2 Genetikos operonų sistemos tipai Genų reguliavimo privalumai

Operonas yra genetinės medžiagos (arba DNR) dalis, kuri veikia kaip vienas reguliuojamas vienetas, turintis vieną ar kelis struktūrinius genus, operatoriaus geną, promotoriaus geną, reguliatoriaus geną, repressorių ir induktorių arba korepresorių (iš išorės). Operatoriaus, reklamuotojo ir reguliatoriaus genai yra reguliavimo regionas.

Operos sistemos yra įprastos prokarytoose. Pirmąjį operono operą atrado Jokūbas ir Monadas (1961 m.). Vėliau buvo atrasta tokių operonų, pvz., Trp-operon, ara-operon, jo operonas, vol-operonas. Operonai yra dviejų tipų, indukuojami ir reprezentuojami.

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

Indukcinė operacinė sistema - Lac operon (6.34 pav.):

Indukcinė operonų sistema yra reguliuojamas genetinės medžiagos vienetas, kuris įjungiamas reaguojant į cheminės medžiagos buvimą. Ją sudaro šios dalys:

Struktūriniai genai:

Jie yra tie genai, kurie faktiškai sintezuoja mRNR. MRNR kontroliuoja citoplazmos metabolinį aktyvumą per baltymų arba fermentų susidarymą per ribosomas. Operonas turi vieną ar daugiau struktūrinių genų. Escherichia coli laktozė arba lac-operonas turi tris struktūrinius genus (Z, Y, A).

Jie transkribuoja poiicistroninę mRNR molekulę, kuri padeda sintezuoti tris fermentus - P-galaktozidazę laktozės arba galaktozido hidrolizei, laktozei arba galaktozidui permeazę, leidžiančią iš išorės patekti į laktozę ir tiogalaktozido acetilazę arba transacetilazę metabolizuoti toksiškus tiogalaktozidus, kurie taip pat leidžia patekti į laktozės permeazė.

Tačiau šie trys fermentai gaminami skirtingomis molinėmis koncentracijomis. Visada yra labai mažas laktaksono ekspresijos lygis ir dėl to jo fermentai. Pradinė laktozės patekimas į bakteriją atsirastų tik dėl šios veiklos.

Operatoriaus genai:

Tai genas, kuris tiesiogiai kontroliuoja mRNR sintezę per struktūrinius genus. Jį išjungia repressorius. Induktorius gali atimti repressorių ir įjungti geną. Tada genas nukreipia struktūrinius genus transkribuoti. Lac operono operatoriaus genas yra sudarytas tik iš 27 bazinių porų.

Reklamuotojo genai:

Jis veikia kaip inicijavimo signalas, kuris veikia kaip RNR-polimerazės atpažinimo centras, su sąlyga, kad įjungiamas operatoriaus genas. RNR polimerazė yra susieta su promotoriaus genu. Kai operatoriaus genas yra funkcinis, polimerazė juda virš jo ir pasiekia struktūrinius genus, kad atliktų transkripciją.

Reguliatoriaus genas (lac i-Gene):

Lac-operone jis vadinamas i-genu, nes jis gamina inhibitorių arba repressorių. Represorius prisijungia prie operatoriaus geno ir sustabdo pastarojo veikimą. Tai neigiamai kontroliuoja struktūrinių genų darbą.

Represorius:

Tai reguliatoriaus baltymas, sintezuotas visą laiką (konstituciškai) reguliatoriaus i-geno. Represorius skirtas blokuoti operatoriaus geną, kad struktūriniai genai negalėtų sudaryti mRNR. Jame yra dvi alosterinės vietos, viena - prijungti prie operatoriaus geno, o antroji - prisijungimui prie induktoriaus.

Susilietus su induktoriumi, repressorius patiria konformacinius pokyčius taip, kad jis negali sujungti su operatoriumi. Laktozės arba lac-operono repressorius yra baltymas, kurio molekulinė masė yra 160 000. Jis susideda iš keturių subvienetų, kurių kiekvienos molekulinė masė yra 40 000.

Induktorius:

Tai cheminė medžiaga (substratas, hormonas ar kitas metabolitas), kuris po kontakto su represoriumi pakeičia jį į ne DNR surišimo būseną, kad būtų išlaisvintas operatoriaus genas. Escherichia coli lac-operono induktorius yra laktozė (iš tikrųjų allolaktozė arba laktozės metabolitas).

BŽŪP:

Tai yra aktyvatorius, vadinamas kataboliniu aktyvatoriaus baltymu. Jis turi teigiamą kontrolę lacoperone, nes jo nebuvimo atveju RNR polimerazė negali atpažinti promotoriaus geno. Jo genas yra nutolęs nuo operono, bet receptoriaus CAP vieta atsiranda šalia lac promotoriaus. BŽŪP aktyvina lac genus tik tada, kai nėra gliukozės.

RNR polimerazę atpažįsta promotoriaus genas. Jis eina per išlaisvintą operatoriaus geną ir katalizuoja mRNR transkripciją per struktūrinius genus. MRNR patenka į citoplazmą ir sudaro tam tikrus baltymus arba fermentus. Iš trijų lac-operono gaminamų fermentų laktozės permeazė yra skirta laktozės ląstelėje patraukimui. Β-galaktozidazė (= laktazė) sulaužė laktozę į du komponentus - gliukozę ir galaktozę. Fermentas, pvz., Laktazė arba (3-galaktozidazė, susidariusi reaguojant į jo substrato buvimą, dažnai vadinamas indukuojamu arba adaptyviu fermentu).

Indukcinės operonų sistemos paprastai atsiranda kataboliniuose keliuose. Lac-operonas vis dėlto neliks neribotam laikui, nepaisant to, kad išorinėje aplinkoje yra laktozės.

Jis sustabdys savo aktyvumą kaupdamasis gliukozės ir galaktozės ląstelėje, viršijant bakterijos metabolizmo galimybes. „Lac-operon“ taip pat kontroliuoja teigiamą reguliavimą.

Atsparios operacinės sistemos (6.35 pav.)

Atkuriamoji operono sistema paprastai randama anaboliniuose keliuose. Operonas yra aktyvus ir jo struktūrinių genų gaminami fermentai paprastai yra ląstelėje. Operono veikimas sustabdomas, kai galutinio produkto koncentracija kerta ribinę vertę. Reprezentatyvios sistemos pavyzdys yra „Escherichia coli“ triptofanas arba trp operonas. Jį taip pat parengė Jacobas ir Monodas, kurį sudaro:

Struktūriniai genai:

Genai yra susiję su mRNR transkripcija. MRNR transformuoja jų koduotą informaciją polipeptidų sintezėje. Polipeptidai sukelia baltymines medžiagas, įskaitant fermentus. Tryptofano operonas turi penkis struktūrinius genus - trp E, D, С, B, A. Jie sudaro fermentus penkiems triptofano sintezės etapams.

Operatoriaus genai:

Ji kontroliuoja struktūrinių genų veikimą. Paprastai jis yra įjungtas, nes reguliatoriaus geno pagamintas aporepresorius negali visiškai blokuoti operatoriaus geno. Operatoriaus genas išjungiamas, kai kartu su aporepresoriumi yra korepresorius.

Reklamuotojo genai:

Tai yra vieta, kurioje pradinis RNR-polimerazės surišimas. Pastarasis keliauja iš promotoriaus geno į struktūrinius genus su sąlyga, kad įjungiamas operatoriaus genas.

Kiti reguliavimo regiono komponentai:

Tarp operatoriaus geno ir struktūrinio geno E. atsiranda du reguliavimo srities komponentai. Jie yra lyderių seka (L) ir slopintuvas (A). Lyderių seka yra susijusi su slopintuvo valdymu. Slopintuvas padeda sumažinti triptofano sintezę, kai jis yra pakankamas kiekis, neišjungiant operono.

Reguliatoriaus genas (trp R):

Jis sudaro baltymų komponentą, kad būtų galima blokuoti operatoriaus geno aktyvumą. Tryptofano operono reguliatoriaus genas yra atstumu nuo likusio operono.

Aporepressor:

Tai baltyminė medžiaga, kurią sintezuoja reguliatoriaus genas. Aporepressoras yra repressoriaus komponentas, skirtas blokuoti operatoriaus geno darbą. Tam reikia korepresoriaus. Kai pastarasis nėra tinkamo stiprumo, operatoriaus genas yra įjungtas, nes pats aporepresorius negali blokuoti operatoriaus geno darbo.

Corepressor:

Tai neproteininis represoriaus komponentas, kuris taip pat yra reakcijų, katalizuotų fermentų, susidarančių struktūrinių genų aktyvumu, galutinis produktas. Galutinis produktas dažnai naudojamas kitoje reakcijoje, todėl jis retai kaupiasi ir todėl neveikia kaip korepresorius.

Tačiau, kai jis kaupiasi arba tampa prieinamas iš išorinio šaltinio, galutinis produktas tampa korepresoriumi, sujungia su aporepresoriumi, sudaro represorių ir blokuoja operatoriaus geną.

Struktūriniai genai dabar sustabdo transkripciją. Šis reiškinys yra žinomas kaip grįžtamoji represija. Jis turi neigiamą kontrolę. Tryptofano operone triptofanas (aminorūgštis) veikia kaip korepresorius.

Indukcijos ir represijų skirtumai:

Indukcija:

1. Tai operono, kuris paprastai lieka išjungtas, įjungimas.

2. Indukciją sukelia naujas substratas, kuris bus vartojamas ir metabolizuojamas.

3. Jis paprastai yra susijęs su kataboliniu keliu.

4. Operono reguliatoriaus genas, galintis patirti indukciją, gamina represorių, blokuojantį operatoriaus geną.

5. Indukcija yra operono represoriaus pašalinimas iš induktoriaus metabolito.

6. Induktorius yra substratas, hormonas arba jo šalutinis produktas.

7. Tai sukelia transkripciją ir vertimą.

Represijos:

1. Jis išjungia operoną, kuris paprastai lieka įjungtas.

2. Represija atsiranda dėl padidėjusio metabolito susidarymo ar prieinamumo.

3. represijos dažniausiai siejamos su anaboliniu keliu.

4. Operono reguliatoriaus genas, galintis patirti represijas, gamina dalį represoriaus, vadinamo aporepressoriumi. Tas pats negali blokuoti operatoriaus geno.

5. Represija yra operono geno blokavimas per sudėtingą repressorių, kurį sudaro aporepresoriaus, suformuoto reguliatoriaus geno ir korepresoriaus, kuris iš tikrųjų yra anabolinio kelio produktas.

6. Represorius yra junginys, kurį sudaro aporepresorius ir korepresorius, kuris paprastai yra metabolinis kelias.

7. Represija sustabdo transkripciją ir vertimą.

Genų reglamento privalumai:

1. Vienu metu galima įjungti arba išjungti tam tikrus susijusius genus, reikalingus tam tikrai metabolinei veiklai.

2. Genų reguliavimas leidžia ląstelei reguliuoti medžiagų apykaitą pagal aplinkos pokyčių ir vystymosi reikalavimus.

3. Tai ekonomiškas, nes jis sintezuoja fermentus tik tada, kai reikia.

4. Genų reguliavimas padeda augti ir diferencijuoti.

5. Tai padeda sklandžiai užbaigti grandinines reakcijas.