معلومة

المروج في lac operon

المروج في lac operon


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هذا هو السؤال:

لنفترض أن المجرب أصبح ماهرًا بتقنية تسمح لها بتحريك تسلسل الحمض النووي داخل جينوم بدائية النواة. إذا قامت بتحريك المروج الخاص بأوبرون lac إلى المنطقة الواقعة بين جين beta galactosidas وجين permease ، فأي مما يلي سيكون محتملًا؟

ها هي الجواب:

سيتم إنتاج بيتا جالاكتوزيداز.

سؤالي لكم هو: لماذا هذا؟ ليس لدي فكرة من أين جاء هذا الاستنتاج. شكرا.


منذ أن أعطتbiogirl إجابة ، سأضيف رأيي:

سيتم التعبير عن β-galactosidase ولكن لن يتم التعبير عن permease و transacetylase.

يقع المشغل بجوار / يتداخل قليلاً مع المروج ، المنبع من جين lacZ. يؤدي ربط القامع إلى المشغل إلى منع المروج ، كما أن تحريض الأوبيرون ينطوي على ترك المشغل غير مشغول. إذا قمت باستئصال المشغل بدقة وزرعته بين جينات lacZ و lacY ، فأعتقد أن المروج سيتم التعبير عنه بشكل أساسي مما يؤدي إلى تخليق β-galactosidase ، لكن المشغل سيمنع البوليميراز من نسخ جين بيرميز. من وجهة النظر هذه ، فإن العامل سوف يتصرف وكأنه فاصل.

بعد ذلك ، إذا تمت إضافة محفز ، فسيخفف تأثير المشغل المزروع وسيتم نسخ الجينات النهائية. من الممكن أن تكون هذه التجربة قد أُجريت في وقت ما خلال العقود الثلاثة الماضية.

أضيف لاحقًا:

قام OP الآن بتحرير السؤال بطريقة تجعل إجابتي ، والإجابة منbiogirl ، غير منطقية. أشارت الصياغة الأصلية إلى نقل "lac operon" وليس "the lac المروج" ، ومن هنا سؤالي في تعليق يسأل "مشغل" أم "عامل تشغيل"؟

سأترك إجابتي هنا ، لكن هذا السؤال الآن معرض للخطر لدرجة أني أنصح الجميع بنسيانه.


أعتقد أن الإجابة يجب أن تكون أنه تم التعبير عن الإذن.

كما ترون من الصورة ، إذا تم نقل العامل بين الجين Z والجين Y ، فيجب التعبير عن الجين Y ويجب إجراء التصريف.


16.1: أوبيرون لاك

  • بمساهمة تود نيكل وإيزابيل باريت نج
  • أساتذة (علم الأحياء) في جامعة ماونت رويال وجامعة كالجاري

جاءت الرؤى المبكرة لآليات تنظيم النسخ من دراسات بكتريا قولونية من قبل الباحثين فرانسوا جاكوب وجاك مونود. في بكتريا قولونية، والعديد من البكتيريا الأخرى ، قد توجد الجينات التي تشفر عدة بروتينات مختلفة في وحدة نسخ واحدة تسمى an أوبرون. تشترك الجينات في الأوبرون في نفس تنظيم النسخ ، ولكن تتم ترجمتها بشكل فردي. لا تجمع حقيقيات النوى عمومًا الجينات معًا كأوبرونات (الاستثناء هو C. ايليجانس وعدد قليل من الأنواع الأخرى).


تنظيم Arabinose Operon

يتم تنظيم أوبرون أرابينوز بشكل إيجابي وسلبي ، مثل نموذج Lac-operon.

التنظيم الإيجابي

هنا ، مصطلح إيجابي يشير إلى أن تخليق mRNA سيحدث. لذلك ، يتم تشكيل ara BAD mRNA في تنظيم إيجابي. يتم تنظيم أوبر أرابينوز بشكل إيجابي من خلال الشرطين الموضحين أدناه:

الحالة- I (عند غياب كل من البروتين المحفز والمانع):

لن يكون هناك قمع لأوبرا أرابينوز في غياب كل من المحفز والبروتين الكابح. في هذه الحالة ، سوف يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمنطقة المروج المحددة وينسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA. لكن في هذه الحالة ، يكون معدل نسخ الرنا المرسال أبطأ بكثير.

الحالة الثانية (عند وجود كل من المحرض والمانع):

سوف يرتبط المحرض (أرابينوز) ببروتين المكثف لتنظيم نسخ الرنا المرسال. يشكل بروتين Ara-C بالإضافة إلى الأرابينوز معقدًا لن يسمح بتكوين الحلقة. يرتبط أرابينوز بثنائي Ara-C ويغير تكوينه الهيكلي. سيسمح هذا التغيير في التكوين الهيكلي لـ RNA polymerase بنسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA. سوف يترجم الرنا المرسال إلى بروتينات.

لائحة سلبية

هنا ، مصطلح نفي يشير إلى أن نسخ mRNA لن يحدث. لفهم العملية بطريقة بسيطة ، دعونا نأخذ الشرط الثالث لمقارنته بالشرطين السابقين.

الحالة الثالثة (عند وجود البروتين المثبط فقط):

الدور الرئيسي لأوبرا أرابينوز ينطوي على انهيار أرابينوز. في حالة عدم وجود أرابينوز ، لن يكون هناك نسخ وترجمة لجزيء الحمض النووي. يعمل Arabinose كمحفز ، والذي يربط ويعطل البروتين المثبط ARA-C. في حالة عدم وجود محفز ، سيتم إنتاج البروتين المثبط بواسطة جين ara-C. يشكل بروتين مثبط ARA-C ثنائياً مع الجين المشغل والمحفز عن طريق تكوين a حلقة. لن يسمح تكوين الحلقة لـ RNA polymerase بنسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA.


تنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى (مع رسم بياني)

(2) تلك التي يتم تصنيعها فقط بعد تحفيز معين. تم تسمية النوع الأول بالتصنيع التأسيسي والأخير سمي بالأنزيمات المحفزة.

بتحليل مجموعة متنوعة من الإشريكية القولونية التي كانت معيبة لتحريض اللاكتوز باستخدام الإنزيمات ، قام جاكوب ومونود بالبحث عن الآلية الجزيئية المحتملة التي تتحكم في قمع مجموعة من الجينات. تتطلب الإشريكية القولونية مجموعة من ثلاثة جينات لتكون قادرة على استقلاب اللاكتوز. عند إضافة القليل من اللاكتوز إلى وسط نمو خالٍ من الجلوكوز ، يُلاحظ أن هذه الجينات الثلاثة التي تستخدم اللاكتوز (جينات اللاكتوز) المسماة lac z و lac y و lac a يتم تصنيعها في وقت واحد.

منتج lac z هو إنزيم β-gaIactosidase الذي يحفز تحويل اللاكتوز إلى جالاكتوز وجلوكوز. يتم التعبير عن هذه الجينات في غياب اللاكتوز. اقترح جاكوب ومونود (1961) نموذج الأوبرا لشرح الأساس الجيني لتحريض وقمع جينات اللاك في بدائيات النوى. حصلوا على جائزة نوبل لهذا العمل في عام 1965.

الاوبرون:

1. العمليات هي أجزاء من المادة الوراثية (DNA) تعمل كوحدة منظمة يمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها.

2. يتكون المشغل من أربعة أنواع على الأقل من الجينات: المنظم والمشغل والمحفز والهيكلية (الشكل 8.4.A).

3. الجين المنظم هو الجين الذي يشكل مادة كيميائية حيوية لقمع نشاط الجين المشغل.

4. جين المشغل هو جين يتلقى منتج الجين المنظم. يسمح بتشغيل الأوبرون عندما لا يتم تغطيته بواسطة الكيمياء الحيوية التي ينتجها الجين المنظم.

5. يتم إيقاف تشغيل الأوبون عندما يتم تغطية جين المشغل.

6. الجين المحفز هو الجين الذي يوفر نقطة الارتباط ببوليميراز الحمض النووي الريبي المطلوبة لنسخ الجينات الهيكلية.

7. الجينات الهيكلية هي الجينات التي تنسخ mRNA لتخليق عديد الببتيد.

8. قد يكون للأوبرون واحد أو أكثر من الجينات البنيوية ، على سبيل المثال ، 3 في أوبرون لاك ، 5 في أوبرون التربتوفان ، 9 في أوبر هيستيدين.

9. قد تصبح البولي ببتيدات مكونة من بروتينات هيكلية ، إنزيمات ، بروتينات نقل ، هرمونات ، أجسام مضادة ، إلخ. بعض الجينات الهيكلية أيضًا تشكل رنا غير مشفر.

10. يمكن توضيح آلية تنظيم تخليق البروتين باستخدام نموذج الأوبرا باستخدام مثالين (lac & amp tryptophan) في البكتيريا. & # 8221

نظام التشغيل المحرض (تحريض المشغل):

1. نظام التشغيل المحرض هو (أ) نظام تشغيل منظم حيث تظل الجينات الهيكلية معطلة ما لم وإلى أن يوجد محفز في الوسط. (الشكل 8.4 ب)

2. يحدث في مسارات تقويضية.

3. أوبرون لاك الإشريكية القولونية هو نظام أوبرون محفز اكتشفه جاكوب ومونود (1961).

4. يحتوي أوبرا لاك للإشريكية القولونية على ثلاثة جينات هيكلية ، z و y و a.

5. في الأوبرا المستحث ، تقوم الجينات الهيكلية بنسخ مرنا متعدد الكريات الذي ينتج ثلاثة إنزيمات. هذه هي β-galactosidase و galactoside permease و galactoside acetylase.

6. β-galactoside يؤدي إلى التحلل المائي للاكتوز أو الجالاكتوزيد لتكوين الجلوكوز والجالاكتوز.

7. إن تصريح الجالاكتوزيد مطلوب لدخول اللاكتوز أو الجالاكتوزيد إلى البكتيريا.

8. Galactoside acetylase هو عبارة عن transacetylase يمكنه نقل مجموعة الأسيتيل إلى β-galactoside.

9. كودون البدء للجين الهيكلي z هو TAG (مطابق لـ AUG لـ mRNA) ويقع على بعد 10 أزواج أساسية من نهاية جين المشغل.

10. المادة التي تؤدي إضافتها إلى تخليق الإنزيم تسمى المحرض.

11. المحرض هو مادة كيميائية تلتصق بالقمع وتغير شكل موقع ربط المشغل بحيث لا يبقى القامع مرتبطًا بالمشغل.

12. في lac operon ، يعتبر اللاكتوز هو المحفز الفعلي بينما اللاكتوز هو المحفز الظاهر (المرئي).

13. تسمى المحرضات التي تحفز تخليق الإنزيم دون أن يتم استقلابه بالمحفزات غير المبررة ، على سبيل المثال IPTG (إيزوبروبيل ثيوجالاكتوزيد).

14. ينتج الجين المنظم (الجين) mRNA الذي يصنع مثبطًا كيميائيًا حيويًا.

15. الكابت هو بروتين صغير يتكون من الجين المنظم الذي يرتبط بجين المشغل ويمنع الإنزيم الهيكلي وبالتالي يتحقق من تخليق الرنا المرسال.

16. مثبط lac operon هو بروتين رباعي الأبعاد له وزن جزيئي قدره 1 ، 60000. وهي مكونة من 4 وحدات فرعية لكل منها وزن جزيئي يبلغ 40000.

17. يحتوي البروتين المثبط على موقعين ، رأس للربط بجين المشغل وأخدود لربط المحفز.

18. يعمل الجين المروج كنقطة التعرف على بوليميراز الحمض النووي الريبي. يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي في البداية بهذا الجين. تصبح وظيفية فقط عندما تكون قادرة على تمرير جين المشغل والوصول إلى الجينات الهيكلية.

19. يتحكم جين المشغل في التعبير عن المشغل. عادة ما يتم إيقاف تشغيله بسبب ارتباط القامع فوقه.

20. ومع ذلك ، إذا تم سحب المثبط بواسطة المحرض ، فإن الجين يسمح لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالانتقال من الجين المحفز إلى الجين البنيوي.

21. في lac operon ، يكون جين المشغل صغيرًا ، طوله 27 زوجًا أساسيًا. يتكون الجين من متواليات متناظرة أو ذاتية التكامل.

22. إذا تم إضافة اللاكتوز ، فإن المكبّر يصبح غير نشط بحيث لا يمكن أن يعلق على جين المشغل ويحدث تخليق mRNA.

23. النسخ تحت السيطرة السلبية عندما يتم تعطيل lac repressor بواسطة المحرض.

24. النسخ في lac operon تحت السيطرة الإيجابية من خلال بروتين مستقبل AMP الدوري (CAP).

25. يرتبط بروتين المنشط الجيني catabolite (Cga protein) أو بروتين مستقبل AMP الدوري (CAP) بموقع Cga.

26. عندما يتم إرفاق CAP بموقع الربط ، يصبح المروج أقوى.

27. CAP يعلق فقط على موقع الربط عندما يرتبط مع cAMP.

28. عندما يكون مستوى الجلوكوز مرتفعًا ، لا يحدث cAMP وبالتالي لا يرتبط CAP وبالتالي لا يرتبط RNA polymerase ، مما يؤدي إلى انخفاض النسخ.

29. لن يظل Lac operon ساري المفعول إلى أجل غير مسمى على الرغم من وجود اللاكتوز في البيئة الخارجية.

30. يوقف نشاطه مع تراكم الجلوكوز والجالاكتوز في الخلية بما يتجاوز قدرة البكتيريا على التمثيل الغذائي.

نظام الأوبرا القابل للقمع (قمع المشغل على سبيل المثال أوبرا تريبتوفان للإشريكية القولونية):

1. نظام التشغيل القابل للقمع هو جزء منظم من المادة الجينية التي تظل عاملة بشكل طبيعي ولكن يمكن إيقاف تشغيلها عندما يكون منتجها إما غير مطلوب أو يتجاوز قيمة حدية.

2. يوجد هذا النظام بشكل شائع في مسارات الابتنائية.

3. مشغل التربتوفان للإشريكية القولونية هو أحد أنظمة التشغيل القابلة للقمع. (الشكل 8.5).

4. يحتوي مشغل التربتوفان على 5 جينات هيكلية & # 8211 E و D و C و B A.

5. الجين E و D لترميز إنزيم anthranilate synthetase ، الجين C لمركب فوسفات الجلسرين ، الجين B للوحدة الفرعية β من التربتوفان المركب و A للوحدة الفرعية α لتخليق التربتوفان.

6. ينتج الجين المنظم (trp-R) مادة كيميائية حيوية ، وهي مادة بروتينية بشكل عام ، تسمى aporepressor.

7. Aporepressor وحده غير قادر على منع الجين المشغل بسبب عدم وجود رأس ملزمة. لذلك ، يظل نظام التشغيل قيد التشغيل.

8. يتشكل القامع الكامل فقط عندما ينضم الكابح غير البروتيني إلى الكابح ،

9. Corepressor هو مكون غير بروتيني أو مثبط وهو أيضًا منتج نهائي للتفاعل المحفز بواسطة الإنزيمات المنتجة من خلال نشاط الجينات الهيكلية.

10. يتحد (corepressor) مع aporepressor ويشكل القامع الذي يحجب بعد ذلك جين المشغل لإيقاف تشغيل المشغل.

11. توقف الجينات الهيكلية عن النسخ وتُعرف الظاهرة باسم كبت التغذية المرتدة.

12. Corepressor من أوبرا التربتوفان هو حمض أميني التربتوفان.

13. في التربتوفان ، لا يكون الجين المثبط مجاورًا للمحفز ولكنه يقع في جزء آخر من جينوم الإشريكية القولونية.

16. الجين المروج (trp-P) هو التعرف وكذلك نقطة البدء لبوليميراز الحمض النووي الريبي. يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بجين المروج. يمكن أن ينتقل إلى الجينات الهيكلية بشرط أن يكون جين المشغل في الحالة الوظيفية.

17. يكمن جين المشغل (trp-O) في الطريق بين الجينات المحفزة والجينات البنيوية. عادة يظل قيد التشغيل بحيث يمكن أن ينتقل بوليميراز الحمض النووي الريبي من الجين المحفز إلى الجين البنيوي ويحدث النسخ.

18. يمكن إيقاف تشغيل جين المشغل عندما يتحد كل من الضاغط والضاغط معًا لتشكيل القامع. يرتبط المثبط بجين المشغل لمقاطعة حركة بوليميراز الحمض النووي الريبي.

19. في غياب التربتوفان ، يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بموقع المشغل وبالتالي يتم نسخ الجينات الهيكلية.

20. يؤدي نسخ الجين الهيكلي إلى إنتاج إنزيم (مركب التربتوفان) الذي يصنع التربتوفان.

21. عندما يتوفر التربتوفان ، لا تكون هناك حاجة إلى إنزيمات تخليق التربتوفان ، حيث يقوم القامع المشترك (التربتوفان) & # 8211 المثبط المعقد بحظر النسخ.

22. أحد عناصر أوبرا التربتوفان هو التسلسل الرئيسي & # 8216L & # 8217 والذي يكون على الفور 5 & # 8242 نهاية trp. الجين E.

23. هذا التسلسل & # 8216L & # 8217 يتحكم في التعبير عن المشغل من خلال عملية تسمى التوهين.

24. التوهين هو إنهاء النسخ المبكر في المنطقة القيادية.

25. عامل التربتوفان هو عنصر تحكم سلبي.

يمكن تلخيص نموذجي الأوبون الموصوفين أعلاه على النحو الوارد أدناه:

Active Repressor + عامل تشغيل → إيقاف تشغيل النظام

المانع النشط + المحرض = القامع غير النشط ← تشغيل النظام

(2) النظام القابل للقمع:

مجمع Apo-repressor و co-repressor = Active repressor → System OFF

Apo-repressor = Inactive Repressor → تشغيل النظام

أهمية تنظيم الجينات:

1. هناك نوعان من الفعل الجيني & # 8211 التأسيسي والمنظم.

2. يحدث عمل الجين التأسيسي في تلك الأنظمة التي تعمل طوال الوقت ولا تستطيع الخلية العيش بدونها ، على سبيل المثال ، تحلل السكر. لا يتطلب القمع. لذلك ، لا ترتبط جينات المنظم والمشغل به.

3. في عمل الجين المنظم ، يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل جميع الجينات المطلوبة للتفاعل متعدد الخطوات في وقت واحد.

4. يتم تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها استجابةً لمواد كيميائية معينة سواء كانت مطلوبة لعملية التمثيل الغذائي أو تكونت في نهاية مسار التمثيل الغذائي.

5. التنظيم الجيني ضروري لنمو الخلايا وتقسيمها وتمايزها. يؤدي إلى التشكل.


في جينومات بدائيات النوى ، مجموعات من الجينات الهيكلية ذات الوظائف ذات الصلة غالبًا ما يتم ربطها معًا ، حيث يتم التحكم في تعبيرها بواسطة مجموعة واحدة من العناصر التنظيمية . يشار إلى هذه الجينات & # 8220 حزم & # 8221 باسم أوبرا. العوامل هي وسيلة فعالة لتبسيط التعبير الجيني في بدائيات النوى. في هذه الوحدة & # 8217 ، سننظر على وجه التحديد في ملف الإشريكية القولونية أوبرون لاك، والذي غالبًا ما يستخدم كنظام نموذجي في علم الوراثة وله تطبيقات حقيقية وعملية في علم الأحياء الجزيئي.

1. برنامج lac operon

1.1 الهيكل

يحتوي lac operon على ثلاثة جينات هيكلية لترميز الإنزيم وثلاثة عناصر تنظيمية. تعمل الإنزيمات معًا للسماح بكتريا قولونية لهضم السكاريد اللاكتوز ، وتتحكم العناصر التنظيمية في نسخ هذه الإنزيمات.

تأتي جينات الترميز هذه دائمًا بترتيب معين داخل الأوبرون ، وأثناء النسخ ، يتم نسخها جميعًا معًا في واحد مرنا متعدد الكيسات ساحل. يرجى استكشاف الشكل 1 بدقة من خلال النقر على أيقونات & # 8220؟ & # 8221 ، لتتعرف على العناصر التنظيمية الرئيسية والجينات الهيكلية ومنتجات البروتين الخاصة بأوبرون lac.

1.2 العناصر التنظيمية

  • كاظمة (أنا): تسلسل ترميز للبروتين القامع. البروتين المثبط هو أ عنصر عبر التنظيم ، ويتم تنظيم النسخ من خلال مجموعة منفصلة تمامًا من التسلسلات التنظيمية.
  • المروجين (ص): A non-coding عنصر رابطة الدول المستقلة التنظيمي . بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNApol) يجب أن يرتبط بمنطقة المروج لبدء نسخ mRNA.
  • المشغل أو العامل (ا): عنصر تنظيمي غير مشفر لرابطة الدول المستقلة. يحتوي على موقع ربط للبروتين الكابح أنا. متي أنا مرتبط بالمشغل ، لا يمكن لـ RNA polymerase الارتباط بالمروج.

1.3 الجينات الهيكلية

  • بيتا جالاكتوزيداز (لاكض): تسلسل ترميز لبيتا جالاكتوزيداز ، وهو إنزيم يأخذ اللاكتوز كركيزة ويشقها في السكريات الأحادية الجالاكتوز والجلوكوز. هذه هي ردود الفعل الأولى اللازمة لتفكك اللاكتوز.
  • بيرميس (لاكص): تسلسل ترميز لـ permease ، وهو بروتين مرتبط بالغشاء يسمح للاكتوز بدخول الخلية.
  • ترانس أسيتيل بيتا جالاكتوزيد (لاكا): تسلسل ترميز لـ beta-galactoside transacetylase ، وهو إنزيم يضيف مجموعات الأسيتيل إلى اللاكتوز والسكريات الأخرى المحتوية على الجالاكتوز. لم يتم تحديد دور هذا الإنزيم في هضم اللاكتوز جيدًا ، وسوف نتركه في الغالب خارج نماذج أوبرون اللاكتوز لدينا.

الشكل 1: أوبرون لاك

انقر فوق & # 8220؟ & # 8221 الأيقونات في هذا الشكل للاطلاع على مزيد من المعلومات حول الأجزاء المكونة للمشغل.

2. الوظيفة

يمكننا أن نرى من الشكل 1 أن أوبرون لاك ينسق نسخ ثلاثة إنزيمات بوظائف ذات صلة. من الواضح أن هذا عملي للغاية ، لكن الجمال الحقيقي لهذا النظام يكمن في حقيقة أنه يضمن نسخ هذه الجينات فقط في ظل ظروف بيئية محددة.

اللاكتوز هو سكر نادر نسبيًا ، والأكثر بكتريا قولونية لا تحتاج إلى إنتاج إنزيمات بيتا جالاكتوزيداز وبرمييز بمعدل ثابت. لحسن الحظ بكتريا قولونية، أوبرون لاك ينشط فقط في وجود اللاكتوز! شاهد هذا الفيديو القصير ، بإذن من Virtual Cell ، لترى كيف يتم تحقيق ذلك:

لفهم هذا الفيديو ، ستحتاج & # 8217 إلى فهم جيد لـ نسخ الجينات و ترجمة mRNA. إذا بدا أي شيء في هذا الفيديو غير مألوف ، فالرجاء تخصيص بعض الوقت لصقل هذه الموضوعات.

ملاحظات الفيديو:

  • في هذا الفيديو ، لا تشير Virtual Cell أبدًا على وجه التحديد إلى مناطق المشغل والمروج ، وتختار بدلاً من ذلك تجميعها في عنصر تنظيمي واحد يسمى & # 8220Controlling area & # 8221. بالنسبة لهذه الدورة التدريبية ، ستحتاج & # 8217 إلى اعتبارها عناصر منفصلة داخل المشغل.
  • تذكر أنه على الرغم من عدم الإشارة إلى & # 8217t صراحةً في هذا الفيديو ، لاكا يتم دائمًا نسخها وترجمتها جنبًا إلى جنب مع لاكز و لاسي. لا تزال وظيفة هذا المنتج الجيني غير واضحة ، لذلك تم استبعاده من معظم الموارد التعليمية.

نأمل أن يكون هذا الفيديو قد أعطاك فكرة أساسية عن كيفية عمل lac operon. في القسم 3 ، سنلقي نظرة أعمق على كيفية تفاعل المكونات الفردية للأوبرون مع بعضها البعض من خلال التفكير فيما يحدث إذا تم تغيير واحد أو أكثر منها بواسطة طفرة.

3. الطفرات

في علم الأحياء الجزيئي ، تتمثل إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لاكتشاف وظيفة الجين في تغييرها وقياس التأثيرات الناتجة على النمط الظاهري للكائن الحي. في هذا القسم ، سننظر في مجموعة متنوعة من الطفرات التي يمكن أن تحدث في جينات أوبرون اللاكتوز ، ونناقش تأثيرات تلك الطفرات على بكتريا قولونية. للقيام بذلك ، & # 8217 سنستخدم الرموز التالية لتمثيل المكونات الفردية لأوبرون lac:

في هذا النموذج ، تصطف جميع العناصر الجينية في الأوبرون في نفس الاتجاه كما هي في الواقع بكتريا قولونية الجينوم (انظر الشكل 1). منذ وظيفة لاكا لم يتم تحديده جيدًا بعد ، فسنجعله خارج هذا النموذج في كثير من الأحيان. عندما تكون كل التسلسلات النوع البري ، يعمل lac operon بشكل طبيعي. نحن & # 8217ll نمثل هذا باستخدام الرموز التالية:

إذا تم تحور جين معين ، فإننا & # 8217ll نغير النص العلوي فوق هذا الجين. المدرجة أدناه هي الطفرات المحددة التي سننظر إليها في هذه الدورة:

  • طفرة لاغية: يُرمز إليه بـ X & # 8211 (حيث يمكن أن يكون X أي عنصر وراثي في ​​الأوبرون) ، فقد فقدت تسلسلات الحمض النووي مع هذه الطفرة نشاطها الطبيعي تمامًا. في جينات ترميز البروتين ، هذا يعني أنه لا يتم إنتاج بروتين. في الجينات التنظيمية ، هذا يعني أن مواقع الربط العادية غير وظيفية (أي موقع ربط RNApol في منطقة المروج ، وموقع ربط RNApol في منطقة المشغل).
  • النشاط التأسيسي: يُشار إليها بواسطة O c ، هذه الطفرة خاصة بمنطقة المشغل. تعمل مناطق المشغل النشطة بشكل تأسيسي دائمًا على منع ارتباط بروتين المكثف بمنطقة المشغل. ينتج عن هذا نسخ الأوبون سواء كان اللاكتوز موجودًا أم لا ، لأن المثبط غير قادر على منع ارتباط RNApol بالمحفز.
  • سوبر مانع: يُشار إليها بواسطة I ، هذه الطفرة خاصة بجين ترميز المكبِط. تنتج الجينات الفائقة الكابح بروتينات مثبطة خاصة ، والتي لا تزال قادرة على الارتباط بالمشغل ولكن ليس باللاكتوز.

في هذه التدريبات التالية ، سوف نفكر في ما يحدث في الصيغة الفردية النموذجية بكتريا قولونية عندما تحدث بعض هذه الطفرات. كتلميح ، تذكر أن جميع العناصر التنظيمية في المشغل يجب أن تعمل بشكل طبيعي قبل نسخ أي جينات هيكلية.

4. Merodiploids

عادة ، نحن نمثل بكتريا قولونية وغيرها من بدائيات النوى على أنها أحادية العدد تمامًا ، مع وجود كروموسوم دائري واحد فقط ونسخة واحدة فقط من كل جين. قد تتذكر ، مع ذلك ، من الفصل الخاص بنا علم الوراثة بدائيات النوى أن هذا ليس هو الحال دائمًا. وتشمل البكتيريا بكتريا قولونية، يمكن أن تكتسب الحمض النووي من بيئتها (الترجمة) ، من العاثيات (التنبيغ) أو من البكتيريا الأخرى (الاقتران). قد يؤدي هذا إلى بكتريا قولونية بنسختين من جينات معينة! نسمي هذه بدائيات النوى ثنائية الصبغة جزئيًا Merodiploids (& # 8220mero - & # 8221 يأتي من الكلمة اليونانية لـ & # 8220part & # 8221 ، أو & # 8220partial & # 8221). يمكن إنتاج Merodiploids في بيئة معملية ، باستخدام سلالات Hfr / F + بكتريا قولونية.

Merodiploid بكتريا قولونية هي أداة بحث رائعة. إنها تسمح لنا بفحص كيفية تفاعل الأليلات من النوع البري والمتحورة داخل كائن حي ، مع كل المزايا الإضافية للعمل مع بكتريا قولونية (تكاثر / نمو سريع ، صيانة مستعمرة سهلة ، إلخ.) في هذه الوحدة ، سنقوم بتمثيل Merodiploids باستخدام الرموز التالية:

في هذا الترميز ، نعرض أوبرا لاك الكروموسومات وأوبرا Hfr بلازميد لاك جنبًا إلى جنب. مرة أخرى ، قمنا بتضمين ملف لاكا الجين هنا للتأكد من اكتماله ، ولكننا سنحرمه من تماريننا.

لأن Merodiploids لها نسختان من مجموعة معينة من الجينات ، فإن الطفرات تؤثر عليهم بشكل مختلف. على سبيل المثال ، إذا تم تعطيل نسخة واحدة من جين تشفير البروتين ، فقد تستمر النسخة الثانية في إنتاج بروتين قابل للحياة ، مما يخفي الطفرة بشكل فعال.

جرب فهمك باستخدام هذه المجموعة التالية من التمارين:

5. المنظمين والمستجيبات

لقد رأينا في القسم 2 أن أوبرون اللاكتوز يحتوي على مستشعر اللاكتوز المدمج: البروتين المكبِط. في حالة عدم وجود اللاكتوز ، يمنع المكثف ترجمة منتجات lac operon من خلال الارتباط بمنطقة المشغل. عندما يكون اللاكتوز وفيرًا في البيئة ، يتم امتصاصه بواسطة الخلية ويرتبط بالقمع ، مما يزيل قدرته على الارتباط بمنطقة المشغل. بشكل عام ، نسمي أي جزيء يعدل وظيفة البروتين بهذه الطريقة جزيء المستجيب. ليكون مؤثرًا حقيقيًا ، يجب أن يعدل الجزيء نشاط البروتين & # 8217s عن طريق الارتباط الانتقائي بـ موقع allosteric .

بمصطلحات البيولوجيا الجزيئية ، يمكننا القول أن البروتين المكبِط هو أ منظم سلبي من lac operon ، لأن ارتباطه بالأوبرا يقلل من النسخ. في المقابل ، أ منظم إيجابي سيكون جزيءًا يرتبط بالأوبرا ويزيد من النسخ. يحتوي مشغل lac بالفعل على منظم إيجابي: بروتين منشط الكاتابوليت، أو قبعة. مواكبة للبروتين القامع ، يحتوي CAP على جزيء المستجيب الخاص به: cyclic AMP ، أو cAMP.

يتم إنتاج cAMP بواسطة بكتريا قولونية كمنتج ثانوي عند ندرة الجلوكوز. يرتبط بالموقع الخيفي على CAP ، وينشط البروتين ويشكل ما نسميه & # 8217ll مجمع CAMP-CAP. وبالتالي ، عند تنشيطه ، يرتبط CAP بمنطقة مروج lac operon ، فقط في الجزء العلوي من موقع الربط لـ RNApol. هذا يزيد من تقارب منطقة المروج لـ RNApol ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في نسخ أوبرون lac (الشكل 2). بدون مجمع cAMP-CAP ، لا يزال يتم نسخ أوبرون اللاكتوز في وجود اللاكتوز ، ولكن بمعدل أبطأ بكثير.

الشكل 2: مجمع cAMP-CAP

الآن قد نتساءل ، إذا كان لأوبرون lac بالفعل منظمًا سلبيًا ، فلماذا يحتاج أيضًا إلى منظم إيجابي؟ في النهاية ، كل ذلك يعود إلى الكفاءة. بكتريا قولونية أكثر كفاءة في هضم الجلوكوز من اللاكتوز ، لذلك عندما يكون الجلوكوز وفيرًا ، يكون من المهدر نسخ إنزيمات أوبرون اللاكتوز. سيكون النظام التنظيمي الأكثر كفاءة هو النظام الذي ينشط ليس فقط في وجود اللاكتوز ، ولكن أيضًا في حالة عدم وجود الجلوكوز ، وهذا ما يحققه مجمع cAMP-CAP.

اختبر مدى فهمك باستخدام المجموعة التالية من التمارين:

أكواد الجينات الهيكلية لمنتج لا ينظم التعبير الجيني. تشمل الأمثلة الإنزيمات والبروتينات الهيكلية و siRNA وما إلى ذلك.

العناصر التنظيمية هي مناطق غير مشفرة من الحمض النووي تعمل على تنظيم التعبير الجيني. قد تحتوي على مواقع ربط لأنزيمات البوليميراز ، وعوامل النسخ ، وبروتينات المثبط ، إلخ.

ثنائي السكاريد مكون من اثنين من السكريات الأحادية الجلوكوز والجلاكتوز.

حبلا مرنا واحد يحتوي على تسلسلات تشفير لمنتجات متعددة. توجد مواقع ربط ريبوسوم منفصلة لكل تسلسل تشفير ، مما يسمح بالترجمة المتزامنة لجميع التسلسلات.

تسلسلات الحمض النووي التي تعدل أو تنظم التعبير عن الجينات البعيدة.

تسلسل الحمض النووي الذي يعدل أو يتحكم في التعبير عن الجين المجاور.

إنزيم يقوم بنسخ الرنا المرسال باستخدام الحمض النووي كقالب

الشكل الأكثر شيوعًا للجين أو النمط الظاهري الموجود في الطبيعة

موقع ربط بخلاف الموقع النشط للبروتين. في الإنزيم ، يكون الموقع النشط هو موقع التحفيز. في بروتين مرتبط بالحمض النووي ، يكون الموقع النشط هو موقع ربط الحمض النووي.


ما هو lac operon في علم الأحياء؟

ال لاك، أو اللاكتوز, أوبرون يوجد في الإشريكية القولونية وبعض البكتيريا المعوية الأخرى. هذه أوبرون يحتوي على ترميز الجينات للبروتينات المسؤولة عن النقل اللاكتوز في العصارة الخلوية وهضمه إلى جلوكوز. ثم يتم استخدام هذا الجلوكوز لتوليد الطاقة.

أيضا ، ما هو الاوبرون في علم الأحياء؟ مشغل: مجموعة من الجينات تم نسخها تحت سيطرة جين المشغل. وبشكل أكثر تحديدًا ، يعد ملف أوبرون عبارة عن جزء من الحمض النووي يحتوي على جينات متجاورة بما في ذلك الجينات الهيكلية وجين المشغل والجين التنظيمي. ان أوبرون وبالتالي هي وحدة وظيفية للنسخ والتنظيم الجيني.

هنا ، ما هو المقصود بـ lac operon؟

ال أوبرون لاك (أوبرون اللاكتوز) هو أوبرون اللازمة للنقل والتمثيل الغذائي اللاكتوز في الإشريكية القولونية والعديد من البكتيريا المعوية الأخرى. المنتج الجيني لـ lacZ هو & beta-galactosidase الذي ينشق اللاكتوز، وهو ثنائي السكاريد ، إلى الجلوكوز والجالاكتوز.

ما هي وظيفة لاك أ؟

يشار إلى هذه باسم لاك ض ، لاك ذ و لاك أ. ال لاك يقوم الجين z بتشفير بيتا جالاكتوزيداز ، وهو لاك الجين y يشفر تصريحًا ، و لاك أ الجين يشفر إنزيم transacetylase. تعمل هذه المنتجات الجينية معًا على استيراد اللاكتوز إلى الخلايا وتفكيكه لاستخدامه كمصدر للغذاء.


ما هو المروج t7؟

T7 مضيفات التعبير ، مثل سلالات DE3 أو T7 السلالات السريعة ، تحمل نسخة كروموسومية من العاثية T7 RNA بوليميراز الجين الذي يتحكم فيه lac المروجين. عندما يضاف المحرض ، T7 RNA بوليميراز يتم التعبير عنه ويصبح مكرسًا لنسخ الجين المعني.

وبالمثل ، ما هو المروج؟ في علم الوراثة ، أ المروجين هي منطقة من الحمض النووي تؤدي إلى بدء نسخ جين معين. المروجين تقع بالقرب من مواقع بدء النسخ للجينات ، في المنبع على الحمض النووي (نحو المنطقة 5 'من حبلا الإحساس).

أيضا ، ما هو نظام التعبير t7؟

ال نظام التعبير T7 يسمح عالية المستوى التعبير من العاثية القوية T7 المروجين. إنه مثالي للتعبير عن البروتينات المؤتلفة القابلة للذوبان وغير السامة في الإشريكية القولونية. ال ناقلات التعبير T7 تم تصميمه لتسهيل الاستنساخ باستخدام تقنية Gateway & reg ، وتنقية البروتين واكتشافه بسهولة.

ماذا تفعل t7 RNA polymerase؟

T7 بوليميراز الحمض النووي الريبي. T7 بوليميريز الحمض النووي الريبي (أزرق) ينتج mRNA (أزرق فاتح) من قالب DNA مزدوج الشريطة (برتقالي). T7 بوليميراز الحمض النووي الريبي هو بوليميراز الحمض النووي الريبي من T7 العاثية التي تحفز تكوين RNA من DNA في اتجاه 5 '& rarr 3'.


تنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى | تنظيم الجينات

يتم تنظيم النسخ الجيني في البكتيريا من خلال مجموعة من الجينات تسمى أوبرون. هذه وحدات نسخية يتم فيها تنظيم العديد من الجينات ، مع الوظائف ذات الصلة ، معًا. تحدث جينات أخرى أيضًا في المشغلات التي تشفر البروتينات المنظمة التي تتحكم في التعبير الجيني. يتم تصنيف عوامل التشغيل على أنها محرضة أو قابلة للقمع.

نظام محرض وقابل للقمع:

إن β galactosidase الموجود في الإشريكية القولونية هو المسؤول عن الماء والخجل من اللاكتوز إلى الجلوكوز والجالاكتوز.

إذا لم يتم توفير اللاكتوز لخلايا الإشريكية القولونية ، فإن وجود جالاكتوزيداز بالكاد يمكن اكتشافه. ولكن بمجرد إضافة اللاكتوز ، يزداد إنتاج إنزيم β galactosidase. يسقط الإنزيم بأسرع ما تتم إزالة الركيزة (اللاكتوز).

تُعرف هذه الإنزيمات التي يمكن تحفيز تركيبها عن طريق إضافة الركيزة باسم الإنزيمات المحفزة ويسمى النظام الجيني المسؤول عن تخليق مثل هذا الإنزيم بالنظام المحرض. الركيزة التي تؤدي إضافتها إلى تخليق إنزيم هي محفز.

في بعض الحالات الأخرى ، يكون الوضع معكوسًا. على سبيل المثال ، عندما لا يتم توفير الأحماض الأمينية من الخارج ، يمكن لخلايا الإشريكية القولونية تصنيع جميع الإنزيمات اللازمة لتخليق الأحماض الأمينية المختلفة. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة حمض أميني معين ، على سبيل المثال ، الهيستيدين ، فإن إنتاج إنزيم تصنيع الهيستيدين ينخفض.

في مثل هذا النظام ، فإن إضافة المنتج النهائي من biosyn و shythesis يتحقق من تخليق الإنزيمات اللازمة للتخليق الحيوي. هذه الإنزيمات التي يمكن التحقق من تركيبها عن طريق إضافة المنتج النهائي هي إنزيمات قابلة للقمع ويعرف النظام الوراثي باسم النظم والقوالب القابلة للقمع. المنتج النهائي ، الذي تتحقق إضافته من تخليق الإنزيم ، هو مثبط مساعد.

توجد فئة من الجزيئات تسمى المكبِّطات في الخلايا ، وتتحقق هذه المكثِّفات من نشاط الجينات. يمكن جعل القامع النشط غير نشط عن طريق إضافة محفز ، في حين يمكن تنشيط القامع النشط عن طريق إضافة القامع المشترك.

نموذج الأوبرا:

فرض جاكوب ومونود فرضية لشرح تحريض وقمع تخليق الإنزيم. يُطلق على المخطط المصمم من قبلهم & shyposed نموذج Operon.

يتكون هذا من المكونات:

هذه مقيدة بشكل مباشر مع تخليق البروتينات الخلوية. إنهم ينتجون mRNAs من خلال النسخ ويحددون تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات المركبة. قد تشكل جميع الجينات الهيكلية تحت أوبرون جزيء مرنا طويل الأمد أو متعدد الجينات.

يقع هذا بجوار الجين الهيكلي. إنه يحدد ما إذا كان سيتم قمع الجينات الهيكلية بواسطة بروتين repre & shyssor ، وهو منتج من الجين المنظم. جين المشغل هو موقع ارتباط بروتين repre & shyssor ، وهذا الأخير يرتبط بشكل المشغل ويخجل مجمع المشغل والقمع. عندما يرتبط القامع بالمشغل ، لا يمكن أن يحدث نسخ الجينات الهيكلية.

هذه الجينات تصنع القامع. قد يكون القامع إما مثبطًا نشطًا أو مانعًا غير نشط. يحتوي Repressor pro & shytein على موقع نشط واحد للتعرف على المشغل وموقع نشط آخر للمحفز. في حالة عدم وجود بروتين محفز ، يرتبط المثبط بجين ope & shyrator ويمنع مسار RNA poly & shymerase. وبالتالي فإن الجينات الهيكلية غير قادرة على نسخ mRNA وبالتالي لا يحدث تخليق البروتين وخلعه.

في وجود محفز ، يرتبط البروتين المثبط بالمحفز ليشكل مركبًا محفزًا - مثبطًا. يخضع الكابت عند الارتباط بالمحفز لتغيير ويصبح غير فعال ونتيجة لذلك لا يمكنه الارتباط بجين المشغل ويمكن تخليق البروتين وخلعه.

يُعرف الموقع الفعلي لبدء transcrip & shytion باسم الجين المحفز الذي يقع على يسار جين المشغل. يُعتقد أن بوليميراز RNA يرتبط بموقع المروج وينتقل منه.

المستجيب عبارة عن جزيء صغير (سكر أو حمض أميني) يمكن ربطه ببروتين منظم وسيحدد ما إذا كان المكثف سيربط المشغل أم لا. في الأوبرون المحرض ، تسمى جزيئات المستجيب هذه المحرض. في الأوبر القابل للقمع ، تسمى جزيئات المستجيب هذه بـ co-repressor.

مشغل محرض:

أشهر أوبرا هو أوبرون لاك. يمارس Lac operon كلًا من التحكم الإيجابي والسلبي والخجول. التحكم السلبي هو بمعنى أن الأوبون عادة & # 8220 على & # 8221 ولكن يتم الاحتفاظ بها & # 8220off & # 8221 بواسطة الجين المنظم ، أي لا يُسمح للجينات بالتعبير إلا إذا لزم الأمر.

يمارس ضاغط lac تحكمًا سلبيًا. التحكم الإيجابي هو أن الجين المنظم سوف يحفز إنتاج الإنزيم. يسهل بروتين منشط الكاتابوليت (CAP) النسخ ، لذلك فهو يمارس ويقلل من التحكم الإيجابي. وبالتالي ، يشارك نوعان من البروتينات الفريدة في تنظيم أوبرون اللاكتيك وهما مثبط اللاكتوز و CAP.

اللاكتوز هو جزيء ثنائي السكاريد. من أجل استخدام اللاكتوز كمصدر للكربون والطاقة ، يجب نقل جزيئات اللاكتوز من البيئة خارج الخلية إلى السقف ، ثم الخضوع للتحلل المائي إلى الجلوكوز والجلاك والشيتوز. يتم تحفيز هذه التفاعلات بواسطة ثلاثة إنزيمات. يتكون أوبرون اللاكوب من ثلاثة جينات هيكلية وحيوية (lac Z ، Y ، A) والتي ترمز لهذه الإنزيمات الثلاثة (الشكل 17.2).

جين lac Z - رموز إنزيم galactosidase الذي يكسر اللاكتوز إلى الجالاكتوز والجلوكوز

جين lac Y - رموز التصاريح التي تنقل اللاكتوز إلى الخلية

جين lac A - رموز تران أسيتيلز التي تنقل مجموعة الأسيتيل من أسيتيل CoA إلى الجالاكتوز.

التحكم السلبي في lac Operon:

يتم تصنيع lac repres & shysor من خلال نشاط الجين lac I المسمى الجين المنظم. هذا القامع هو بروتين خيفي

(ط) يمكن أن يؤدي ذلك إلى ربط DNA lac في موقع المشغل ، أو

(2) يمكن أن يرتبط بالمحفز.

في حالة عدم وجود محفز ، فإن موقع ارتباط الحمض النووي للقمع وظيفي. يرتبط بروتين المثبط بالحمض النووي في موقع المشغل في موضع lac ويمنع نسخ جينات lac بواسطة بوليميريز RNA. وهكذا يتم تثبيط تزامن إنزيم اللاك (شكل 17.3 أ).

اللاكتوز ليس هو المحفز الحقيقي لأوبيرون اللاكتوز. إنه ملزم للقمع لزيادة رغبته في التعامل مع المشغل. من ناحية أخرى ، فإن البروتين المرتبط بالقمع غير النشط هو الأولاكتوز. في حين أن β galactosidase يكسر اللاكتوز إلى الجلوكوز والجالاكتوز ، فإن رد الفعل الجانبي يغير الجالاكتوز إلى allolactose و galactobiose.

يمنع هذا اللاكتوز تأثير اللاكتوز المضاد للحث. عندما يرتبط allolactose (المحرض) بالقمع ، فإنه يغير شكل موقع ربط الحمض النووي مما يجعل المكبِط غير نشط ويتحرر من موقع المشغل. وبالتالي يمكن تحويل جينات lac واختصارها.

التحكم الإيجابي في lac Operon:

إنها آلية تنظيمية إضافية تسمح لأوبرون اللاكتوز باستشعار وجود الجلوكوز ، وهو مصدر طاقة بديل ومفضل للاكتوز. إذا كان كل من الجلوكوز واللاكتوز موجودًا ، فستستخدم الخلايا الجلوكوز أولاً ولن تقوم بتقسيم اللاكتوز إلى السكريات المكونة له.

يؤدي وجود الجلوكوز في الخلية إلى إيقاف تشغيل lac operon عن طريق آلية تسمى كبت catabolite الذي يتضمن بروتينًا تنظيميًا يسمى بروتين منشط catabolite (CAP). يرتبط CAP بتسلسل الحمض النووي المنبع لمحفز lac ويعزز الارتباط والخجل لبوليميراز الحمض النووي الريبي ويتم تحسين نسخ الأوبون (الشكل 17.3 ب).

يرتبط CAP فقط في وجود مشتق و shyvative من ATP يسمى cyclic adenosine monophos & shyphate (cAMP) الذي تتأثر مستوياته بالجلوكوز. يقوم إنزيم adenylate cyclase cata & shylyzes بتكوين cAMP ويمنعه الجلوكوز. عندما يتوفر الجلوكوز للخلية ، يتم تثبيط إنزيم الأدينيلات وتنخفض مستويات cAMP.

في ظل هذه الظروف ، لا يلتزم CAP مع المنبع للمروج ويتم نسخ lac ope & shyron عند مستوى منخفض جدًا. على العكس من ذلك ، عندما يكون الجلوكوز منخفضًا ، لا يتم تثبيط إنزيم الأدينيلات ، ويكون cAMP أعلى ويربط CAP يزيد من مستوى النسخ من الأوبرون.

في حالة وجود الجلوكوز واللاكتوز معًا ، فسيتم نسخ أوبرون اللاكتوز عند مستوى منخفض فقط. ومع ذلك ، عند استخدام الجلوكوز ، سينتهي قمع التهدم ويزيد الترانس والارتباك من أوبرون اللاكتوز مما يسمح باستخدام اللاكتوز المتاح.

مشغل قابل للقمع:

يتكون مشغل trp من المكونات التالية:

(1) الجينات الهيكلية (trp E و D و C و B و A):

يحتوي هذا الأوبرون على خمسة جينات هيكلية ترميز الإنزيمات المشاركة في التخليق الحيوي والتخلص من الحمض الأميني التربتوفان. يتم التعبير عن الجينات على أنها mRNA واحد يتم نسخه من مروج المنبع.

(2) الجين المروج (TRP P):

إنها منطقة المروج وهي موقع الربط لبوليميراز الحمض النووي الريبي.

(3) جين المشغل (trp O):

إنها منطقة المشغل التي ترتبط بالضاغط.

إنها المنطقة الرائدة التي تتكون من 162 نيوكليوتيد قبل الجين الهيكلي الأول trp E. ولها أربع مناطق ، المنطقة 1 لديها كودون tryp & shytophan ، المنطقة 2 و 3 و 4 تنظم تخليق mRNA للجينات الهيكلية.

يتم تنظيم التعبير عن الأوبرا بمستوى التربتوفان في الخلية (الشكل 17.4). يقوم جين regu & shylatory المنبع من أوبرا trp بتشفير بروتين يسمى trp repressor. يرتبط هذا البروتين بتسلسل DNA يسمى مشغل trp والذي يقع في اتجاه مجرى محفز trp الذي يتداخل جزئيًا معه.

عندما يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، فإنه يرتبط ببروتين مثبط trp مما يمكّنه من ربط تسلسل مشغل trp ، مما يعيق ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمحفز trp ويمنع نسخ الأوبون.

في حالة عدم وجود التربتوفان ، فإن مثبط trp غير قادر على ربط عامل trp ونسخ عائدات المشغل. التربتوفان ، المنتج النهائي للإنزيمات المشفرة بواسطة أوبرون trp ، يعمل كمثبط مشترك مع بروتين مثبط trp ويثبط تركيبه عن طريق تثبيط المنتج النهائي.

التوهين هو آلية تنظيمية بديلة تسمح بالتعديل الدقيق والخجل للتعبير عن أوبرا trp وعوامل أخرى (phe ، his ، leu ، thr operon). إن تسلسل mRNA المنقول والمختلط بين الجين الترويجي trp & shyter وجين trp الأول قادر على تكوين إما بنية حلقة جذعية كبيرة لا تؤثر على النسخ أو حلقة جذعية أصغر تعمل كمنهي نسخ (الشكل 17.5).

لا يسمح الموضع النسبي للتسلسلات بتشكيل كلتا الحلقات الجذعية في وقت واحد. يعتمد التوهين على حقيقة أن النقل والشفاء والترجمة مرتبطان ، أي أن الريبوسومات ترتبط بـ mRNAs أثناء نسخها والبدء في ترجمتها إلى بروتين.

إن ارتباط الريبوسومات بتأثير trp mRNA على أي من الحلقتين الجذعية يمكن أن يتشكل ، وبالتالي يردع ويتأرجح سواء حدث الإنهاء أم لا (الشكل 17.5).

تحتوي منطقة الترميز القصيرة المنبع لمنطقة الحلقة الجذعية على أكواد التربتوفان التي تُرجمت قبل الجينات الهيكلية. عندما تكون مستويات التربتوفان كافية ، فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي ينسخ المنطقة الرائدة متبوعة بالريبوسوم الذي يمنع شكل الحلقة الجذعية الأكبر ، مما يسمح للحلقة الطرفية والشينيتور بتشكيل نسخ نهائية.

في حالة عدم وجود trypto & shyphan ، يبدأ النسخ ، ولكن لم يتم إنهاؤه لاحقًا بسبب توقف الريبوسوم ، يتحرك RNA polymerase للأمام وتشكل حلقة جذعية كبيرة. تم حظر تشكيل حلقة ter & shyminator واستمرار نسخ المشغل. عندما يكون التربتوفان موجودًا في المستويات المتوسطة ، فإن بعض النصوص ستنطلق وتلمع والبعض الآخر لا.

وبالتالي ، فإن التوهين يسمح للخلية بتجميع التربتوفان وفقًا لمتطلباتها الدقيقة. بشكل عام ، يحدد مكبّر trp ما إذا كان المشغل قيد التشغيل أو الإيقاف ويحدّد التوهين مدى كفاءة نسخه.

يشير تسلسل الرنا المرسال إلى أن توقف الريبوسوم يؤثر على الإنهاء عند المخفف. قد تتحكم قدرة الريبوسوم على التقدم والخجل من خلال منطقة القائد في الانتقال بين هذه الهياكل. تحدد البنية ما إذا كان يمكن لـ mRNA توفير الميزات اللازمة للإنهاء أم لا.

عندما يكون التربتوفان موجودًا ، تكون الريبوسومات قادرة على تصنيع الببتيد القائد. سيستمرون على طول القسم الرائد من mRNA إلى كودون UGA ، الذي يقع بين المنطقتين 1 و 2. بالتقدم إلى هذه النقطة ، تمتد الريبوسومات فوق المنطقة 2 وتمنعها من الاقتران الأساسي.

والنتيجة هي أن المنطقة 3 متاحة للزوج الأساسي مع المنطقة 4 ، مما يؤدي إلى إنشاء دبوس الشعر الطرفى واللامع. في ظل هذه الظروف ، لذلك ، ينتهي بوليميراز الحمض النووي الريبي عند المخفف.

ومع ذلك ، في حالة عدم وجود التربتوفان ، يبدأ الريبو و shysomes ترجمة الببتيد القائد ولكن يتوقف عند أكواد trp الموجودة في المنطقة 1. وبالتالي لا يمكن للمنطقة 1 أن تتزاوج مع المنطقة 2. إذا حدث هذا ، حتى أثناء وجود الرنا المرسال نفسه توليفها ، سيتم إقران المنطقة 2 و 3 بالقاعدة قبل نسخ المنطقة 4.

هذا يجبر المنطقة 4 على البقاء في شكل واحد تقطعت بهم السبل. في حالة عدم وجود دبوس الشعر المنهي ، يستمر بوليميراز الحمض النووي الريبي في النسخ بعد المخفف.

أوبرا آرا (أرابينوز) لفطر F. coli con & shytains:

(1) ثلاثة جينات هيكلية (ara A و ara B و ara D) & # 8211 التي تشفر ثلاثة إنزيمات مختلفة (أيزوميراز ، كيناز ، إبيميريز) لاستقلاب جينات أرابينوز الثلاثة على مرنا واحد.

(2) الجين المروج (Pسيء) - الذي يبدأ النسخ.

(3) الجين العادي (ara C) - البروتين التنظيمي لهذا الجين ara C.

(4) الجين المروج (Pc) - هذا يبدأ نسخ C.

اثنين من المروجين P.سيء و Pc يقعان على بعد 100 زوج من النوكليوتيدات في نفس منطقة المحفز ويبدآن النسخ في direc & shytions المعاكسة.

يعتمد تحريض أوبرون ara على التأثيرات التنظيمية الإيجابية لبروتينين ، بروتين ara C و CAP (بروتين المنشط المرتبط بـ cAMP) ، وتقع مواقع الارتباط لهذين البروتينين في منطقة تسمى ara I والتي تقع بينهما الجينات الهيكلية الثلاثة (ara B و ara A و ara D) والجين المنظم (ara C) (الشكل 17.6A).

يعمل بروتين ara C كمنظم سلبي (مثبط) لنسخ الجينات الهيكلية ara B و ara A و ara D من Pسيء المروج في غياب أرابينوز ودوري AMP (cAMP). لكنه يعمل كمنظم إيجابي (منشط) لنقل وخلع هذه الجينات من P.سيء المروج عند وجود الأرابينوز و cAMP.

اعتمادًا على وجود أو عدم وجود جزيء المستجيب مثل أرابينوز و cAMP ، قد يكون لمنتج الجين التنظيمي ara C تأثير إيجابي أو سلبي على نسخ الجينات الهيكلية ara B و ara A و ara D (الشكل 17.6 ب).

تنظيم ما بعد النسخ للتعبير الجيني في بدائيات النوى:

قد يحدث التنظيم الجيني أيضًا في بدائيات النوى في وقت الترجمة.

التنظيم الذاتي للترجمة:

هناك عدد من الأمثلة حيث ينظم البروتين أو الحمض النووي الريبي إنتاجه. تعمل العديد من البروتينات كمثبطات ، وترتبط بموقع ربط الريبوسوم (أو تسلسل SD-Shine-Dalgarno) أو كودون بدء mRNA. في هذه الحالات ، تظل mRNA سليمة ولكن لا يمكن ترجمتها. هناك بعض الأنظمة الأخرى التي قد يتحلل فيها الرنا المرسال عن طريق ارتباط البروتين على التسلسلات المحددة القصيرة من الرنا المرسال.

التنظيم بواسطة Anti-sense RNA:

يمكن ممارسة التحكم الانتقالي في تخليق البروتين باستخدام RNA المكمل لـ mRNA ، وستشكل هذه RNA التكميلية هجينة RNA-mRNA وتمنع mRNA من الترجمة. يُطلق على هذا النوع من الحمض النووي الريبي اسم RNA المضاد للحس أو الرنا الميكروي (mic = mRNA الذي يتداخل مع الحمض النووي الريبي التكميلي).

قمع الترجمة:

يتم قمع الترجمة بالطرق التالية:

(أ) قد يعيد جزيء المانع-المستجيب للتأرجح والتألق والربط بتسلسل محدد أو بهيكل ثانوي محدد (يتضمن منطقة SD وكودون AUG) ، وبالتالي يمنع بدء الترجمة من خلال منع منطقة الربط والخجل الريبوزومية.

(ب) قد يرتبط جزيء المثبط-المستجيب للمشغل (لا يشمل منطقة SD وكودون AUG) وبالتالي استقرار بنية mRNA الثانوية المثبطة.

(ج) يمكن لجزيء المستجيب (نوكلياز داخلي) أن يمنع بدء الترجمة عن طريق انقسام حال النواة الداخلية لمنطقة SD.

تفعيل الترجمة:

تتسبب بعض المؤثرات أو المنشطات الإيجابية في تنشيط الترانس والانعزال عن طريق زعزعة استقرار الهياكل الثانوية المثبطة في الرنا المرسال إما من خلال الربط البسيط والخجل أو عن طريق الانقسام الداخلي للنووية. قد تتأثر ترجمة بعض الجينات ببعض الجينات الأخرى & # 8211 تسمى هذه الظاهرة اقتران عبر & shylational.

في بعض الحالات ، يتراكم المنتج النهائي لمسار تخليق حيوي معين وقد يوقف هذا التراكم المزيد من تخليق هذه المادة. يعمل المنتج النهائي من خلال التحول الخيفي للأنزيم الأول لمسار التخليق الحيوي (الشكل 17.7).


اتصال فني

تنظيم لاك أوبرون. نسخ ملف لاك يتم تنظيم الأوبرون بعناية بحيث لا يحدث تعبيره إلا عندما يكون الجلوكوز محدودًا واللاكتوز موجودًا ليكون بمثابة مصدر بديل للوقود.

سؤال: In بكتريا قولونية، ال trp يتم تشغيل operon افتراضيًا ، بينما يكون ملف لاك أوبرون متوقف. لماذا تظن أن هذه هي القضية؟

في حالة وجود الجلوكوز ، يفشل CAP في الارتباط بتسلسل المروج لتنشيط النسخ. إذا كان اللاكتوز غائبًا ، فإن المكثف يرتبط بالمشغل لمنع النسخ. إذا تم استيفاء أي من هذه الشروط ، فسيظل النسخ متوقفًا. فقط عند غياب الجلوكوز ووجود اللاكتوز هو لاك أوبرون مكتوب (الجدول).

الإشارات التي تحفز أو تقمع نسخ ملف لاك مشغل
الجلوكوزيربط CAPاللاكتوزالقامع يربط النسخ
+--+لا
+-+-بعض
-+-+لا
-++-نعم


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يُرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


شاهد الفيديو: The Lac operon. Regulation of gene expression (قد 2022).