معلومة

ما هو الاوبرون؟

ما هو الاوبرون؟


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.

ما هو الاوبرون في خلية حقيقية النواة ، وكيف ينظم التعبير عن الجينات؟ لقد قرأت ويكيبيديا بالفعل ، لكنها ليست واضحة بما يكفي بالنسبة لي. لسوء الحظ ، فإن معرفتي في علم الوراثة ضعيفة للغاية!


كان يُعتقد أن العوامل المؤثرة تظهر فقط في بدائيات النوى (وفيروسات بدائيات النوى) ، ولكن من المعروف الآن أن هناك عددًا من الأمثلة في الكائنات حقيقية النواة. تظهر هذه في الغالب في الديدان الخيطية والحشرات.

بشكل عام ، الأوبرون عبارة عن وحدة DNA وظيفية تحتوي على مجموعة من الجينات التي يتم تنظيمها بواسطة عنصر محفز / مثبط واحد والتي يتم نسخها معًا. هذه هي الجينات التي تعمل وظيفيًا معًا في سياق وثيق. وخير مثال على ذلك هو أوبرون اللاكتات في البكتيريا.

في بدائيات النوى ، يؤدي التعبير عن الأوبرا إلى مرنا متعدد الأطر (إطارات قراءة مفتوحة متعددة على نفس النسخة) ، والذي يترجم بعد ذلك إلى بروتينات.

العوامل في حقيقيات النوى هي أيضًا مجموعات جينية (غالبًا من بروتينات وظيفية وثيقة الصلة) ، والتي يتم تنظيمها بواسطة وحدة تنظيمية واحدة (محفز). انظر الشكل 1 من المرجع 1:

هناك طرق مختلفة من mRNA تنشأ من هذه الظاهرة. أولاً ، يمكن أن يكون الرنا المرسال ثنائي الأبعاد وعلى الأرجح يحتوي على مواقع دخول ريبوسوم داخلية (IRES) مما يسمح ببدء (أو إعادة بدء) ترجمة الجين الثاني. الاحتمال الآخر هو انقسام خيط الرنا المرسال الأولي إلى اثنين (أو أكثر) أحادي الرنا المرسال. وأخيرًا ، من الممكن أيضًا أن يتم تقطيع النسخة dicistronic للحصول على جزيئات mRNA مختلفة (أحادي).

إذا كنت مهتمًا بتفاصيل عوامل حقيقية النواة ، فإنني أوصي بشدة بقراءة المرجع الأول على الأقل (وربما أيضًا متابعة بعض الاقتباسات ذات الصلة (على اليمين على موقع المعاهد الوطنية للصحة)).

مراجع:

  1. بلومنتال ، ت. (2004). عوامل التشغيل في حقيقيات النوى. إحاطات في علم الجينوم الوظيفي ، 3 (3) ، 199-211.
  2. Pi ، H. ، Lee ، L.W ، & Lo ، S. J. (2009). رؤى جديدة في النصوص متعددة الخلايا في حقيقيات النوى. تشانغ جونج ميد. J، 32، 494-498.

يحتوي على الجين التالي-

الجينات الهيكلية: -

  • الجين الهيكلي هو تسلسل نيوكليوتيد ، والذي في الواقع يقوم بتركيب الرنا المرسال.
  • يتحكم mRNA في النشاط الأيضي عن طريق تكوين البروتين أو الإنزيم على الريبوسوم.
  • يحتوي المشغل على 1 أو أكثر من الجينات الهيكلية.

منظم الجينات: -

  • الجين المنظم ليس هو نفسه أجزاء من المشغل ، ينتج البروتين الكابح الذي يتفاعل مع موضع المشغل.
  • يرتبط البروتين الكابح بجين المشغل ويثبط أو يوقف تخليق mRNA من جين المشغل.

المروج GENE: -

  • الجينات المروجة هي تسلسلات إشارات في الحمض النووي التي تبدأ تخليق الحمض النووي الريبي.
  • الجين المروج هو جزء من الحمض النووي الذي ينظم نشاط RNA-Polymerase ويبدأ نسخ mRNA.
  • المروج الجيني مستمر مع جين المشغل.

جين المشغل: -

  • هو جزء من Operon (DNA) الذي يتحكم في نشاط واحد أو أكثر من الجينات الهيكلية والتي يرتبط بها البروتين الكابح.
  • جينات المشغل عبارة عن تسلسلات تنظيمية قصيرة يتم وضعها في العديد من الجينات بين المروجين والجينات الهيكلية.
  • يقع المشغل في بداية المشغل.
  • عامل ربط محدد الحمض النووي بروتين يسمى القامع.
  • العديد من المعاملات تحتوي على أكثر من تسلسل عامل واحد.

ما هو الاوبرون ووظيفته؟

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.

تعرف أيضًا ، ماذا يشمل الأوبرا؟ ان أوبرون يتكون من عامل ومروج ومنظم وجينات هيكلية. يرمز الجين المنظم لبروتين مثبط يرتبط بالمشغل ، ويعيق المحفز (وبالتالي ، النسخ) للجينات الهيكلية. المنظم هل لا يجب أن تكون مجاورة للجينات الأخرى في أوبرون.

علاوة على ذلك ، ماذا تقصد بمفهوم Operon؟

ان أوبرون يتكون من عدة جينات هيكلية مرتبة تحت مروج مشترك وينظمها عامل مشترك. يتم تعريفه على أنه مجموعة من الجينات الهيكلية المجاورة ، بالإضافة إلى الإشارات التنظيمية المجاورة التي تؤثر على نسخ الجينات الهيكلية.

ما هو الاوبرون واين وجد؟

في البكتيريا ، غالبًا ما تكون الجينات وجدت في أوبرا في البكتيريا ، غالبًا ما تكون الجينات ذات الصلة وجدت في كتلة على الكروموسوم ، حيث يتم نسخها من مروج واحد (موقع ربط بوليميريز RNA) كوحدة واحدة. تُعرف هذه المجموعة من الجينات الخاضعة لسيطرة محفز واحد باسم أوبرون.


أوبرا اللاكتوز: مشغل محفز

النوع الثالث من تنظيم الجينات في الخلايا بدائية النواة يحدث من خلاله الأوبرا المحرضة، التي تحتوي على بروتينات ترتبط لتنشيط أو قمع النسخ اعتمادًا على البيئة المحلية واحتياجات الخلية. ال لاك أوبرون هو أوبرون محفز نموذجي. كما تم ذكره سابقا، بكتريا قولونية قادر على استخدام السكريات الأخرى كمصادر للطاقة عندما تكون تركيزات الجلوكوز منخفضة. أحد مصادر السكر هو اللاكتوز. ال لاك أوبرون يشفر الجينات اللازمة لاكتساب اللاكتوز ومعالجته من البيئة المحلية. الجين Z الخاص بـ لاك يقوم أوبرون بتشفير بيتا جالاكتوزيداز ، الذي يكسر اللاكتوز إلى الجلوكوز والجالاكتوز.

ومع ذلك ، بالنسبة لـ لاك تفعيل الاوبون ، يجب أن تتحقق شرطين. أولاً ، يجب أن يكون مستوى الجلوكوز منخفضًا جدًا أو غير موجود. ثانيًا ، يجب أن يكون اللاكتوز موجودًا. فقط عندما يغيب الجلوكوز ويوجد اللاكتوز لاك أوبرون نسخها (الشكل 2). في حالة عدم وجود الجلوكوز ، يؤدي ارتباط بروتين CAP إلى نسخ لاك أوبرون أكثر فعالية. عند وجود اللاكتوز ، يرتبط مستقلبه ، ألاولاكتوز ، بـ لاك repressor ويغير شكله بحيث لا يمكنه الارتباط بـ لاك عامل لمنع النسخ. يعتبر هذا المزيج من الظروف منطقيًا بالنسبة للخلية ، لأنه سيكون من الهدر بقوة تصنيع الإنزيمات لمعالجة اللاكتوز إذا كان الجلوكوز وفيرًا أو لم يكن اللاكتوز متاحًا. تجدر الإشارة إلى أن أوبرون اللاكتوز يتم نسخه بمعدل منخفض جدًا حتى عند وجود الجلوكوز وغياب اللاكتوز.

سؤال الممارسة

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

الشكل 2. تنظيم أوبرون لاك.

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

إذا كان الجلوكوز غائبًا ، فيمكن لـ CAP الارتباط بتسلسل المشغل لتنشيط النسخ. إذا كان اللاكتوز غائبًا ، فإن المكثف يرتبط بالمشغل لمنع النسخ. إذا تم استيفاء أي من هذه المتطلبات ، فسيظل النسخ متوقفًا. فقط عندما يتم استيفاء كلا الشرطين هو لاك أوبرون مكتوب (الجدول 1).

الجدول 1. الإشارات التي تحفز أو تقمع نسخ ملف لاك مشغل
الجلوكوز يربط CAP اللاكتوز القامع يربط النسخ
+ + لا
+ + بعض
+ + لا
+ + نعم

شاهد برنامج تعليمي متحرك حول طريقة عمل لاك الاوبرون هنا.

أسئلة الممارسة

إذا كان الجلوكوز غائبًا ، وكذلك اللاكتوز ، فسيكون أوبرون اللاكتوز ________.

وصف كيف يمكن تغيير النسخ في الخلايا بدائية النواة عن طريق التحفيز الخارجي مثل اللاكتوز الزائد في البيئة.


تنظيم Operon

التحكم في الأوبون هو نوع من التنظيم الجيني الذي يمكّن الكائنات الحية من تنظيم التعبير عن الجينات المختلفة اعتمادًا على الظروف البيئية. يمكن أن يكون تنظيم الأوبرا سلبيا أو إيجابيا عن طريق الاستقراء أو القمع.

يتضمن التحكم السلبي ربط القامع بالمشغل لمنع النسخ.

    في المشغلات السلبية المحفزة ، يرتبط بروتين منظم منظم عادةً بالمشغل ، مما يمنع نسخ الجينات على الأوبون. في حالة وجود جزيء محفز ، فإنه يرتبط بالمانع ويغير شكله بحيث لا يتمكن من الارتباط بالمشغل. هذا يسمح للتعبير عن الاوبرون.

يمكن أيضًا التحكم في المشغلين بشكل إيجابي. مع التحكم الإيجابي ، يحفز البروتين المنشط النسخ عن طريق الارتباط بالحمض النووي (عادةً في موقع آخر غير المشغل).


ما هو المشغل

الأوبرون عبارة عن مجموعة من الجينات يتم تنظيم تعبيرها بشكل منسق. الأهم من ذلك ، أن الجينات الموجودة في الأوبرون تحدث بشكل متجاور في الجينوم. لذلك ، ينتج عن نسخ الأوبرا جزيء واحد من الرنا المرسال ، وهو متعدد النتوءات. هذا يعني أن جميع الجينات الموجودة في الأوبرون يتم نسخها إلى جزيء mRNA واحد. لذلك ، فإن ترجمة هذا الرنا المرسال المتعدد الكريات ينتج عدة بروتينات مرتبطة وظيفيًا.

الشكل 1: العناصر الهيكلية لأوبيرون لاك

تتمثل الأهمية الرئيسية لتجميع الجينات المرتبطة وظيفيًا في أوبرا في القدرة على تنظيم هذه المجموعة الجينية معًا تحت مروج واحد. هذا هو سبب نسخهم معًا. أيضًا ، يتكون مشغل معين من مُحسِّن أو مثبط واحد. وبالتالي ، يمكن أن يكون مشغل معين إما محرضًا أو قابلًا للقمع. ال لاك أوبرون ، وهو أوبرون محرض ، و TRP أوبرون ، وهو أوبرون قابل للقمع ، هو أوبرون تمت دراسته كثيرًا في جينوم بدائية النواة.


ال لاك أوبرون

كانت القدرة على الاستجابة لوجود اللاكتوز موجودة دائمًا. جينات الإنزيمات الثلاثة المستحثة هي جزء من جينوم الخلية. ولكن حتى تمت إضافة اللاكتوز إلى وسط الاستزراع ، لم يتم التعبير عن هذه الجينات (تم التعبير عن بيتا غالاكتوزيداز بشكل ضعيف و [مدش] بما يكفي لتحويل اللاكتوز إلى ألولاكتوز).

الطريقة الأكثر مباشرة للتحكم في تعبير الجين هي تنظيم معدل النسخ أي المعدل الذي ينسخ به بوليميراز الحمض النووي الريبي الجين إلى جزيئات من الرنا المرسال (مرنا).

يبدأ النسخ الجيني عند نيوكليوتيد معين موضح في الشكل على أنه "+1". إن بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) يرتبط فعليًا بموقع" أعلى المنبع "(أي على الجانب 5) من هذا الموقع ويفتح اللولب المزدوج بحيث يمكن أن يبدأ نسخ خيط واحد.

  • سلسلة من TATAAT (أو شيء مشابه) تتمحور حول 10 نيوكليوتيدات أعلى المنبع من +1 موقع و
  • تمركز تسلسل آخر (TTGACA أو شيء قريب جدًا منه) على 35 نيوكليوتيد في المنبع.

لا يبدو أن تسلسل الحمض النووي الدقيق بين المنطقتين مهم.

يتم ترميز كل من الإنزيمات الثلاثة التي يتم تصنيعها استجابة للاكتوز بواسطة جين منفصل. يتم ترتيب الجينات الثلاثة جنبًا إلى جنب على الكروموسوم البكتيري.

ال لاك أوبرون. في حالة عدم وجود اللاكتوز ، فإن البروتين المثبط المشفر بواسطة الجين الأول يرتبط بـ لاك عامل التشغيل ويمنع النسخ. يؤدي ربط اللاكتوز بالعاقم إلى ترك المشغل. هذا يمكّن RNA polymerase من نسخ الجينات الثلاثة للأوبون. ثم يُترجم جزيء mRNA الوحيد الناتج إلى البروتينات الثلاثة.

ال لاك كاظمة يرتبط بسلسلة محددة من عشرين نيوكليوتيدات تسمى المشغل أو العامل. [رابط إلى مناقشة كيف يمكن تحديد تسلسل الحمض النووي لموقع المشغل.] معظم المشغل هو المصب من المروج. عندما يكون القامع مرتبطًا بالمشغل ، فإن بوليميريز الحمض النووي الريبي غير قادر على المضي قدمًا في مهمته المتمثلة في نسخ الجينات.

لا يمثل مثبط lac سوى جزء صغير من البروتينات الموجودة في بكتريا قولونية زنزانة.
رابط لمناقشة كيف يمكن عزله وتنقيته.

أوبرون هو مزيج من

الجين الذي يقوم بترميز ملف لاك القامع يسمى أنا الجين. يحدث أن يكون موجودا في المنبع فقط من لاك المروجين. ومع ذلك ، ربما لا يكون موقعه الدقيق مهمًا لأنه يحقق تأثيره عن طريق منتج البروتين ، وهو منتج حر في الانتشار في جميع أنحاء الخلية. وفي الواقع ، لا توجد جينات بعض المكابس بالقرب من العوامل التي تتحكم فيها.

بمجرد تجاوز الحمض النووي ، يمكن للمانع أن يتحرك على طوله حتى يصادف تسلسل المشغل. الآن تغيير خيفي في البنية الثلاثية للبروتين يسمح لنفس الأحماض الأمينية بإنشاء روابط و [مدش] في الغالب روابط هيدروجينية وتفاعلات كارهة للماء و [مدش] مع قواعد معينة في تسلسل المشغل.

  • يتسبب في تحرير القامع من المشغل
  • يمكن أن تبدأ بوليميراز الحمض النووي الريبي الآن في نسخ جينات الأوبرا الثلاثة إلى أ غير مرتبطة جزيء رسول RNA.

بالكاد يبدأ النسخ ، قبل أن تلتصق الريبوسومات بجزيء الرنا المرسال المتنامي وتتحرك إليه ترجمة الرسالة في البروتينات الثلاثة. يمكنك معرفة سبب الحاجة إلى أكواد الترقيم و mdash UAA أو UAG أو UGA و mdash لإنهاء الترجمة بين أجزاء ترميز mRNA لكل من الإنزيمات الثلاثة.

  • لا ترتبط الجينات في حقيقيات النوى في المشغلات (باستثناء الديدان الخيطية مثل C. ايليجانس و tunicates مثل Ciona intestinalis).
  • تحتوي النصوص الأولية في حقيقيات النوى على نسخة من جين واحد فقط (مع الاستثناءات المذكورة أعلاه).
    C. ايليجانس يختلف عن معظم حقيقيات النوى في وجود جزء كبير (15 & ndash20٪) من جيناتها مجمعة في أوبرا تحتوي من 2 إلى 8 جينات لكل منها. مثل البكتيريا ، يتم نسخ جميع الجينات الموجودة في الأوبرون من مروج واحد ينتج نسخة أولية واحدة (pre-mRNA). تظهر بعض الجينات في هذه الأوبرونات & [مدش] كما في البكتيريا و [مدش] لتشترك في نفس الوظيفة الكيميائية الحيوية ، ولكن قد لا يكون هذا هو الحال بالنسبة لمعظم. C. ايليجانس تختلف الأوبونات أيضًا عن تلك الموجودة في البكتيريا في أن كل ما قبل الرنا المرسال تتم معالجته في مرنا منفصل لكل جين بدلاً من ترجمته كوحدة.
  • لا يرتبط النسخ والترجمة فعليًا في حقيقيات النوى كما هو الحال في النسخ البكتيري الذي يحدث في النواة بينما تحدث الترجمة في العصارة الخلوية (مع استثناءات قليلة).

ما هو المروج؟

المروج هو تسلسل DNA يوضع في مقدمة موقع بدء النسخ. تم العثور على تسلسل الحمض النووي المهم هذا في كل من حقيقيات النوى وبدائيات النوى على الرغم من أن محفزات حقيقيات النوى قد تختلف عن محفزات بدائية النواة. المحفزات هي مناطق الحمض النووي التي يرتبط بها بوليميراز الحمض النووي الريبي أثناء عملية النسخ. إنه الإنزيم الرئيسي المشارك في إنتاج الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة (مرنا ، الحمض النووي الريبي ، الرنا الريباسي) من قالب الحمض النووي. اعتمادًا على نوع RNA ، ستختلف بوليميريز RNA. تسلسل المحفز هي مناطق محمية للغاية في جميع أنحاء الجينوم. لذلك ، تُعرف باسم مناطق الإجماع. تختلف آلية عمل المروج في حقيقيات النوى وبدائيات النوى.

في حقيقيات النوى ، يُطلق على التسلسل المحفوظ الموجود في المحفزات اسم صندوق TATA ، والذي يقع في موضع -10 من الجين. يتم تسهيل ارتباط بوليميراز RNA بصندوق TATA بواسطة عوامل النسخ الملزمة. تقوم عوامل النسخ هذه بإجراء تغييرات تأكيدية في تسلسل المروج وزيادة تقاربها لربط بوليميراز الحمض النووي الريبي. وبالتالي ، يتكون مجمع ما قبل البدء الذي تم تكوينه أثناء بدء النسخ من المركب المتكون من عوامل النسخ السبعة وموقع المروج. بمجرد تكوين هذا المركب ، يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقيات النوى بسهولة بالمحفز ويبدأ النسخ.

الشكل 01: المروج

في بدائيات النوى ، تكون الآلية أبسط بكثير لأنها لا تحتوي على أي عوامل نسخ. بدلاً من ذلك ، فإن عامل سيجما لبوليميراز الحمض النووي الريبي متورط في التعرف على المحفز وفي تجميع الإنزيم على المحفز. هناك منطقتان محفزتان رئيسيتان محفوظتان في بدائيات النوى ، يُعرف تسلسل المحفز المقابل لصندوق TATA باسم "صندوق Pribnow". يتكون صندوق Pribnow (موضع -10) من تسلسل TATAAT. يُعرف تسلسل المروج الثاني بالعنصر -35 حيث يقع في الموضع -35.


تنظيم الجينات و Lac Operon

يمكن للخلايا التي تحتوي على نفس الحمض النووي أن تبدو وتعمل بشكل مختلف عن بعضها البعض مثل خلية مستقبلة للضوء وخلية عضلية. الفرق بين هاتين الخليتين هو نتيجة التعبير الجيني التفاضلي. يتم نسخ بعض الجينات وترجمتها في جميع الخلايا عند نفس المستوى تقريبًا ، ولكن يمكن التعبير عن جينات أخرى في نوع خلية واحدة دون أخرى. ستعرض هذه الجلسة بإيجاز بعض المبادئ العامة لتنظيم الجينات. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تقديم مثال محدد لتنظيم الجينات في البكتيريا بالتفصيل.

  • لاستدعاء وفهم الآليات المختلفة التي تعمل معًا لتنظيم أوبر لاك.
  • التمييز بين الآليات التنظيمية الإيجابية والسلبية.
  • للتنبؤ بالنمط الظاهري الذي تسببه الطفرات المختلفة داخل أوبر لاك.
  • لتبرير فائدة الكائن الحي من تنظيم الجينات.


شاهد الفيديو: Jacob-Monod: The Lac operon. Biomolecules. MCAT. Khan Academy (شهر فبراير 2023).