معلومة

الطفرة التأسيسية في جين المشغل

الطفرة التأسيسية في جين المشغل


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.

إذا حدثت طفرة تأسيسية في مشغل مشغل محرض ، فهل هذا يعني أن الكابتات لن تكون قادرة على ربطهم؟ أم هل يعني ذلك أنه حتى لو كانت أجهزة الكابح ملزمة ، فلن يكون لها أي تأثير على الجين؟

أنا أتحدث على وجه التحديد عن lac operon.


هناك احتمالان لطفرات التعبير التأسيسي بالنسبة إلى أوبرون اللاكتيك:

  1. المشغل لا يغلق ابدا.

السبب: تحور الكاشف ، بحيث لا يكون موجودًا ، لا يرتبط أو يرتبط فقط بتقارب منخفض جدًا مع المشغل.

  1. لا يمكن للقمع الارتباط.

السبب: تم ​​تحور موقع الربط للمانع.

انظر هذا الموقع أو هذا الموقع لمزيد من المعلومات.


مشغل

في علم الوراثة ، أ أوبرون هي وحدة عاملة من الحمض النووي تحتوي على مجموعة من الجينات تحت سيطرة مروج واحد. [1] يتم نسخ الجينات معًا إلى حبلا mRNA وإما ترجمتها معًا في السيتوبلازم ، أو الخضوع لعملية الربط لإنشاء mRNAs أحادي الكسترة التي تُترجم بشكل منفصل ، أي عدة خيوط من mRNA يشفر كل منها منتجًا جينيًا واحدًا. والنتيجة هي أن الجينات الموجودة في الأوبرون إما يتم التعبير عنها معًا أو لا يتم التعبير عنها على الإطلاق. يجب أن تكون عدة جينات نسخ مشترك لتعريف الاوبرون. [2]

في الأصل ، كان يُعتقد أن الأوبرونات موجودة فقط في بدائيات النوى (التي تشمل عضيات مثل البلاستيدات المشتقة من البكتيريا) ، ولكن منذ اكتشاف الأوبرونات الأولى في حقيقيات النوى في أوائل التسعينيات ، [3] [4] ظهرت أدلة أخرى تشير إلى هم أكثر شيوعًا مما كان يُفترض سابقًا. [5] بشكل عام ، يؤدي التعبير عن الأوبرونات بدائية النواة إلى توليد mRNAs متعدد الكريات ، بينما تؤدي الأوبرات حقيقية النواة إلى mRNAs أحادي النواة.

تم العثور على عوامل التشغيل أيضًا في الفيروسات مثل العاثيات. [6] [7] على سبيل المثال ، لعاثيات T7 عاملان. رموز الأوبون الأولى لمختلف المنتجات ، بما في ذلك بوليميريز T7 RNA الخاص الذي يمكنه الارتباط بالأوبون الثاني ونسخه. يشتمل العامل الثاني على جين تحلل يهدف إلى التسبب في انفجار الخلية المضيفة. [8]


طفرات واحدة من لاك أوبرون

ال لاك تم تمييز operon والمنظمين لأول مرة بدراسة طفرات بكتريا قولونية التي أظهرت تشوهات مختلفة في استقلاب اللاكتوز. أعرب بعض المسوخ لاك الجينات الأوبرونية ، بمعنى أنه تم التعبير عن الأوبرا سواء كان اللاكتوز موجودًا في الوسط أم لا. تسمى هذه متحولة التأسيسي المسوخ.

ال مكان المشغل (لاكو) - أحد الأمثلة يا ج، حيث تحدث طفرة في تسلسل عامل ويقلل أو يمنع المكبّر ( لاسي المنتج الجيني) من التعرف على تسلسل المشغل والربط به. وهكذا ، في يا ج المسوخ لاكز, لاسي، و لاكا يتم التعبير عنها سواء كان اللاكتوز موجودًا أم لا.

ال لاسي المكان & ndash نوع واحد من أليل متحور لـ لاسي (خجول أنا -) يمنع إما إنتاج عديد ببتيد مثبط أو ينتج بولي ببتيد لا يمكنه الارتباط بتسلسل المشغل. هذا أيضًا تعبير تأسيسي لـ لاك مشغل بسبب عدم وجود رابط للقمع يسمح بالنسخ.

نوع آخر من متحولة لاسي مسمى يكون يمنع عديد الببتيد القامع من الارتباط باللاكتوز ، وبالتالي سوف يرتبط بالمشغل ويكون غير محفز. لاك أوبرون سواء كان اللاكتوز موجودًا أم لا. ال لاك لا يتم التعبير عن الأوبرا ويسمى هذا المتحولة بـ super-repressor.


وظيفة الجين المنظم | علم الوراثة

في هذه المقالة سوف نناقش حول وظيفة الجين المنظم.

تمت دراسة الأساس الجيني للتحريض والقمع لعدة سنوات من قبل جاكوب ومونود في معهد باستير في باريس. لقد درسوا تنظيم أنشطة الجينات التي تتحكم في تخمر اللاكتوز من خلال تخليق إنزيم β-galactosidase في الإشريكية القولونية. حصلوا على جائزة نوبل في عام 1965.

إذا نمت خلايا E. coli البرية على وسط يحتوي على الجلوكوز ، فلن تتمكن الخلايا من استخدام اللاكتوز وتحتوي على كميات صغيرة جدًا من إنزيم β-galactosidase. ولكن إذا تم زراعة النوع البري E. coli على وسط خالٍ من الجلوكوز ، ولكنه يحتوي على اللاكتوز كمصدر وحيد للكربون ، فسيبدأون في غضون دقيقتين في تصنيع β-galactosidase.

يستمر تركيب الإنزيم حتى يتم إنتاج كميات كبيرة جدًا (حوالي 3000 جزيء لكل خلية). وجد أنه مع β-galactosidase ، يحفز اللاكتوز تخليق إنزيمين آخرين. β-galactoside permease ، مما يسهل دخول اللاكتوز إلى الخلايا و β-galactoside transacetylase ، الذي تكون وظيفته غامضة.

تُعرف الثلاثة مجتمعة باسم إنزيمات لاك. درس جاكوب ومونود تنظيم الجينات عن طريق عزل طفرات اللاكتوز للإشريكية القولونية التي بها عيب واحد أو آخر في هذا النظام.

كشفت الطفرات عن اتباع أنواع مختلفة من الجينات التي تؤدي وظائف مختلفة في التنظيم:

(أ) هناك طفرات لا تحتوي على أحد الإنزيمات الثلاثة التي تم تصنيعها عند الاستقراء عند النمو على وسط اللاكتوز. أظهرت تقنيات رسم الخرائط أن لديهم عيوبًا في ثلاثة جينات متجاورة ، كل منها يوجه تركيب أحد الإنزيمات. تسمى هذه الجينات الهيكلية وقد أظهرها ليدربيرج وزملاؤه لترتيبها باستمرار على الكروموسوم بالترتيب β-galactosidase (يُشار إليه بالجين z) و permease (y) و transacetylase (a).

(ب) المسوخ التأسيسي: قد تكون الإنزيمات مكونة أو مستحثة. الإنزيمات التأسيسية هي تلك التي تتكون بكميات ثابتة في الخلية ، بغض النظر عن حالة التمثيل الغذائي للخلية. تصنع الإنزيمات المستحثة عند الحاجة استجابةً لوجود ركائزها في الخلية.

الطفرات التأسيسية للإشريكية القولونية التي درسها جاكوب ومونود هي تلك التي تصنع الإنزيمات الثلاثة بغض النظر عن وجود أو عدم وجود المحرض. يُطلق على الجين الذي يظهر هذا العيب اسم الجين المنظم (يُشار إليه بالرمز i) وتم العثور عليه من خلال تقنيات رسم الخرائط ليقع أمام الجين z.

(ج) خلايا الإشريكية القولونية التي كانت ثنائية الصبغة لأنها تحتوي على كروموسوم كامل وجزء آخر من الكروموسوم متماثل مع جزء من الكروموسوم الأول. تكون هذه الخلية البكتيرية ثنائية الصبغية جزئيًا لبعض الجينات وتسمى Meroploid. تم تحليل المسوخ مع اثنين من الكروموسومات في الخلية على النحو التالي: كان كروموسوم واحدًا نشطًا ولكن جين z معيب (i + z & # 8211) يحتوي الكروموسوم الآخر على جين i نشط ولكن معيب (i & # 8211 z +).

تنتج هذه المسوخات بيتا-جالاكتوزيداز فقط في وجود المحرض. هذا يعني أن الجين المنظم النشط (i +) على كروموسوم واحد يمكنه تنظيم الجين الهيكلي النشط (z +) على الكروموسوم الآخر. من الواضح أن الجين المنظم يجب أن يتحكم في تخليق الجزيء الوسيط الذي ينتشر عبر السيتوبلازم.

أظهرت بعض التجارب الأخرى أن الكود الجيني المنظم لتسلسل الأحماض الأمينية لبروتين معين يسمى الكابت. ينتشر جزيء المثبط من الريبوسومات حيث يتشكل ويصبح مرتبطًا ماديًا بموقع معين على الحمض النووي بالقرب من الجين الهيكلي.

(د) جاء المزيد من الفهم لجزيء القامع من المسوخات التي كانت مكونة على الرغم من أن لديهم جين منظم نشط. فشلت هذه المسوخات في الاستجابة للقمع بسبب خلل في منطقة محددة صغيرة من الكروموسوم التي يرتبط بها الكابت. كان هذا يسمى المشغل (المشار إليه O) الموجود بالقرب من بداية الجين الإنشائي β-galactoside (z).

تم الكشف عن وجود المشغلين لأول مرة من خلال التحليل الجيني. يمكن أن يؤدي حدوث طفرة في المشغل إلى جعله غير نشط ، مما يمنع ارتباط القامع. عندما يحدث هذا ، يحدث تخليق الإنزيم التأسيسي على جينات z و y و a. لذلك تسمى هذه المسوخات المسوخ التأسيسي للمشغل O c.

يمكن تمييز الطفرات التأسيسية للمشغل عن الطفرات في الجينات الكابحة عن طريق قياس تخليق الإنزيم في الخلايا ثنائية الصبغيات جزئيًا لمناطق كروموسومية معينة.

إذا كانت هذه الخلية ثنائية الصبغة تحتوي على جين طافر وجين مثبط وظيفي واحد ، فإن القمع يحدث لأن جزيئات المثبط التي ينتجها موضع وظيفي واحد يمكن أن ترتبط بكلا المشغلين. ولكن إذا كان هناك موضع عامل واحد غير وظيفي ، فستكون الخلايا دائمًا مكونة.

من الدراسات الجينية التي أجريت على الطفرات جنبًا إلى جنب مع الأدلة البيوكيميائية ، توصل جاكوب ومونود إلى الاستنتاجات التالية: ينظم أوبرون اللاكتوز عملية التمثيل الغذائي للاكتوز. عندما تنمو خلايا الإشريكية القولونية على وسط يحتوي على اللاكتوز ، يصبح أوبرون اللاكتوز وظيفيًا ويقوم بتركيب الإنزيمات اللازمة لنقل اللاكتوز وتفتيته.

لا يعمل أوبرون اللاكتوز عند وجود الجلوكوز أو عند غياب اللاكتوز من الوسط. يحتوي lac operon على مروج (p) ، عامل (o) ، وثلاثة جينات هيكلية (z ، y و a). يحتوي أيضًا على جين فاصل النسخ (t) الذي يعطي إشارة إنهاء السلسلة أثناء تخليق mRNA.

يوجه الجين المنظم تكوين بروتين مثبط. هذا البروتين له صلة بتسلسل النيوكليوتيدات للمشغل ويمكن أن يرتبط بالمشغل. عندما يكون القامع مرتبطًا بالمشغل ، فإنه يمنع حركة بوليميريز الحمض النووي الريبي نحو الجينات الهيكلية الثلاثة ، ولا يتم تصنيع أي مرنا ، وبالتالي لا تتشكل البروتينات الثلاثة.

عندما يكون المحفز (اللاكتوز) موجودًا ، يمكن لجزيئاته أن ترتبط بموقع نشط آخر للبروتين المثبط. يغير هذا الارتباط التشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين ، بحيث يفقد تقاربه مع المشغل. يتم عمل المشغل مجانًا ، ويتم نسخ mRNA بواسطة الجينات الهيكلية ويتم تصنيع جميع الإنزيمات الثلاثة (الشكل 16.1).

قمع الانزيم:

افترض جاكوب وموناد أيضًا قمع تخليق الإنزيم. على سبيل المثال ، إذا تمت إضافة الهيستدين إلى وسط المزرعة الذي تنمو فيه خلايا الإشريكية القولونية ، فإن الإنزيمات التي تؤدي إلى تكوين الهيستيدين يتم كبتها ، ولا يتم تصنيع الهيستيدين. تسمى هذه العملية تثبيط التغذية الراجعة أو قمع المنتج النهائي.

في حد ذاته ، يكون جزيء المثبط غير نشط. ولكن عندما يرتبط أحد القامع المشترك به ، فإن مجمع القامع والقمع المشترك يرتبط بجين المشغل المحدد للجينات الهيكلية لهذا المشغل ، ويمنع النسخ. وبالتالي هناك نوعان من جزيئات المثبط ، أحدهما يرتبط بالمحفز ويعزز تخليق الإنزيمات ، والآخر يربط المثبط المشترك مما يؤدي إلى قمع المنتج النهائي.


الطفرات التأسيسية هي تلك السلالات التي يتم فيها إنتاج البروتين بشكل مستمر ، والذي يكون محفزًا في البرية. على سبيل المثال ، السلالة المكونة للطفرة مع طفرة lac operon هي المسؤولة عن نسخ جينات اللاكتوز ، حتى في حالة عدم وجود اللاكتوز في الوسط.

استمر في تعلم تفسيرات علم الأحياء الدقيقة

ما هي كونيديا؟

الكونيديوم (جمع الكونيديا) هو الكلاميديكونيديوم اللاجنسي أو الكلاميديا. إنه في الواقع بوغ غير متحرك لاجنسي من الفطريات. .

ما هو الهواء اللاهوائي؟

اللاهوائية اللاهوائية هي تلك اللاهوائية ، التي يمكن أن تتسامح مع وجود الأكسجين أو يمكن أن تحمي نفسها من جزيئات الأكسجين ولكن.

ما هي الكيمياء الحيوية؟

الكيمياء الحيوية ، والمعروفة أيضًا باسم الكيمياء البيولوجية ، هي دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية. العمليات .

ما هو التخدير؟

Anagenesis هو مصطلح يستخدم لوصف التغيير التطوري لسلالة واحدة يكون فيها الصنف ، بدونه.

ما هي أصباغ الملحقات؟

أصباغ الملحقات هي المركبات التي تمتص الضوء. توجد هذه الأصباغ في الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وتعمل هذه الأصباغ.

ما هو كوكوليثوفور؟

Coccolithophores هي عوالق نباتية أحادية الخلية حقيقية النواة. وفقًا لتصنيف الممالك الخمس لروبرت ويتاكر ، فإنهم ينتمون إلى مملكة Protista و.


تفاصيل الجينات الهيكلية | علم الوراثة

في هذه المقالة سوف نناقش حول تفاصيل الجينات الهيكلية.

الجينات الهيكلية:

يتحكمون في تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين عن طريق إنتاج الرنا المرسال. هناك العديد من الجينات الهيكلية مثل البروتينات التي يتم تنظيمها. إما أن يتم نسخ mRNA واحد من كل جين هيكلي أو ، فإن جميع الجينات الهيكلية للأوبون تشكل مرنا متعدد الكتل واحدًا.

المشغل:

إنه موقع الربط للقمع ويتحكم في الجينات الهيكلية. إنه في حد ذاته تحت السيطرة السلبية للبروتين المكبِط. يحدد المشغل ما إذا كان سيتم قمع الجينات الهيكلية بواسطة القامع الذي ينتجه الجين التنظيمي أم لا. إذا كانت هناك طفرة في منطقة المشغل تجعلها عديمة الوظيفة ، فلن يكون المكبِط قادرًا على الارتباط ويتم نسخ الجينات الهيكلية. تسمى طفرات موضع المشغل المسوخات المكونة للمشغل (O c).

عزل جيلبرت وزملاؤه منطقة المشغل عن طريق كسر الحمض النووي لمنطقة لاك إلى أجزاء بطول 1000 زوج قاعدي. تتمثل إحدى خصائص منطقة المشغل في أنه عندما يتم تعقيدها إلى القامع ، فإنها محمية من الهضم بواسطة DNAase. تحتوي منطقة المشغل على دنا حلزوني مزدوج بطول 27 زوجًا قاعديًا.

المروج:

يتكون من جزء صغير من الحمض النووي ، طوله أقل من 100 نيوكليوتيد يقع بين الجين التنظيمي وجين المشغل. يحتوي على موقع ربط يتم التعرف عليه بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي الموجه والذي يعطي إشارة البدء لنسخ mRNA.

ينتقل بوليميراز RNA على طول موضع المشغل وإلى الجينات الهيكلية التي تنسخ mRNA. إلى جانب أوبرون lac ، في الأوبرا الأخرى ، تحتوي منطقة المروج على موقع ارتباط ثانٍ لبروتين معين يسمى بروتين مستقبل AMP الدوري.

لاك أوبيرون:

تشكل الجينات الهيكلية z و y و a مع العامل o أوبر اللاكتوز. يوفر المشغل آلية للتعبير المنسق للجينات الهيكلية (تحت سيطرة المشغل والمنظم) مما يؤدي إلى تحريض الإنزيمات بسبب محفز واحد.

يتحكم موضع المشغل في نسخ المجموعة الكاملة من الجينات المستحثة بشكل متناسق بحيث يتم تكوين مرسال واحد كبير متعدد الكريات من الحمض النووي الريبي. يرتبط إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي بالمحفز ويتم نسخ جميع الجينات الموجودة في الأوبون في تسلسل. عندما يكون القامع الذي ينتجه المنظم مرتبطًا بالمشغل ، لا يتم بدء النسخ ويتم منع التعبير عن جميع الجينات في المشغل في وقت واحد.

ميزة أخرى للأوبرون هي القطبية. تقوم الجينات z و y و a بتوليف كميات متساوية من الإنزيمات الثلاثة β-galactosidase و permease و acetylase وبنفس ترتيب الجينات الخاصة بها الموجودة في DNA. وهكذا يتم تصنيع β-galactosidase (منتج الجين z) أولاً ، يليه permease (منتج الجين y) ، والأخير من كل acetylase (ينتج بواسطة الجين).

هذا هو تأثير القطبية. إذا كان هناك طفرة في الجين z ، فلا يوجد نسخ لجميع الجينات الهيكلية الثلاثة. إذا كانت الطفرة في الجين y ، فسيتم تثبيط كل من الجين y والجين ، بينما يصنع الجين z β-galactosidase. هذه تسمى الطفرات القطبية.

بشكل عام يمكننا القول أن الأوبون عبارة عن مجموعة من الجينات الهيكلية ذات الصلة وظيفيًا والتي يمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها بالتنسيق تحت سيطرة نفس الجين التنظيمي. ربما يكون تجميع الجينات لأنزيمات مختلفة لمسار استقلابي واحد ضروريًا لتسهيل وظيفة الأوبرا.

الجين المنظم:

يحدد ما إذا كان سيتم نسخ الجينات الهيكلية أم لا. إنه يرمز إلى تسلسل الأحماض الأمينية لبروتين مثبط معين. ينتشر جزيء المثبط من الريبوسومات حيث يتشكل ويصبح مرتبطًا بالمشغل. نظرًا للطبيعة القابلة للانتشار لقمع المنتج ، لا يقع الجين المنظم دائمًا بجوار الجينات الهيكلية التي ينظمها.

عندما يخضع الجين المنظم للطفرة ، فإنه لم يعد قادرًا على منع نسخ الجينات الهيكلية. تقوم الجينات z و y و a بعد ذلك بتوليف الإنزيمات الثلاثة سواء كان المحفز موجودًا أم لا. لفترة طويلة لا يمكن تحديد الطبيعة الكيميائية لجزيئات المكبّر التي افترضها جاكوب ومونود.

في عام 1967 ، نجح دبليو جيلبرت ومولر هيل في عزل مثبط اللاكتات. لقد أنتجوا خلايا E. coli المتحولة التي تحتوي على ما يقرب من عشرة أضعاف كمية مثبط lac الموجود في الخلايا الطبيعية. تم الآن تبلور البروتين المثبط. يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 150.000 مع انجذاب كبير لموضعها المحدد في الإشريكية القولونية. إلى جانب مثبط اللاكتوز ، تم أيضًا عزل مثبط الجالاكتوز والتربتوفان في شكل نقي.

إن مثبط lac عبارة عن رباعي البروتين يتكون من أربع وحدات من البروتين المشفر بواسطة الجين المنظم ، كل منها بوزن جزيئي حوالي 37000. تحتوي خلية الإشريكية القولونية على حوالي 10 جزيئات من هذا النوع. هناك ما يقرب من 347 من بقايا الأحماض الأمينية في المكثف. يرتبط حوالي 50 من الأحماض الأمينية في مثبط lac بسلسلة من حوالي 12 زوجًا أساسيًا في منطقة المشغل. يمنع هذا الارتباط للضاغط نسخ mRNA بواسطة RNA polymerase.

عندما يكون اللاكتوز موجودًا في الوسط ، فإن امتصاصه في خلية الإشريكية القولونية يتبعه الارتباط بالجليكوزيل ، إعادة ترتيب جزيئي طفيف لتكوين الأولاكتوز (الشكل 16.2). يتم تحفيز تخليق الأليولاكتوز بواسطة عدد قليل من جزيئات β-galactosidase الموجودة قبل الحث. يرتبط Allolactose بضاغط lac ليشكل مركبًا محفزًا ومثبطًا.

عندما يصبح المحرض مرتبطًا بالمانع ، يتم تحرير ارتباط المثبط بمنطقة المشغل بسبب تغيير في التشكل ثلاثي الأبعاد لبروتين المثبط المسمى التأثير الخيفي. يسمح العامل غير المنضم بعد ذلك بنسخ بوليميراز الحمض النووي الريبي. في هذه الحالة ، يكون اللاكتوز هو جزيء المستجيب الذي يمنع البروتين التنظيمي من الارتباط بالمشغل.


الطفرة التأسيسية في جين المشغل - علم الأحياء

مثال: تتقاطع نباتتان أبيضتان لإنتاج أزهار أرجوانية ، على الرغم من أن اللون الأرجواني هو السائد.
يحتوي كل منها على طفرة في جين مختلف ، ترميز إنزيمًا مختلفًا ضروريًا لصنع الصباغ الأرجواني.

من الأسهل إجراء تحليل التكميل في البكتيريا ، أو الفطريات ، أو C. elegans ، حيث يمكن الحصول على العديد من الطفرات من نمط ظاهري معين.

إذا عزلنا عددًا كبيرًا من السلالات التي لها نفس النمط الظاهري المعيب ، فيمكننا عبورها في جميع التركيبات ، ومعرفة عدد مجموعات التكميل. أي سلالتين معيبتين تفشل في استكمالهما في نفس مجموعة التكميل. عادةً ما تمثل كل مجموعة تكميلية أحد الإنزيمات الأساسية في المسار.

المشكلة 1: اكتشف عدد مجموعات التكميل الموجودة في هذه الأمثلة.

يعتبر مفهوم التكامل مهمًا للغاية في علم الأحياء الجزيئي. على سبيل المثال ، لا يمكن إنشاء خط الفأر المنجلي إلا لأن سلالتين بهما عيوب مختلفة (نقص في جينات الفأر أو جينات الغلوبين البشري) يمكن أن تتزاوج لتكمل عيوب بعضهما البعض. كانت حقيقة أن الجينات من الأنواع المختلفة يمكن أن تكمل بعضها البعض أحد أهم التطورات المفاهيمية في علم الأحياء الجزيئي. تُستخدم التكملة الآن بشكل روتيني للإجابة على أسئلة أكثر دقة حول كيفية تنظيم الجينات. أنت في حاجة ماسة إلى فهم التكامل لفهم البيولوجيا الجزيئية.

المكملات البكتيرية.
يمكن للأنظمة الجينية البكتيرية أن تُظهر التكامل بطريقتين مهمتين - كل منهما تتلاعب بعملية طبيعية للوراثة البكتيرية. تم تعديل هاتين العمليتين منذ ذلك الحين في التكنولوجيا الحيوية لتوفير معظم الأدوات الأساسية لاستنساخ الجينات.

1. التنبيغ المتخصصة. يمكن للعاثية اللايسوجينية أن تستأصل نفسها لتحمل قطعة من الحمض النووي للمضيف عن طريق الخطأ. ستحمل العاثية الآن نسخة ثانية من أليل (أو أليلات مرتبطة) في خلية مضيفة. البكتيريا الجديدة ثنائية الصبغيات جزئية للأليل (الأليل).

في التكنولوجيا الحيوية ، يمكن أن يحتوي كروموسوم الملتهمة على قطعة من الحمض النووي الغريب مرتبطة به في أنبوب الاختبار. ثم يتم حزم الحمض النووي للعاثية في فج ، ويمكن أن يصيب مضيفًا جديدًا حيث (1) ينتج نسخًا عديدة من الجين المضيف أو (2) يتحلل المضيف ، للتعبير عن الحمض النووي المستنسخ.

2. F 'بلازميد. يمكن للبلازميد F أن يتحد مع الكروموسوم المضيف ، ثم يعيد اتحاد نفسه مرة أخرى مع بعض الحمض النووي للمضيف عن طريق الخطأ. عندما يدخل الخلية المضيفة التالية ، فإنه يحمل نسخة ثانية من عدة جينات مرة أخرى ، ويتم إنشاء ثنائي الصبغة الجزئي.

في التكنولوجيا الحيوية ، يمكن أن يحتوي البلازميد على قطعة من الحمض النووي الأجنبي مرتبطة به في أنبوب الاختبار ثم يتحول البلازميد إلى بكتريا قولونية. ثم يقوم البلازميد بعمل نسخ عديدة ، بما في ذلك الجين المستنسخ.

تحليل طفرة القامع.
الاختلاف في التكميل هو الطفرات الكابتة. الطفرة الكابتة تصحح عيبًا في موضع جيني مختلف. نسخة متحولة من الجين أ تصنع منتج جيني متغير ، يصحح النمط الظاهري لطفرة معيبة في الجين ب.

تنظيم الجينات
في البكتيريا ، يمكن تنظيم عدد من الجينات ORFs في أوبرون. يتم نسخ جميع تسلسلات الجينات في مشغل معين على mRNA واحد ، بدءًا من مروج واحد. يظهر مثال على الاوبرون ، tuf-s10 ، من بوريليا برغدورفيرية، الذي يسبب مرض لايم:

  • عامل الاستطالة (tuf)
  • بروتينات الريبوسوم S10 (rpsJ)
  • L3 (rplC)
  • L4 (rplD)
  • L23 (rplW)
  • L2 (rplB)
  • S19 (rpsS)
  • L22 (rplV)
  • S3 (rpsC)

مستقبل هرمون النمو البشري

بالنسبة إلى المشغلات الأخرى المثيرة للاهتمام ، حاول البحث في GenBank ، المستودع الدولي لجميع سلاسل الحمض النووي المعروفة. (بتمويل من حكومة الولايات المتحدة - دولارات الضرائب في العمل.)

  • تسلسل الحمض النووي - الانعكاس أو الحذف
  • عامل سيغما النسخ
  • النسخ ، تسلسل المحفز ، البروتينات المثبطة
  • القامع متعدية
  • تعديل آخر ترجمة

لاك أوبيرون
أوبرون لاك هو النموذج الكلاسيكي لتفعيل وقمع النسخ. يمكن تطبيق مفاهيم التحليل على أساس أوبيرون لاك على أنظمة أخرى بما في ذلك الحيوانات والنباتات.

تم تعديل التفسير التالي لأوبيرون لاك من MIT Lac Operon.
كان جاكوب ومونود أول العلماء الذين أوضحوا نظامًا منظمًا نسبيًا. لقد عملوا على نظام استقلاب اللاكتوز في الإشريكية القولونية. عندما تكون البكتيريا في بيئة تحتوي على اللاكتوز:

يجب أن تقوم بتشغيل الإنزيمات المطلوبة لتدهور اللاكتوز. هذه الإنزيمات هي: بيتا جالاكتوزيداز: هذا الإنزيم يحلل الرابطة بين السكريات ، الجلوكوز والجالاكتوز. يتم ترميزه بواسطة الجين LacZ. نفاذ اللاكتوز: يمتد هذا الإنزيم إلى غشاء الخلية ويجلب اللاكتوز إلى الخلية من البيئة الخارجية. بخلاف ذلك ، يكون الغشاء غير منفذ للاكتوز بشكل أساسي. يتم ترميزه بواسطة الجين LacY. ثيوجالاكتوزيد تران أسيتيلاز: وظيفة هذا الإنزيم غير معروفة. يتم ترميزه بواسطة الجين LacA. توجد التسلسلات التي ترميز هذه الإنزيمات بشكل تسلسلي على بكتريا قولونية الجينوم. يسبقها منطقة LacI التي تنظم التعبير عن جينات استقلاب اللاكتوز. قد تتوقع أن الخلية سترغب في تشغيل هذه الجينات عندما يكون اللاكتوز موجودًا في الجوار ومتوقفًا عند غياب اللاكتوز. لكن القصة أكثر تعقيدًا من ذلك. على سبيل المثال ، يجب دائمًا التعبير عن جين بيرميز عند مستوى منخفض ، حتى يدخل اللاكتوز إلى الخلية. لذا فإن مستوى منخفضًا معينًا من التعبير يكون تأسيسيًا - أي يحدث طوال الوقت ، حتى لو كان "مكبوتًا". معظم الأوبرا البكتيرية هي جزء أو كليًا من المكونات. تعبير LacI ، على سبيل المثال ، هو تكويني تمامًا ، يتم دائمًا "تشغيل" المروج الخاص به ، لمستوى منخفض جدًا من التعبير ، يكفي فقط لصنع بضع جزيئات مثبطة.

مصدر الغذاء الرئيسي للبكتيريا هو الجلوكوز ، حيث لا يلزم تعديله لدخول مسار إعادة التنفس. لذلك إذا كان كل من الجلوكوز واللاكتوز موجودًا ، فإن البكتيريا تريد إيقاف استقلاب اللاكتوز لصالح استقلاب الجلوكوز. هناك مواقع تنظيمية أعلى جينات لاك تستجيب لتركيز الجلوكوز.

  • يحث اللاكتوز على النسخ عن طريق سحب مثبط اللاكتوز.
  • يمنع الجلوكوز النسخ عن طريق سحب منشط CAP.

عندما يكون اللاكتوز موجودًا ، فإنه يعمل كمحفز للأوبراون. يدخل الخلية ، ويعيد ترتيبه قليلاً ليشكل الأولاكتوز ، ثم يرتبط بقمع اللاك. يؤدي التغيير المطابق إلى سقوط القامع من الحمض النووي. الآن أصبح بوليميريز الحمض النووي الريبي حرًا في التحرك على طول الحمض النووي ، ويمكن صنع الحمض النووي الريبي من الجينات الهيكلية الثلاثة. سيتم ترجمة mRNA إلى البروتينات التي تنقل اللاكتوز واستقلابه.

عند إزالة المحرض (اللاكتوز) ، يعود المثبط إلى شكله الأصلي ويرتبط بالحمض النووي ، بحيث لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي تجاوز المحفز. لا يصنع أي حمض نووي ريبي ولا بروتين.

لاحظ أن بوليميراز الحمض النووي الريبي لا يزال بإمكانه الارتباط بالمحفز على الرغم من عدم قدرته على تجاوزه. هذا يعني أنه عندما تكون الخلية جاهزة لاستخدام الأوبرا ، فإن RNA polymerase موجود بالفعل وينتظر بدء النسخ ، لا يتعين على المروج الانتظار حتى يرتبط الإنزيم المجسم. قمع الكاتابوليت ، مع بروتين منشط
عندما تكون مستويات الجلوكوز في الخلية عالية ، يتم منع تكوين جزيء يسمى AMP الدوري. ولكن عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، يتم إطلاق فوسفات ATP حتى تشكيل cAMP أخيرًا:

ATP -> ADP + Pi -> AMP + Pi -> cAMP

يرتبط cAMP ببروتين يسمى CAP (بروتين منشط catabolite) ، والذي يتم تنشيطه بعد ذلك لربط موقع ربط CAP. ينشط هذا النسخ ، ربما عن طريق زيادة ألفة الموقع لبوليميراز الحمض النووي الريبي. تسمى هذه الظاهرة بقمع الهدم , تسمية خاطئة لأنها تتضمن بروتينًا منشطًا ، ولكنها مفهومة لأنه يبدو أن وجود الجلوكوز يثبط جميع عوامل استقلاب السكر الأخرى.

تُظهر هذه الصورة طريقة عرض "عن قرب" لـ CAP اللائحة:

السيطرة على Corepressor
يتم التحكم في العوامل الأخرى من خلال منتجاتها ، بدلاً من ركائزها على سبيل المثال ، التعبير عن إنزيمات التخليق الحيوي لبناء الأحماض الأمينية. هذا يسمى تثبيط التغذية المرتدة. في مشغل Trp ، من أجل التخليق الحيوي للتربتوفان ، يتم منع نسخ mRNA لخمسة إنزيمات عن طريق ربط مثبطات Trp في وجود التربتوفان. عندما تنخفض مستويات التربتوفان ، يخرج Trp من ضاغط الهواء ، ويخرج الكابس من موقع المروج / المشغل. يحدث النسخ الآن ، بحيث تحتوي الخلية على إنزيمات لصنع المزيد من التربتوفان.
تحليل التحكم في المشغل
ما هي التجارب التي نجريها لمعرفة كيفية تنظيم الأوبرا؟
نحن نستخدم سلالات ثنائية الصبغيات تم إنشاؤها بواسطة F 'أو التنبيغ المتخصص. في كلتا الحالتين ، نختبر ما يحدث عندما تكون السلالة ثنائية الصبغة للعناصر التنظيمية.

يمكن أن يكون للطفرات التنظيمية أنواع مختلفة من الأنماط الظاهرية الطافرة. على سبيل المثال:

ع- فشل المروج في ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي. لا يحدث نسخ.
lacI- فشل القامع في ربط المروج / المشغل. يحدث النسخ بشكل أساسي
(في وجود أو عدم وجود اللاكتوز)
o-c فشل المشغل في ربط المكثف. النسخ هو التأسيسي.
lacZ- الجين الهيكلي معيب. لا يوجد إنزيم مصنوع.

ماذا سيحدث؟ ما هي أنواع التكملة التي يمكن أن تحدث؟


"النوع البري" متحولة
لاكز + يصنع إنزيم B-gal لاكز- لا تصنع أي إنزيم
لاسي + يجعل القامع لاسي- لا يجعل القامع
يمكن أن يكون النسخ التأسيسي
إذا كان المروج وظيفيًا
ص + RNA Pol يربط المروج ص - RNA Pol لا يربط المروج
لا يوجد نسخ
س + المشغل يربط القامع س - ج المشغل لا يربط القامع
يمكن أن يكون النسخ التأسيسي
إذا كان المروج وظيفيًا

المشكلة الثانية: توقع ما إذا كانت الثنائيات الثنائية التالية تنتج B-galactosidase ، في وجود اللاكتوز في غياب اللاكتوز. اشرح السبب. اشرح في كل حالة ما إذا كان من المهم وجود الأليلين الطافرين في رابطة الدول المستقلة أو عبر.

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + lacZ - lacI -
----------------- ----------
ف - لاكز + لاسي -

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + o-c lacZ + lacI + (المشغل التأسيسي لا يربط القامع أبدًا ،
-------------------------- -------- مع أو بدون اللاكتوز.)
p + o + lacZ - lacI +

المشكلة الثالثة: اشرح عمليتين وراثيتين مختلفتين في البكتيريا يمكن أن تخلق "ثنائي الصبغة الجزئي" لجزء صغير من الجينوم. اشرح لماذا هذه العمليات مفيدة للتحليل الجيني البكتيري.

المشكلة 4. حدد ما إذا كان يتم التعبير عن B-galactosidase بواسطة كل lac operon doubleoid ، (1) و (2) ، واذكر السبب باختصار (جملة واحدة). أكمل الطرز الوراثية الممكنة لـ (3) و (4).


اللاكتوز
غائب
اللاكتوز
الحالي
لاسي- P + O-c لاكز +
لاسي + P + O + لاكز-
لاسي + ف- O-c لاكز +
لاسي + P + O + لاكز-
لاسي- P + O + ___
____ ___ __ لاكز-
- +
__ P- O-c LacZ +
__ ف + __ ___
+ +

مسابقة في لاك أوبيرون - موصى به للغاية

التركيب الجزيئي للمروجين
يتم تعريف المروجين من خلال تسلسل أزواج القاعدة في بداية موقع بدء النسخ. يميل بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى التعرف على تسلسل المحفز الذي تتطابق فيه معظم أزواج القاعدة مع تسلسل إجماع المحفز. تسلسل الإجماع هو مركب محدد بواسطة القاعدة الأكثر شيوعًا التي تحدث في كل موضع. يمكن لطفرات استبدال القاعدة أن تقلل أو تزيد من كفاءة المروج.

يشمل مروجو الإجماع البكتيري منطقتين من ستة أزواج قاعدية لكل منهما ، في -10 و -35 قاعدة في المنبع. ومع ذلك ، لا يوجد مروجان متشابهان تمامًا ، ولا يوجد مروج يتطابق تمامًا مع تسلسل الإجماع. يمكن العثور على مواقع إضافية للمنظمين البيئيين بقدر -50 إلى -300 قاعدة أعلى المنبع.

  • عندما تستهلك البكتيريا مصادر الكربون الخاصة بها ، فإنها تعبر عن RpoS ، عامل سيغما المجاعة. (راجع ، ما هو عامل سيجما؟)
  • ينضم RpoS إلى RNA polymerase لبدء نسخ جينات الإجهاد البيئي المختلفة - الجينات التي تحمي من جميع الضغوط المختلفة التي قد تواجهها البكتيريا قبل دخولها إلى أمعاء بشرية جديدة. تُعرف هذه الظاهرة بالحماية المتقاطعة.
  • يمكن استخدام جينات الإجهاد في ظروف لا علاقة لها بمقاومة الحمض أو القاعدة.
  • قد تكون جينات الإجهاد التي يتم تنشيطها أو لا تكون جزءًا من عوامل متعددة الجينات. قد يواجهون في اتجاهات متعاكسة ، من العديد من المروجين المختلفين ، في جميع المواقع المختلفة حول الخريطة الجينومية.
  • عوامل مقاومة الزرنيخ. كيف تقاوم البكتيريا الزرنيخ؟ يتم تشغيل نظام الاستجابة البيئية بواسطة الزرنيخ. يرتبط الأساس الجزيئي بكيفية تطوير الخلايا السرطانية لمقاومة الأدوية المضادة للسرطان.
  • التنظيم البيئي في يرسينيا بيستيس (بكتيريا الطاعون الدبلي). تستجيب العديد من الأنظمة المعقدة للجينات لعوامل بيئية محددة ، وخاصة الحديد ودرجة الحرارة. عند درجة حرارة منخفضة ، فإن وجود الحديد يخبر البكتيريا ، "أنا في الدم الذي ابتلعته برغوث". تفرز البكتيريا البروتينات التي تزعج عملية هضم البراغيث ، مما يجبرها على إعادة البكتيريا إلى دم ضحيتها التالية. (سوزان سترالي وأمبير روبرت بيري ، الاتجاهات في الميكروبيول ، 1995)
  • بكتريا قولونية منظم الفوعة. كيف الخبيثة بكتريا قولونية سلالات تقتل الأطفال؟ يرتبط بروتين منظم إلى أوبرون يقوم بترميز "البيلاتين" من أجل بكتريا قولونية لعمل الشعيرة التي تعلق على ظهارة الأمعاء.
  • التعبير الجيني لنموذج السل. كيف يتم تنظيم الجينات في مسببات الأمراض المرتبطة بالسل؟

    M. Donnenberg، U. Maryland
  • منظم الفوعة في "بكتيريا أكل اللحم". بروتين منشط للجينات في المكورات العنقودية الذهبية يقوم بتشغيل نظام الفوعة الذي يصنع سموم أكل اللحم. يمكن استخدام هذا المنشط كلقاح ضد بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية.
  • المصفوفات الدقيقة للحمض النووي. يمكننا الآن وضع معظم جينات ترميز البروتين على شريحة ميكروأري ، باستخدام تقنية تعتمد على صناعة رقائق السيليكون DNA. يمكن استخدام الرقاقة للتهجين مع الحمض النووي الريبي الخلوي ، وقياس معدلات التعبير لعدد كبير من الجينات في الخلية.

العامل F واثنين من عوامل lac في خلية واحدة و ndash ثنائي الصبغة الجزئي في بكتريا قولونية

يمكن معرفة المزيد حول تنظيم لاك أوبرون عند وجود نسختين مختلفتين في خلية واحدة. يمكن تحقيق ذلك باستخدام ملف عامل F to carry one copy, while the other is on the genomic بكتريا قولونية كروموسوم. This results in a partial diploid in بكتريا قولونية.

The F-factor is an episome that is capable of being either a free plasmid or integrated into the host bacterial chromosome. This switching is accomplished by IS elements where unequal crossing over can recombine the F-factor and adjacent DNA sequences (genes) in and out of the host chromosome. Researchers have used this genetic tool to create partial diploids (merozygotes) that allow them to test the regulation with different combinations of different mutations in one cell. For example, the F-factor copy may have a I S mutation while the genomic copy might have an O C طفره. How would this cell respond to the presence/absence of lactose (or glucose)? This partial diploid can be used to determine that I S is dominant to I + , which in turn is dominant to I - . It can also be used to show the O C mutation only acts in رابطة الدول المستقلة- while the lacI mutation can act in عبر- .


Caenorhabditis elegans: Molecular Genetics and Development

Vida Praitis , Morris F. Maduro , in Methods in Cell Biology , 2011

G Marking Extrachromosomal Arrays to Probe Gene Regulation

The interaction of the بكتريا قولونية LacI protein with لاكو lactose operator sequences was exploited as a method for marking chromosomes in yeast ( Belmont and Straight, 1998 ) and has been used as a marker for transgenes in C. ايليجانس as well ( Gonzalez-Serricchio and Sternberg, 2006 ). Use of the LacI/LacO systems has also been used to label extrachromosomal arrays to study gene regulation ( Fig. 3A ). In such experiments, a GFP-tagged endogenous transcription factor is expressed in the presence of an extrachromosomal array that carries a promoter that contains its target رابطة الدول المستقلة-regulatory sites. The factor will interact with the many copies of the target promoter in the array, producing a subnuclear spot. LacI tagged with a different marker can label لاكو sequences in the same target array, allowing an independent means by which to verify interaction of the GFP-tagged factor with the array ( Carmi وآخرون.، 1998). Researchers have also used the GFP::LacI/LacO system to demonstrate that transgenes move to different locations in the nucleus depending on whether they are active or inactive in a given cell or tissue ( Meister وآخرون., 2010 ).

Fig. 3 . Examples of types of transgenes and their expression patterns. (A) Expression of a chromosomally-integrated ميد -1::GFP::MED-1 translational reporter in the early embryo, showing nuclear GFP expression in the daughters of the blastomeres MS and E ( Maduro وآخرون. ، 2002). Due to the presence of a separate extrachromosomal array carrying a transcriptional لاكز reporter for the MED-1 target gene نهاية 3, the GFP::MED-1 localizes to subnuclear spots representing the extrachromosomal array (arrowheads) in each nucleus. (B) Expression of a translational fusion of the adherens junction marker ajm-1 in mid-embryogenesis. GFP becomes localized to adherens junctions, giving an outline of epidermal cells ( Koppen وآخرون، 2001). (C) DIC image of a late embryo, just prior to hatching, with the pharynx and intestine indicated. (D) Expression of an elt-2::NLS::YFP::lacZ reporter transgene in the same embryo as in (C) localized to intestinal nuclei (and excluded from nucleoli). (E) A C. ايليجانس adult hermaphrodite showing expression of an unc-119::mCherry transcriptional reporter throughout the nervous system (including the nerve ring, neurons around the vulva, and the ventral nerve cord indicated by arrowheads) and in head muscles (Maduro and Pilgrim, 1995). The head muscle expression has been overexposed. الأمامي إلى يسار. أ C. ايليجانس embryo is approximately 50 μm long, while adults are approximately 1mm long. (See color plate.)


Operator-constitutive mutations of the Escherichia coli metF gene.

The Escherichia coli metF gene codes for 5,10-methylene-tetrahydrofolate reductase, the enzyme that leads to the formation of N-methyltetrahydrofolate, supplying the methyl group of methionine. Transcription of metF, as well as most of the methionine genes, is repressed by the metJ gene product complexed with S-adenosylmethionine. A metF'-'lacZ gene fusion was used to isolate mutants that have altered expression from the metF promoter. The nucleotide sequences of the metF regulatory region from five such mutants were determined. The mutations were located in the region previously defined as the potential target of the methionine repressor by its similarity to other binding sites. The mutationally defined metF operator thus consists of a 40-base-pair-long region, with five 8-base-pair imperfect palindromes spanning the metF transcription start. The altered operators do not recognize the purified repressor in an in vitro transcription-translation system, although the repressor binds efficiently to the metF wild-type operator.


شاهد الفيديو: Genetics - Types of mutation. gene mutation شرح بالعربي- أنواع الطفرات (شهر فبراير 2023).