2 Genetik Operon Sisteminin Gen Düzenlemesinin Avantajları

Bir operon, bir veya daha fazla yapısal gen, bir operatör geni, bir promotör geni, bir regülatör geni, bir baskılayıcı ve bir indükleyici veya koruyucusu (dışarıdan) içeren tek bir düzenlenmiş ünite olarak hareket eden genetik materyalin (veya DNA) bir parçasıdır. Operatör, destekleyici ve düzenleyici genler düzenleyici bölgeyi oluşturur.

Operon sistemleri prokarytolarda yaygındır. İlk opera lас-operon, Jacob ve Monad (1961) tarafından keşfedildi. Daha sonra bu tür bir operonun keşfedildiği, örneğin, trp-operon, ara -operon, onun - operon, vol-operon. Operonlar indüklenebilir ve tekrar basılabilen iki tiptedir.

Resim İzniyle: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

İndüklenebilir Operon Sistemi - Lac Operon (Şekil 6.34):

Bir uyarılabilir operon sistemi, bir kimyasalın varlığına cevaben açılmış düzenlenmiş bir genetik malzeme birimidir. Aşağıdaki parçalardan oluşur:

Yapısal Genler:

Bunlar aslında mRNA'ları sentezleyen genlerdir. Bir mRNA, ribozomlar üzerinde protein veya enzim oluşumu yoluyla sitoplazmanın metabolik aktivitesini kontrol eder. Bir operonun bir veya daha fazla yapısal geni vardır. Escherichia coli'nin laktoz veya lac-operonu üç yapısal gen içerir (Z, Y, A).

Üç enzimin sentezlenmesinde yardımcı olan bir piyististik mRNA molekülünün transkripsiyonunu yaparlar - laktoz veya galaktozidin hidrolize edilmesi için P-galaktosidaz, dış ve laktozun dışarıdan ve tiogalaktosit asetilazdan metabolize edilmesi için tiogalaktosit asetilaz veya işlemden geçirilen tiogalaktosid asetilazından işlem için izin veren P-galaktosidaz laktoz geçirgenliği.

Bununla birlikte, üç enzim farklı molar konsantrasyonlarda üretilir. Lakoperonun ekspresyonunun çok düşük bir seviyesi ve sonuçta enzimleri her zaman mevcuttur. Laktozun bakteriye ilk girişi sadece bu aktivite nedeniyle gerçekleşir.

Operatör Geni:

Yapısal genler üzerinde mRNA'ların sentezini doğrudan kontrol eden bir gendir. Bir baskı cihazı varlığında kapatılır. Bir indükleyici, baskılayıcıyı alıp geni açabilir. Daha sonra gen, transkripsiyon için yapısal genleri yönlendirir. Lac operonun operatör geni sadece 27 baz çiftinden oluşur.

Promotör Geni:

Operatör geninin açık olması şartıyla, RNA polimeraz için tanıma merkezi olarak görev yapan bir başlatma sinyali olarak görev yapar. RNA polimeraz promotör genine bağlanır. Operatör geni işlevsel olduğunda, polimeraz üzerinde hareket eder ve transkripsiyon yapmak için yapısal genlere ulaşır.

Regülatör Geni (lac i-Gene):

Lak-operonda, bir inhibitör veya baskılayıcı ürettiği için i-gen adı verilir. Baskılayıcı, operatör genine bağlanır ve ikincisinin çalışmasını durdurur. Yapısal genlerin çalışması üzerinde olumsuz bir kontrol uygular.

baskılayıcı:

Regülatör proteini, regülatör i-gen tarafından her zaman (yapısal olarak) sentezlenen regülatör proteinidir. Baskılayıcı, operatör genini bloke etmek içindir, böylece yapısal genler mRNA'ları oluşturamaz. Biri operatör genine tutturmak için diğeri de indükleyiciye bağlanmak için iki allosterik alana sahiptir.

İndükleyici ile temas ettikten sonra, baskılayıcı, operatörle birleşemeyeceği şekilde konformasyonel bir değişikliğe uğrar. Laktoz veya lac-operonun bastırıcısı, molekül ağırlığı 160.000 olan bir proteindir. Her biri 40.000 moleküler ağırlığa sahip dört alt birimden oluşur.

Uyarıcı:

Baskılayıcı ile temas ettikten sonra, operatör genini serbest bırakmak için ikincisini DNA olmayan bağlanma durumuna dönüştüren bir kimyasaldır (substrat, hormon veya başka bir metabolit). Escherichia coli'nin lac-operonu için indüktör laktozdur (aslında allolaktoz veya laktoz metaboliti).

CAP:

Katabolik aktivatör proteini adı verilen aktivatördür. Lakoperonda pozitif kontrol uygular, çünkü RNA polimeraz yokluğunda promotör geni tanıyamaz. Geni, operondan uzakta bulunur, ancak reseptör CAP bölgesi, lak promotörünün yakınında oluşur. CAP lak genlerini ancak glukoz yokken aktive eder.

RNA polimeraz promotör geni tarafından tanınır. Serbest bırakılan operatör geninin üzerinden geçer ve daha sonra yapısal genler üzerinde mRNA'ların transkripsiyonunu katalize eder. MRNA'lar sitoplazmaya geçer ve belirli proteinler veya enzimler oluşturur. Lak-operon tarafından üretilen üç enzimden laktoz-permeaz, Hücrenin içine laktoz getirmek içindir. Β-galaktosidaz (= laktaz) laktozu iki bileşene ayırır, glukoz ve galaktoz. Substratın varlığına cevap olarak oluşturulan laktaz veya (3-galaktosidaz gibi) enzimine genellikle uyarılabilir veya uyarlanabilir enzim denir.

Uyarılabilir operon sistemleri genellikle katabolik yollarda ortaya çıkar. Lakin operon dış ortamda laktoz olmasına rağmen süresiz olarak çalışmayacaktır.

Metabolizması için bakteri kapasitesinin ötesinde hücrede glikoz ve galaktoz birikimi ile aktivitesini durduracaktır. Lac-operon da pozitif düzenlemenin kontrolü altındadır.

Bastırılabilir Operon Sistemi (Şekil 6.35):

Bastırılabilir operon sistemi genellikle anabolik yollarda bulunur. Operon aktiftir ve yapısal genleri tarafından üretilen enzimler normal olarak hücrede bulunur. Bir son ürünün konsantrasyonu bir eşik değeri geçtiğinde operonun çalışması durdurulur. Bastırılabilir bir sistem örneği, Escherichia coli'nin triptofan veya trp operonudur. Jacob ve Monod tarafından da çalışılmıştır ve aşağıdakilerden oluşur:

Yapısal Genler:

Genler, mRNA'ların transkripsiyonuna bağlanır. MRNA'lar kodlanmış bilgilerini polipeptitlerin sentezinde çevirirler. Polipeptitler, enzimler dahil olmak üzere proteinli maddelere yol açar. Triptofan operonunun beş yapısal geni vardır - trp E, D, P, B, A. Beş aşamalı triptofan sentezi için enzimler oluştururlar.

Operatör Geni:

Yapısal genlerin işleyişini kontrol eder. Normalde açık tutulur çünkü regülatör gen tarafından üretilen aporressör operatör genini tamamen engelleyemez. Operatör geni, aporressör ile birlikte bir koruyucu mevcut olduğunda kapanır.

Promotör Geni:

RNA-polimerazın ilk bağlanma bölgesidir. Sonuncusu, operatör geninin açık olması koşuluyla, promotör geninden yapısal genlere hareket eder.

Diğer Düzenleyici Bölge Bileşenleri:

Düzenleyici bölgenin iki bileşeni, operatör geni ve yapısal gen E arasında meydana gelir. Bunlar lider dizisi (L) ve zayıflatıcı (A). Lider dizisi zayıflatıcı kontrolünde rol oynar. Zayıflatıcı, operonu kapatmadan yeterli miktarda mevcut olduğunda triptofan sentezinin azaltılmasına yardımcı olur.

Regülatör Geni (trp R):

Operatör geninin aktivitesinin engellenmesi için proteinli bir bileşen oluşturur. Triptofan operonunun regülatör geni, kalan operondan uzakta bulunmaktadır.

Aporepressor:

Regülatör gen tarafından sentezlenen proteinli bir maddedir. Aporepressor, operatör geninin çalışmasını engellemek için bir bastırıcı bileşeni oluşturur. Bunun için bir koruyucu gerektirir. Sonuncusu uygun güçte mevcut olmadığında, operatör geni açık tutulur, çünkü kendisi tarafından, taşıyıcı bir operatör geninin çalışmasını engelleyemez.

ortak tutucu:

Yapısal genlerin aktivitesi ile üretilen enzimler tarafından katalizlenen reaksiyonların bir nihai ürünü olan protein olmayan bir baskılayıcı bileşenidir. Nihai ürün sıklıkla başka bir reaksiyonda kullanılır, böylece nadiren birikir ve bu nedenle korseör olarak çalışmaz.

Bununla birlikte, ne zaman biriktirir veya dış kaynaktan temin edilebilirse, son ürün koruyucusu olur, aporresör ile birleşir, bastırıcı oluşturur ve operatör genini bloke eder.

Yapısal genler şimdi transkripsiyonu durdurur. Bu fenomen geri besleme baskısı olarak bilinir. Negatif bir kontrol uygular. Triptofan operonunda triptofan (bir amino asit), korseör olarak işlev görür.

İndüksiyon ve Baskı arasındaki farklar:

İndüksiyon:

1. Normalde kapalı kalan bir operonun açılması.

2. İndüksiyon, kullanılması ve metabolize edilmesi gereken yeni bir alt tabakadan kaynaklanır.

3. Genellikle katabolik bir patika ile bağlanır.

4. İndüksiyona maruz kalabilen bir operonun regülatör geni, operatör genini bloke eden bir baskılayıcı üretir.

5. İndüksiyon, bir operonun baskılayıcısının indükleyici metabolit tarafından çıkarılmasıdır.

6. İndüktör substrat, hormon veya yan ürünüdür.

7. Transkripsiyon ve çeviri sağlar.

bastırma:

1. Normalde açık kalan bir operonun kapanması.

2. Baskı, bir metabolitin oluşumunun veya bulunabilirliğinin artmasından kaynaklanır.

3. Baskı, çoğunlukla bir anabolik yolla bağlanır.

4. Baskıya maruz kalabilecek bir operonun regülatör geni, bastırıcının aporepresör adı verilen bir kısmını üretir. Aynı operatör genini engelleyemez.

5. Baskı, operon operatörünün geninin, gerçekte anabolik yolun bir ürünü olan regülatör gen ve corepressör tarafından oluşturulan aporresör birleşimi ile oluşan kompleks bir baskılayıcı vasıtasıyla bloke edilmesidir.

6. Baskılayıcı, bir taşıyıcı ve genel olarak metabolik yolun bir son ürünü olan bir koruyucu ile oluşturulmuş bir bileşiktir.

7. Baskı, transkripsiyon ve çeviriyi durdurur.

Gen Düzenlemenin Avantajları:

1. Belirli bir metabolik aktivite için gereken birkaç ilgili gen aynı anda açılabilir veya kapatılabilir.

2. Gen regülasyonu, hücrenin çevresel değişikliklerin ve gelişimin gereğine göre metabolizmasını ayarlamasını sağlar.

3. Sadece gerektiğinde enzimleri sentezlediği için ekonomiktir.

4. Gen düzenleme büyüme ve farklılaşmaya yardımcı olur.

5. Zincir reaksiyonlarının düzgün bir şekilde tamamlanmasında yardımcı olur.