Prokaryotlarda Genlerin Düzenlenmesi ve Düzenlenmesi

Prokaryotlarda Genlerin Organizasyonu ve Düzenlenmesi!

Bir organizmadaki farklı genler, farklı zamanlarda ihtiyaç duyulan farklı proteinlerin sentezi içindir.

Bir organizmanın yaşam döngüsünde farklı zamanlarda spesifik enzimlere ihtiyaç vardır. Ancak, yaşam döngüsünün her zaman her hücresi aynı gen kümesini içerir. Bu nedenle, sadece istenen genlerin belirli bir zamanda işlev görmesine ve diğer genlerin aktivitesini sınırlandırmasına izin verecek mekanizmalara sahip olmak gereklidir. Günümüzde, gen ekspresyonunu transkripsiyon, mRNA'nın işlenmesi ve çeviri dahil olmak üzere farklı seviyelerde düzenleyen çeşitli mekanizmalar bilinmektedir.

Prokaryotlarda Gen Düzenlemesi:

Bakteriyel genlerin ekspresyon hızı esas olarak mRNA sentezi (transkripsiyon) seviyesinde kontrol edilir. Düzenleme, mRNA transkripsiyonunun başlangıcında ve sona ermesinde meydana gelebilir.

E. coli'de lac operonun düzenlenmesi:

İki Fransız mikrobiyolog olan Jacob ve Monod, E.coli hakkındaki araştırmalarına dayanarak, 1961'de operon modeli adı verilen gen regülasyonu için ilk modeli önerdiler. Bu bakteride, şeker laktozunun parçalanmasına neden olan üç enzim vardır, B- galaktosidaz, geçirgenlik ve işlemetilaz.

E. coli hücreleri laktoz dışında bir karbon kaynağı üzerinde büyütüldüğünde, bu üç proteinin hücre içi seviyeleri, laktoz mevcut olduğunda elde ettikleri seviyelerin belki de 1/1000'i kadar düşüktür. Bu nedenle laktoz, bu proteinlerin bir uyarıcısı olduğu söylenir. İlk çalışmalar, indüksiyon işleminin önceden var olan bazı enzimlerin aktivasyonunu değil, β-galaktosidazın de novo sentezini içerdiğini ortaya koydu.

Jacob ve Monod, laktoz geninin bu şekilde düzenlenmesini açıklamak için bir operon modeli ortaya koydu.

Lac operonunda aşağıdakileri içeren üç yapısal gen vardır:

(i) bir tetramer olarak aktif olan ve hücrede kullanılacak glukoz ve galaktoza parçalayan laktozu parçalayan enzim P galaktosidaz enzimini kodlayan gen lacz (3063 bp);

(ii) zara bağlı bir protein olan ve metabolitlerin taşınmasında yardımcı olan β galaktoz permeazını gen la y (800 bp) kodlar ve

(iii) bir asetil grubunu asetil-CoA'dan P galaktositlere aktaran bir enzim olan p galaktoz işlem-terazını kodlayan gen lac a (800 bp).

Bu genlerle birlikte ve bunlara bitişik olarak, proteini kodlamayan, ancak üç enzim için mRNA'nın transkripsiyonuna izin veren üç yapısal gen üzerinde kontrol uygulayan operatör geni vardır. Buna operatör geni 'o' denir.

Promotör geni, operatörün hemen yukarısında bulunur ve transkripsiyonu gerçekleştiren RNA polimerazı için bağlanma bölgesi sağlar. Operatör geni, operatör ve yapısal genlerin dışında bulunan düzenleyici bir gen adı verilen bir başka DNA segmentinin kontrolü altındadır.

Regülatör, operatör genine bağlanan ve onu aktif olmayan hale getiren bir baskılayıcı adı verilen bir proteini belirtiyor görünmektedir. Bu, promotere bağlanan enzimlerin yapısal genlere ilerlemesini önler ve böylece transkripsiyon oluşmaz. Operatör, promotör ve yapısal genler birlikte operon olarak adlandırılır.

Bazen, sitoplazmada indükleyici maddeler olarak adlandırılan maddeler, baskılayıcı moleküllere bağlanabilir. Jacob ve Monod'un sisteminde, laktozun, bu şekilde baskılayıcı ile etkileşime girdiği, onu bağladığı ve operatör geninin, laktozun parçalanmasını katalize eden enzimlerin sentezini belirleyen mRNA'yı üreten yapısal genleri 'açmasına' izin verdiği bulunmuştur.

Laktoz metabolize edildiğinde, operatöre bağlanan ve yapısal genlerin transkripsiyonu kesilen, yani 'kapanır' olan baskılayıcı moleküller serbest bırakılır. Böylece operatör geni, ilişkili olduğu yapısal genlerin tümü için bir anahtar mekanizması olarak işlev görür.

Baskılayıcı:

Regülatör genler tarafından üretilen baskılayıcılar, ilgili operatör genlerine bağlanan ve iki simetrik oluk oluşturmak için birleşen dört aynı alt birime sahip olan proteinlerdir. Görünüşe göre, baskılayıcılar, belirli moleküller ile etkileşime girme şeklini değiştiren allosterik proteinler grubuna aittir.

Baskılayıcı hem lak DNA'ya hem de indükleyici allolaktoza geri dönüşümlü olarak bağlandığından, iki farklı bağlanma yerine sahip gibi görünmektedir. İndükleyicinin yokluğunda, DNA bağlanma bölgesi aktiftir ve baskılayıcı lak DNA'ya bağlanır.

Ancak allolaktoz, baskılayıcı moleküle bağlandığında, DNA bağlanma bölgesi, aktif olmayan bir duruma değiştirilir ve baskılayıcı, artık lak DNA'ya bağlanamaz. Represörün lak DNA'ya bağlanması, lak genlerinin transkripsiyonunu önlerken, lak DNA'dan salınması (indükleyiciyle etkileşiminin ardından) transkripsiyonuna izin verir.

Efektörler veya İndüktörler:

Represörün operatöre bağlanmasındaki afinitesi, indükleyici veya yardımcı bastırıcı tarafından düzenlenir, ayrıca küçük moleküller de efektör olarak adlandırılır. Belirgin bir efektör, yeterli bir konsantrasyonda bulunduğunda efektör olarak görev yapan bileşiktir.

Pek çok durumda, görünen bir efektör, hücre tarafından efektör olarak görev yapan başka bir bileşiğe değiştirilebilir; böyle bir efektör gerçek efektör olarak bilinir. Örneğin, laktoz, E. coli'deki lak operonunun görünür efektörüdür, ancak gerçek efektör, allolaktozdur.

Negatif kontrol:

Negatif kontrolde, spesifik bir proteinin (baskılayıcı) operatör DNA'sı ile ilişkisi operonun transkripsiyonunu önler. Transkripsiyonun, operatör DNA'sının konfigürasyonundaki bir değişiklik nedeniyle önlendiğine inanılmaktadır, böylece RNA polimeraz fonksiyonunu yerine getirememektedir.

Böyle bir sistemde gen etkisinin düzenlenmesi bir baskılayıcı tarafından transkripsiyonun önlenmesiyle sağlandığı için, negatif kontrol olarak bilinir. Negatif kontrol sistemi, (i) uyarılabilir ve (ii) tekrar basılabilir olmak üzere iki kategoriye ayrılmıştır.

Uyarılabilir Negatif Kontrol:

Bu sistemde, enzim üretimi yalnızca ilgili metabolik yolun substratı olan bir indükleyici (efektör) varlığında başlar. İndükleyicinin yokluğunda, enzim üretimi engellenir, yani operonun genleri bastırılır. E. coli'nin lac operonu bir indüklenebilir operondur ve substrat kullanımıyla ilgili birçok başka operon indüksiyon gösterir.

Basılabilir Negatif Kontrol:

Bu sistemde, operon normal olarak işlevseldir, yani depresyondadır ve ilgili enzimler ve hücre tarafından üretilir. Bir ortak baskılayıcı (efektör) mevcudiyeti, genellikle ilgili biyosentetik yolun son ürününün enzim üretimini durdurur, yani operonu baskılar.

Biyosentetik yolaklarla ilgili olan operonlar, örneğin, histidin, triptofan ve diğer birçok amino asidin sentezi, vb., Baskılanabilir negatif kontrol gösterir. Bu sistemdeki regülatör gen, operatör genine bağlanamayan aktif olmayan bir baskılayıcı üretir.

Aynı zamanda, aporepreser olarak da bilinen inaktif bastırıcı, ancak efektör molekülüne bağlandığında aktif bir bastırıcı haline gelir. Aktif baskılayıcı, operatör genini tutturur ve operonun transkripsiyonunu önler.

Pozitif kontrol:

Transkripsiyonun pozitif kontrolünde, promotör genindeki bir DNA segmentine veya RNA polimerazına aktivatör olarak adlandırılan spesifik bir proteinin birleşmesi, operonun transkripsiyonunu sağlar. Aktivatörün promotori etkisinin, transkripsiyon başlatıcı bölgesindeki DNA konfigürasyonu üzerindeki etkisinden dolayı olduğuna inanılmaktadır, bu daha sonra RNA polimerazının hareketi için daha elverişli hale gelmektedir. Pozitif kontrol ayrıca indüklenebilir veya tekrar basılabilirdir.

Uyarılabilir Pozitif Kontrol:

Bu sistemde, aktivatör aktif olmayan bir durumdadır ve promotör DNA'ya bağlanamaz. Aktivatör, promotere ancak bir aktif aktivatör üreten spesifik bir indükleyiciyle etkileşime girdikten sonra bağlanır. E. coli'nin katabolik duyarlı operonları, örneğin, arabinoz (ara) ve galaktozun (gal) bozunması için enzim üreten operon, böyle bir kontrolün örneklerini sağlar.

Basılabilir Pozitif Kontrol:

Bu sistemde, aktivatör, operonun transkripsiyonuna izin veren promotör gene bağlanır. Bir koruyucusu olan efektörle etkileşim, aktivatörün konfigürasyonunu değiştirir, böylece promotere bağlanamaz ve operonun baskılanmasına neden olur.