي، اجزاء سازنده نشاسته را در بین ھمه گونه ھا ی گیاھی از آنھایی که منحصر به فردند تاغلات مشخص میکند و ھمچنین اجزائی از آن راكدبین گونه ھای غلات متفاوتند شناسایی می کند . در وا قع این ھا مدرکی ھستند برای توضیح تفاوت گونه ھا در اندازه و شکل نشا سته و پتانسیلی برای پیشرفت بیوتکنولوژی به حساب می آیند . نقشه ژنومي برنج شناختی از خصوصیات سایر غلات ایجاد می کند چرا که بر پایه ژنوم گسترده و توالی ژنھاست و بدین ترتیب می توان الگوھای بیان پروتئین و سطح نسخه بر داری را آزمایش کرد . جد یداً پروموتورھای فراگیر در برنج بررسی شده کد در راھھای متابولیکی مختلف بیان ژن را تنظیم می کنند . این بررسی ھا نشان میدهد ایزوفرم ھای AGP با دو زیر واحد کوچک در برگ ھا و بذور معمولی ھستند. ایزو فرم ھا با دو ز یر واحد بزرگ مخصوص بذرند و ایزوفرم ھا با سه زیر واحد بزرگ در برگ ھا وجود دارند .



نویسه جدید وبلاگ

طریقه سنتز نشاسته در آندوسپرم غلات منحصربه فرداست وایزوفرم ھایی از آنزیم مورد نیاز است که درسایربافتھای غلات یا دیگر گیاھان وجود ندار د. تحقیقات جدیدی که روی ایزوفرم ھای آنزیم صورت گرف ته اطلاعات ما را درباره ساخت و تجزیه زنجیره خطی و انشعابات افزایش داده است. توسط آنالیزھای ژنتیکی مدل ھایی برای نقش ھای آنزیم شاخه شکن در تولید نشاسته غلات ارائه شده است. با وجود ابزار آنالیز بیوسنتز نشاسته اطلاعات ما در مورد این روند در غلات افزایش یافته است. یکی از این موارد تعیین توالی ژنوم برنج است. غلات نشاسته را به عنوان یک ذخیره انرژی انباشته می کنن د. این نشاسته به عنوان ترکیب کربوھیدرات ابتدایی در رژیم ھای غذایی بشر ودام به کار می رود و ھمچنین دارای کاربردھای صنعتی زیادی می باشد. نشاسته دو ھمو موپلی مر– Dگلوکز دارد شامل آمیلوز و آمیلوپکتین. آمیلوزیک مولکول خطی است که واحد ھای گلوکوزیلی از طریق پیوندالفا ١و ۴ به ھم متصل می شوند. آمیلو پکتین پلیمر فراوانتر نشا سته است که شامل زنجیرھای خطی با طولھای متفاوت می باشد. تقریباً ۵% از واحد ھای گلوکوزیلی در آمیلوپکتین با پیوند ھای ١و ۶ به ھم وصلند که ھمان شاخه ھای زنجیر می باشن د. نحوه قرار گیری شاخه ھا بدین صورت ا ست که نواحی با شاخه ھای بلند و نواحی بدون شاخه یکی در میان قرار می گیرند. زنجیره ھای خطی می توانند آرا یش مارپیچ دوگا نه موازی ایجاد کنند این نوع آرایش پاسخی به طبیعت کریستالی دانه ھای نشاسته است که بسته بندی واحد ھای گلوکوز را باعث می شود. دو نوع ساختار کریستالی در آمیلوپکتین دیده می شو د:نوع A نوع B که تفاوت این دو در جھت چرخش زنجیره ھای کوتاه آمیلوپکتین است. عمل کاتالیزوری AGP یعنی ADP گلوکز پیروفسفریلاز اولین واکنش در سنتز نشاسته می باشد. AGP شامل دو زیر واحد بزرگ و دوزیر واحد کوچک است که ھر کدام باژنھای مشخص کد می شو د. این آنزیم در آندوسپرم غلات بیشتر خارج پلاستیدی می باشد. باشد اما در سایر بافتھای غلات و در تمام بافتھای گیاھان دیگر درون پلاستیدی است. مطالعات جدید نشان میدهد که اشکال پلاستیدی و سیتوسولیAGPتوسط ژنھای کد می شود کد در اندوسپرم ھای غلات وجود دارد. ایزوفرم ھای آنزیم سازنده نشاسته نقش ھای منحصر به فردی در سنتز نشاسته دارند: SSs یعنی آنزیم سازنده نشاسته AGP–گلوکز را برای طویل کردن زنجیره ھای خطی با ایجاد پیوند ھای ۴و ١ استفاده می کند. آندوسپرم غلات حداقل دارای پنج ایزوفرم از SSs می باشد که بر اساس توالی DNA کد کننده خود شناخته می شوند. نامگذاری چھار ایزوفرم آن به این صورت می باشد: SSIIa، bSSII ، SSIII ،SSI که به نظر میرسد دارای نقش خاصی در در سنتز آمیلوپکتین می باشند. GBSSI ایزوفرم با باندگرانوالی توسط ژن waxy wx))در غلات کد میشود که نقش آن طویل کردن آمیلوز می باشد .در موتانهای wx نشاسته فقط دارای آمیلوپکتین است و آمیلوز ندارد.آنالیزهای جدید در tritcum monococcum که یک گندم دیپلوئید است نشان میدهد محتوی آمیلوز ممکن است تحت تاثیر فاکتورهایی غیر از GBSSIباشد.مدارک جدید نشان میدهد که فاکتورهای تنظیم کننده شامل مالتو یا الیگوساکاریدهایی کوچک به عنوان آغازگر ویا ADP –گلوکز به عنوان سوبسترا می باشد.تعداد موتان های WX در جو مقدار کمی آمیلوز آندوسپرمی را میسازد .مطالعه آندوسپرم جو نشان میدهد که مثل گندم دو GBSSدارد. ایزوفرمهای جو GBSS I میباشد که 96/5 % شبیه به GBSSIIگندم و65/3 %شبیه GBSSI جو می باشد . در گندم این ایزوفرم دوم در آندوسپرم بیان نمی شوند ولی در بافتھایی مثل پریکارپ که نشاسته موقت تجمع می یا بد حضور دار د. برای فھم سنتز نشاسته بررسی نقش ھای ایزوزیم ھای SS محصول لازم است. یک تحقیق جدید روی میل ترکیبی SSI سازنده گلوکاگن نشان میدهد که تمام ناحیه کربوکسی انتهایی آنزیم برای سنتز نشاسته لازم است .با طویل شدن زنجیره خطی سوبسترا میل ترکیبی SSI افزایش می یابد والبته نسبت عکس با ظرفیت کاتالیکی آنزیم دارد. با مطالعه آمیلو پکتین ھای تغییر یافت ه در موتان ھای SS ذرت مدلی براي تعیین نقشھاي SS ذرت در ايجاد طولھاي متنوع زنجیره آمیلو پكتیي بدست آمد. بر طبق اين مدل SSIاصولا مسئول سنتزکوتاهترین زنجیرهاست( یعنی آنهایی که درجه پلیماسیون (DP10 )گلوکوزیل یا کمتر دارند). طويل شدن زنجیره ھاي بین خوشه ھا توسط SSII ، SSII ، انجام مي گیرد كه مي تواند مقدمه اي براي شاخه سازي باشد .نقشه ژني صفات كمي واريته ھاي برنج japonica و ھمچنین indica كه نشاسته آنھا در خصوصیات ساختاري و عملي تفاوت دارد اين مدل را تأيید مي كنند .آمپلوپكتین واريته japonica زنجیره ھايي با در جه پلیمراسیون ١٠ يا كمتر را خیلي بیشتر از زنجیره ھايي با در جه پلیمرا سیون ١٣ تا 22 دارد . ثابت شده كه ژن مسئول كد كردن SSIIa روي كروموزوم ۶ قرار دارد و عامل اختلاف بین واريته ھا مي باشد. SSIIa يك نقش مھم در طويل كردن زنجیره ھاي كوتاه با درجه پلیمرا سیون كمتر از ١٠ بازي مي كند و در نتیجه تولید زنجیره ھاي واسطه اي صورت مي گیرد و فعالیت SSIIaدر japonica ممانعت مي شود .در japonica زنجیره ھايي با درجه پلیمراسیون 22- به فرم دابل ھلیكس مي باشد و كاھش مكرر ا ين زنجیره ھا در japonica ناشي از تفاوت نشاسته بین اين دو واريته مي باشد.



ایزوزیم های جانوری:

امروزه ایزوزوم های متعددی از گروه دهیدروژنازها،اکسیدازها،تر انس آمینازها،فسفاتازها وآنزیم های پروتئولیتیک شناخته شده است. یک مثال از ایزوزیم، گلوکوکیناز میباشد که یک متغییر ازهگزوکیناز میباشد که به وسیله ی گلوکز6فسفات بازداشته نمیشود.ترتیب ویژگی های آن وپیوستگی کم تر آن برای گلوکز (در مقایسه با دیگر هکزوکینازها)به آن اجازه میدهد تاعملکردهای متفاوت را در ارگانیسم های مشخص انجام دهد، مثل رها کردن انسولین از سلولهای بتای پانکراس یا راه اندازی سنتز گلیگوژن به وسیله ی سلولهای کبدی.هر دو فرآیند باید زمانی اتفاق افتد که میزان گلوکز فراوان است یا مشکلاتی ایجاد شده است. لاکتات دهیدروژنازرا میتوان به عنوان مثال دیگری نام برد.لاکتات دهیدروژناز یکی از اولین ایزوزیم هاست که به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است.این آنزیم به صورت 5 ایزوزیم مختلف در بافت های موش وسایر مهره داران وجود دارد.تمام ایزوزیم های موش جدا شده اند ، همه ی آنها یک واکنش را کاتالیز میکنند. NADH+H +پیروواتNAD↔+لاکتات تمام پنج ایزوزیم دارای وزن مولکولی در حدود 134000وحاوی چهار زنجیره پلی پپتیدی، هر یک با وزن مولکولی33500میباشند.این پنج ایزوزیم شامل پنج ترکیب متفاوت از دو نوع مختلف زنجیره پلی پپتیدی هستند که با حرف M وH مشخص میشوند.ایزوزیمی که بیشتر در ماهیچه های اسکلتی یافت میشود حاوی چهار زنجیرپلی پپتیدیM است وبه صورت₄M نشان داده میشود.ایزوزیمی که بیشتر در قلب یافت میشود حاوی چهار زنجیر H یکسان است وبه صورت H₄ مشخص میشود.سه ایزوزیم دیگر دارای ترکیب M ₃H ،₂M₂H ،MH₄ میباشند. زنجیره های MوH به صورت جداگانه استخراج شده اند ومشخص شده است که آنها از نظر نوع و توالی اسید های آمینه با یکدیگر متفاوت اند.با مخلوط کردن زنجیره های منفرد MوH که به تنهایی غیرفعال میباشند تمام ایزوزیم های متفاوت لاکتات دهیدروژناز با فعالیت کامل در لوله آزمایش ،در نسبت های صحیح به طور خود به خودتشکیل میشوند. تحقیقات ژنتیکی نشان میدهد که توالی های اسیدهای آمینه در زنجیره های پلی پپتیدی متفاوت MوH آنزیم لاکتات دهیدروژناز توسط دو ژن متفاوت کد میشوند.بیوسنتز این دو نوع زنجیر ودر نتیجه مقادیر نسبی ایزوزیم های لاکتات دهیدروژناز که در یک سلول مشخص وجود دارد تحت کنترل ژنتیکی است.شکل زیر نشان میدهد که ایزوزیم های لاکتات دهیدروژناز با مقادیر متفاوت در بافت های مختلف یافت میشود.علاوه بر این ممکن است که مقادیر نسبس ایزوزیم های متفاوت لاکتات دهیدروژناز در طی تکامل جنینی تغییر کند.این ایزوزیم ها در تشخیص بیماری های قلبی و کبدی نیز مهم اند. مطالعه دقیق سینتیک ایزوزیم های لاکتات دهیدروژناز نشان داده است که هر چند همه ی آنها یک واکنش را کاتالیز میکنند ،اما از نظر مقدار Km برای سوبستراهای خود به خصوص برای پیرووات و همچنین ازنظر Vmax زمانی که از پیرووات به عنوان سوبسترا استفاده میشود ،با هم تفاوت دارند.ایزوزیم های M₄ که مشخص کننده ماهیچه های اسکلتی وبافت های جنینی است دارای Kmنسبتاً پایین برای پیرووات و سرعت نسبتا زیادی در احیا کردن پیرووات به لاکتات میباشد .ایزوزیم H₄ ویژه قلب وماهیچه های قرمز دیگر دارای Km نسبتاً بالا برای پیرووات است وآن را با سرعت نسبتا کمی احیا میکند. علاوه برآن عمل دهیدروژنه شدن لاکتات که توسط ایزوزیم H₄کاتالیز میشود شدیداً توسط پیرووات بازداشته میشود.ایزوزیمهای دیگر لاکتات دهیدروژناز متناسب با مقدار نسبی زنجیره های MوH دارای خصوصیات سنتیکی حدواسط بین شکلهای M₄و H₄میباشند. مقایسه این گونه ویژگیها ی سینتیک با مشخصات متابولیک بافتهایی که در آنها ایزوزیم های M₄و H₄ بیشتر یافت می شوند ،بینش خاصی در مورد کارکرد ایزوزیمهای متفاوت لاکتات دهیدروژناز به ما میدهند. ماهیچه های اسکلتی وبافت جنینی از گلوکز به طور غیرهوازی استفاده می کنند ودر فرآیندگلیکولیز آن را تبدیل به لاکتات می کنند. لاکتات دهیدروژنازعمل احیای پیرووات به لاکتات را که آخرین مرحله ی گلیکولیز است کاتالیز میکند.بنابراین بافت ماهیچه یا ایزوزیم M₄ لاکتات دهیدروژناز که دارای Km پایین و Vmaxبالا برای پیرووات است به خوبی برای تبدیل سریع پیرووات به لاکتات تطبیق یافته است. از سوی دیگرماهیچه قلب در شرایط معمولی گلوکز را تبدیل به لاکتات نمیکند.در این بافت به طور هوازی پیرووات به دی اکسیدکربن اکسیده میشود،بدون اینکه ماده ی حدواسط لاکتات تشکیل شود.ایزوزیم M₄ به خوبی برای این مسیرمتفاوت در متابولیسم گلوکز تطبیق یافته است ،چه این ایزوزیم دارای Km بالا برای پیرووات وVmax کم برای احیای پیرووات به لاکتات است وبه وسیله ی مقدار زیاد پیروات بازداشته میشود ،این عمل در کم کردن فعالیت این آنزیم در جهت ایجاد لاکتات شدیداً موثرند.هر چند ماهیچه قلب معمولاً از لاکتات دهیدروژناز برای اکسیداسیون گلوکز استفاده نمیکند، در شرایط اضطراری وقتی که مقدار اکسیژن کم است ،وجود لاکتات دهیدروژناز به ماهیچه قلب این امکان را میدهد که انرژی لازم را از تبدیل گلیکوژن به لاکتات به دست آورد.



نحوه شناسایی وجداسازی ایزوزیم:

همانگونه که گفتیم ایزوزیمها و(آلوزیم ها)متغییرهای آنزیم مشابهی هستند مگر اینکه از لحاظ خصوصیت بیوشیمی اشان که باعث میشود توسط یک آزمایش بیوشیمیایی ازهم متمایز شوند. البته چنین تفاوت هایی معمولا دقیق هستند (به ویژه بین آلوزیم هایی که اغلب متغییرهای خنثی هستند).البته این دقت قابل انتظار است زیرا که این دو آنزیم که به صورت قابل توجهی از لحاظ عملکردشان متفاوت هستند به صورت غیر محتمل به عنوان"ایزوزیمها" تعریف میشوند. هر چند ایزوزیم ها در عمل تقریبا یکسان اند اما در مراحل دیگر ممکن است با هم فرق داشته باشند.به ویژه در جانشینی آمینواسید که بار الکتریکی یک آنزیم را تغییر میدهد(مثل تعویض آسپارتیک اسید با گلوتامیک اسید)برای تعیین به وسیله ی ژل الکتروفورز بسیار ساده عمل میکند و این اشکال ،پایه ای برای استفاده از ایزوزیم ها به عنوان نشانگرهای مولکولی هستند. برای برسی و مشاهده ایزوزیم ها: استخراج یک پروتئین خام بافت گیاهی یا جانوری با یک بافر استخراج کننده، سپس عناصر استخراج یافته مطابق بار الکتریکی شان به وسیله الکتروفورز روی ژل جدا میشوند. از لحاظ تاریخی، ژل مورد استفاده در الکتروفورز از نشاسته سیب زمینی ایجاد میشود،اما ژل اکریل آمید نتیجه بهتری را ارائه میدهد. بعد از بردن نمونه روی الکتروفورز ،چون ایزوزیمها در یک PH تنظیم شده میتوانند بارهای الکتریکی متفاوتی داشته باشند پس برروی بستر به سمت قطب منفی یا مثبت حرکت می نمایند. سپس برای ارزیابی آنها میتوان یک ماده بیرنگ را به عنوان سوبسترا در اختیار آنزیم قرار داد.در اثر عمل کاتالیکی آنزیم در همان محل ترکیب رنگی یا رسوب غیر محلول تشکیل میشود که نشان دهنده وجود ایزوآنزیم میباشد .



منشأ وسیر تکاملی ایزوزیم:

ایزوزیم ها معمولا نتیجه مضاعف شدگی ژنی میباشد اما همچنین میتوانند از polyploidisation(کروموزومهای دارای چند برابر تعداد اصلی)یا nucleic asid hybridization(اسید نوکلئیک دورگه)منشا بگیرند.بعد از زمان تکاملی ،اگر عملکرد متغییر جدید به مرجع اصلی یکسان باقی بماند ،پس این احتمال دارد که یکی از آنها یا دیگری به عنوان ژن جهش یافته در سلول جمع شود وعمل آن از دست خواهد رفت و نتیجه ی آن یک ژن کاذب(ژنهایی که در طول زمان به دلایلی مثل جهش عملکرد خود را از دست میدهند یعنی بیان نمیشوند) است.البته اگر موتاسیون فورا آنزیم را از عملکرد باز ندارد ،اما در عوض آنزیم یا عملکرد آن را تغییر دهد یا الگوی بیان ژن را تغییر دهد،پس هر دو متغییر با هم ممکن است به وسیله ی انتخاب طبیعی مورد توجه قرار گیرند و به عملکردهی متفاوت تخصص یابد .برای مثال ممکن است در مراحل مختلف توسعه یابد یا در بافت های مختلف بیان شوند. آلوزیم ها ممکن است از جهش نقطه ای یا از اتفاق حذف-اضافه(indel )که روی توالی کد کننده اثر میگذارد نشأت گیرند.با هر جهش جدید 3 رویداد ممکن است برای یک آلوزیم جدید وجود داشته باشد: 1)محتمل ترین رویداد در این باره این است که آلل جدید فاقد عملکرد خواهد بود-که در آن مرحله، به احتمال زیاد در تناسب ضعیفی قرار گرفته و از جمعیت به وسیله انتخاب طیبعی حذف شود. 2)متناوباً اگر باقی مانده آمینو اسیدی که تغییر یافته در یک بخش نسبتأ غیر ضروری باشد برای مثال در فاصله دور از جایگاه فعال آنزیم،پس جهش امکان دارد به صورت انتخابی خنثی شودو یا در معرض رانش ژنی قرار گیرد. 3)در مواقع نادر، ممکن است موتاسیونی که در یک آنزیم رخ میدهد موثر واقع شود ویا اینکه میتواند یک ماده شیمیایی را به مقدار کم تجزیه کند،که در این مواقع موتاسیون ممکن است افزایش در تناسب (کارایی)را سبب شود ویا به وسیله انتخاب طبیعی مورد توجه قرار گیرد.



معرفی آیزوزایم:

ایزوزیمها (همچنین به عنوان ایزوآنزیم نیز شناخته میشوند )آنزیمهایی هستند که در ترکیب اسیدهای آمینه تفاوت دارند اما واکنش یکسان شیمیایی را تسریع میکنند. این آنزیم ها معمولا پارامترهای جنبشی متفاوت یا خصوصیت های منظم متفاوت را نشان میدهند(مثل ارزشهای متفاوت در km ). در بیوشیمی ایزوزیم ها با آنزیم های دیگر هم شکل هستند (به طور بسیار نزدیکی با انواع دیگر در ارتباط اند). در موارد بسیاری آنها به وسیله ژن های متشابه که در طول زمان انشعاب پیدا کرده اند کد میشوند.اگر چه به طور واضح میتوان گفت که" آلوزیم ها" ،آنزیم هایی از آلل های متفاوت ازژن یکسان هستند و "ایزوزیم ها" ،آنزیم هایی از ژن های متفاوت که مراحل مختلف یا تجزیه شیمیایی واکنش یکسان را انجام میدهند، این کلمه ها معمولا به جای هم مورد استفاده قرار میگیرند. اساس واژه ایزوزیم به آنجا برمیگردد که آزمایش ها نشان داد آنزیم مالات دهیدروژناز استخراج شده از کبد موش و باکتری اشریشیا کلی با اینکه یک واکنش خاص را کاتالیز میکند ،اما مشخصات فیزیکی و شیمییایی این دو آنزیم با هم متفاوت است.این شکلهای متفاوت میتوانند در بافت های مختلف ، سلولها ویا حتی زیر سلولهای یک پروکاریوت یا یوکاریوت متفاوت باشند.امروزه ایزوزیم های متعددی شناخته شده شده است .شناسایی و جداسازی این ایزوزیمها ارزش تشخیصی دارد. ایزوزیم ها در ابتدا به وسیله R.L.Hanter و Clement Markert توصیف شدند.آنها ایزوزیم ها را به عنوان متغییرهای گوناگون از آنزیمهای یکسان که در افراد یکسان دارای عملکرد یکسان است تعریف کردند.این تعریف ارائه میکند:1)متغییرهای آنزیم که محصول ژن های متفاوت هستند وتوسط جایگاههای متفاوت ژنی بیان میشوند(به عنوان ایزوزیم توصیف میشوند) و2) آنزیم هایی که محصول متفاوت الل های ژنی مشابه هستند(به عنوان آلوزیم توصیف میشوند). یک تعریف کلی از ایزوزیمها:ایزوزیم ها شکل های چندگانه یک آنزیم مشخص هستند که در یک گروه ارگانیسم ویا حتی در یک سلول یافت میشوند.این شکلهای چندگانه را میتوان با استفاده از روش الکتروفورز عصاره سلولی جدا و شناسایی کرد، چون این شکلها توسط ژنهای متفاوت کد میشوند ،از نظر ترکیب اسیدهای آمینه وبنابراین مقدار PHایزوالکتریک با هم تفاوت دارند.



نویسه جدید وبلاگ

شناخت تنوع ژنتیک و طبقه‌بندی ذخایر توارثی (ژرم پلاسم) از فعالیت‌های مهم و ضروری در به‌نژادی و مدیریت حفظ ذخایر ژنتیکی گیاهان می‌باشند. در این پژوهش تعداد 120 ژنوتیپ انتخابی از ژرم‌پلاسم برنج ایران توسط اطلاعات هفت مکان ژنی آیزوزایم از طریق تجزیه‌ خوشه‌ای طبقه‌بندی شدند. عصاره آنزیمی از گیاهچه‌های 8-6 روزه استخراج شد. مطالعه آیزوزایم‌ها با تغییراتی در روش گلازمن و همکاران و با استفاده از الکتروفورز افقی ژل نشاسته (HSGE) انجام گردید. تجزیه‌ خوشه‌ای بر اساس ضرایب شباهت جاکارد و به روش پیوستگی متوسط (UPGMA)، نمونه‌ها را به 7 گروه تقسیم نمود. بیش از 16% نمونه‌ها در گروه رقم‌های ‌شاخص ژاپونیکا و 9% در گروه ایندیکا قرار گرفتند. حدود 68% برنج‌های ایرانی با شباهت بیشتر به گروه ژاپونیکا در دو دسته خارج از ایندیکا و ژاپونیکا و 1/4% نیز در سه گروه حد‌واسط ایندیکا و ژاپونیکا قرار گرفتند. تعداد 43 ژنوتیپ آیزوزایم با متوسط 9/2 نمونه در هر گروه ژنوتیپی مشاهده‌ گردید. توده‌های دارای نام مشابه در بسیاری از موارد، ژنوتیپ‌های مختلفی را بروز دادند (به عنوان مثال در توده‌های غریب و بینام). شاخص تنوع ژنوتیپی نیز معادل 43/3 بود که در مقایسه با سایر برنج‌های آسیایی، مقدار قابل‌توجهی می‌باشد. نتایج این پژوهش نشان ‌داد که تنوع ژنتیک در برنج‌های بومی ایران، بسیار زیاد است و آن‌ها را یک منبع ارزشمند و بسیار غنی از تنوع طبیعی برای به‌نژادی برنج معرفی می‌نماید.



Structural Biochemistry/Enzyme

Regulation/Isozymes < Structural Biochemistry | Enzyme Regulation Unreviewed changes are displayed on this pageThis page may need to be reviewed for quality. Jump to: navigation, search In other words, Isozymes are ezymes that catalyze the same chemical reactions but have the different in amino acid consequences. They are displayed in different kinetic parameter and different regulatory properties. Contents [hide] 1 Definition 2 Differentiating Isozymes 3 Applications 4 References [edit] Definition Isozymes (also known as isoenzymes) are homologous enzymes that catalyze the same reaction but differ in structure. The differences in the isozymes allow them to regulate the same reaction at different places in the specie. In particular they differ in amino acid sequences. They display different kinetic parameters as well as regulatory properties. For example, isozymes have different KM and Vmax values, and can be distinguished from one another by biochemical properties such as electrophoretic mobility. Isozymes are encoded by different genes and expressed in a distinct organelle or at a distinct stage of development. The purpose of isozymes is to allow fine adjustment of metabolism to meet the need of different development stages and help the different tissues and organs function properly depending on their physiology make up and in what kind of environment which they function. For example, the isoenzymes of lactate dehydrogenase in animal organs are different in term of their amino acid sequences and the level of their expression. The level of the different isozymes in a certain organ is related to the level of oxygen supply. Isozymes appear in specific regions of the body; differing in specifics organelles or tissues. In terms of kinetics, isoenzymes have the capability to fine tune their enzymatic rate constants KM and Kcat. This adaptation allows for the proper use of the enzyme based on its environment (e.g. lactate dehydrogenase isozymes present in the heart and in the liver, where O2 is abundant in heart but not so in the liver). [edit] Differentiating Isozymes As mentioned above, isozymes are enzymes that have different structures but carry out the same tasks. A biochemical assay is needed to differentiate between different isozymes. Another method one could use is gel electrophoresis. This method takes advantage of the fact that isozymes have substituted amino acids and that provides a change in electrical charge of the enzyme. This difference in electrical charge between two different isozymes can be readily detected by gel electrophoresis. This provides a basis for molecular markers because these isozymes can easily be detected. For identifying isozymes, a crude protein produced from grounded animal/plant tissue and buffer is used. The components of this protein is then extracted according to its electrical charge via electrophoresis. Since all the proteins from the tissue are present in the gel, an assay used to identify the individual enzymes by linking their functions to staining reactions. This method requires the enzyme to be active and functional after separating them via gel electrophoresis. Lsozymes of lactate dehydrogenase [edit] Applications Lsozymes of lactate dehydrogenase Isozymes in general can be used to meet the metabolic needs of different tissues and developmental stages. An example of an enzyme with different isozymes is lactate dehydrogenase (LDH). This enzyme is used to catalyze the synthesis of glucose in anaerobic metabolism of glucose. The isozymes of this enzyme are divided into two forms, the H isozyme and the M isozyme. The H isozyme is expressed more in the heart, whereas the M isozyme is expressed more frequently in the skeletal muscle. Both isozymes have two polypeptide chains, and each isozyme share 75% of the amino acid sequence for the chains. Both isozymes metabolize glucose, but the difference is that the H isozymes have a higher affinity for their substrates than the M isozyme does. Another difference is that the H isozyme functions better in aerobic environments such as the heart, whereas the M isozyme functions better in anaerobic environments such as the muscle, where strenuous activity may deplete the oxygen supplies. For example, when a rat heart is developing, the amount of H and M isozymes in the rat heart tissue begins to change because of the switch from an anaerobic environment to an aerobic one. This can be seen in figure A. This chart describes the rat heart's lactate dehydrogenase isozyme profile changes as the rat heart tissue develops. The H isozyme is shown as squares and the M isozyme is shown as circles. the negative numbers are the days before birth and the postive numbers are the days after birth. The amount of M isozymes decreases dramatically as the rat grows into the adult stage. Isozymes may also be utilized to diagnose tissue damage such as damaged heart muscle cells during a heart attack or myocardial infarction. When heart muscle cells are damaged, they release the cellular material such as the H isozyme. When taking blood samples, if the H isozymes appear in increased levels, then there is a possibility that the heart cells are damaged. Another example of an isozyme is hexokinase. The substrate is usually glucose and the product is glucose-6-phosphate. The six-carbon sugar is also known as a hexose. Glucokinase is one isozyme of hexokinase. A kinase is an enzyme which catalyzes the transfer of a phosphoryl group from NTP to NMP. ATP is often used in these types of reactions. Glucokinase is important in metabolism, and regulating carbohydrates in the human body. The difference of the Glucokinase enzyme is that it has a much lower affinity for glucose. Most Glucokinase activity is found in the liver. This is where it catalyzes the conversion of glucose to triglycerides.



گزارش تخلف
بعدی