معلومة

12.1: أوبرون لاك - علم الأحياء

12.1: أوبرون لاك - علم الأحياء


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.

جاءت الرؤى المبكرة لآليات تنظيم النسخ من دراسات بكتريا قولونية من قبل الباحثين فرانسوا جاكوب وجاك مونود. في بكتريا قولونية، والعديد من البكتيريا الأخرى ، قد توجد الجينات التي تشفر العديد من البروتينات المختلفة في وحدة نسخ واحدة تسمى an أوبرون. تشترك الجينات في الأوبرون في نفس تنظيم النسخ ، ولكن تتم ترجمتها بشكل فردي. لا تجمع حقيقيات النوى عمومًا الجينات معًا كأوبرونات (الاستثناء هو C. ايليجانس وعدد قليل من الأنواع الأخرى).

أساسي لاك هيكل الاوبرا

بكتريا قولونية يواجه العديد من السكريات المختلفة في بيئته. هذه السكريات مثل اللاكتوز و الجلوكوز، تتطلب إنزيمات مختلفة لعملية التمثيل الغذائي. تم تجميع ثلاثة من إنزيمات استقلاب اللاكتوز في لاك أوبرون: لاكز, لاسي، و لاكا(الشكل ( PageIndex {1} )). لاكز يشفر إنزيم يسمى β- جالاكتوزيداز، الذي يهضم اللاكتوز إلى السكريات المكونة له: الجلوكوز والجالاكتوز. لاسي هو تصريح يساعد على نقل اللاكتوز إلى الخلية. أخيرا، لاكا هو ترانس أسيتيلاز؛ أهميتها في استقلاب اللاكتوز ليست واضحة تمامًا. نسخ ملف لاك يحدث الأوبرون عادة فقط عندما يكون اللاكتوز متاحًا لهضمه. من المفترض أن هذا يتجنب إهدار الطاقة في تخليق الإنزيمات التي لا توجد ركيزة لها. يتضمن نص mRNA الفردي جميع تسلسلات ترميز الإنزيمات الثلاثة ويسمى polycistronic. الكسترون يعادل الجين.

رابطة الدول المستقلة- و عبرالمنظمين

بالإضافة إلى جينات ترميز البروتين الثلاثة ، فإن لاك يحتوي المشغل على تسلسلات قصيرة من الحمض النووي لا تقوم بتشفير البروتينات ، ولكنها بدلاً من ذلك مواقع ربط للبروتينات المشاركة في تنظيم النسخ من الأوبون. في ال لاك أوبرون ، تسمى هذه التسلسلات P (المروج), O (عامل)، و CBS (موقع ربط CAP). بشكل جماعي ، يتم استدعاء عناصر التسلسل مثل هذه رابطة الدول المستقلة-عناصر لأنهم يجب تقع على نفس قطعة الحمض النووي مثل الجينات التي تنظمها. من ناحية أخرى ، فإن البروتينات التي ترتبط بها رابطة الدول المستقلة- تسمى العناصر عبر-المنظمين لأنها (كجزيئات قابلة للانتشار) لا تحتاج بالضرورة إلى الترميز على نفس قطعة الحمض النووي مثل الجينات التي تنظمها.

لاسي هو القامع خيفي التنظيم

واحدة من كبرى عبر- المنظمين لاك يتم ترميز operon بواسطة لاسي. أربعة جزيئات متطابقة من لاسي تتجمع البروتينات معًا لتشكيل a homotetramer يسمى ب كاظمة (الشكل ( PageIndex {2} )). يرتبط هذا المكثف بتسلسلَي تشغيل متجاورين لمحفز لاك أوبرون. يمنع ربط القامع بوليميراز الحمض النووي الريبي من الارتباط بالمُحفز (الشكل ( فهرس الصفحة {3} )). لذلك ، لن يتم نسخ المشغل عندما يكون المشغل مشغولاً بعاطفة.

إلى جانب قدرته على الارتباط بتسلسلات DNA محددة عند المشغل ، هناك خاصية مهمة أخرى لـ لاسي البروتين هو قدرته على الارتباط باللاكتوز. عندما يرتبط اللاكتوز لاسييتغير شكل البروتين بطريقة تمنعه ​​من الارتباط بالمشغل. لذلك ، في وجود اللاكتوز ، يكون بوليميريز الحمض النووي الريبي قادرًا على الارتباط بالمحفز ونسخ لاك أوبرون ، مما يؤدي إلى مستوى معتدل من التعبير عن لاكز, لاسي، و لاكا الجينات. البروتينات مثل لاسي التي تغير شكلها وخصائصها الوظيفية بعد الارتباط بروابط يقال إنها تنظم من خلال خيفي آلية. دور لاسي في تنظيم لاك يتم تلخيص المعامل في الشكل ( PageIndex {4} ).

قبعة هو منشط خيفي لـ لاك أوبرون

الجانب الثاني من لاك يتم منح تنظيم الأوبرا من قبل أ عبرعامل يسمى بروتين ملزم cAMP (قبعة، الشكل ( PageIndex {4} )). CAP هو مثال آخر على تنظيم خيفي عبر-عامل. فقط عندما يرتبط بروتين CAP بـ cAMP ، يمكن أن يرتبط جزء آخر من البروتين بنوع معين رابطة الدول المستقلة-العنصر داخل لاك المروج يسمى تسلسل ربط CAP (CBS). يقع CBS بالقرب من المروج (P). عندما يكون CAP مرتبطًا في CBS ، يكون بوليميريز RNA أكثر قدرة على الارتباط بالمروج وبدء النسخ. وبالتالي ، فإن وجود cAMP يؤدي في النهاية إلى زيادة أخرى في لاك نسخ الاوبرون.

تصبح الأهمية الفسيولوجية للتنظيم بواسطة cAMP أكثر وضوحًا في سياق المعلومات التالية. يتناسب تركيز cAMP عكسياً مع وفرة الجلوكوز: عندما تكون تركيزات الجلوكوز منخفضة ، يُطلق على الإنزيم أدينيلات سيكليس قادر على إنتاج cAMP من ATP. من الواضح ، بكتريا قولونية يفضل الجلوكوز على اللاكتوز ، وبالتالي يعبر عن لاك أوبرون عند مستويات عالية فقط عند غياب الجلوكوز ووجود اللاكتوز. يوفر هذا طبقة أخرى من التحكم المنطقي في لاك تعبير أوبرون: فقط في وجود اللاكتوز ، وفي حالة عدم وجود الجلوكوز ، يتم التعبير عن الأوبرا بأعلى مستوياته.


لاك أوبرون: الآلية والتنظيم

يعد lac operon مثالًا معروفًا على شبكة الجينات المحفزة التي تنظم نقل واستقلاب اللاكتوز في الإشريكية القولونية. يقوم بتشفير الجينات لاستيعاب اللاكتوز خارج الخلية ثم تحويله إلى الجلوكوز.

أوبرا اللاكتوز بكتريا قولونية يتم تشغيله فقط عند توفر اللاكتوز (وغياب الجلوكوز ، مصدر الطاقة المفضل). عندما يكون هناك نقص في اللاكتوز ، يتم منع نسخ جينات أوبرون اللاكتوز بواسطة بروتين مثبط (حيث لن يكون هناك استخدام للمنتجات الجينية للأوبيرون).

هيكل أوبرون لاك

يتكون lac operon من المروج (P) والمشغل (O) متبوعًا بثلاثة جينات هيكلية لاكز ، لاسي ، و لاكا في المصب. جين تنظيمي لاسي (أنا) التي تسبق أوبرون اللاكتيك مسؤولة عن إنتاج بروتين مثبط (R).

بالإضافة إلى الجينات الهيكلية ، يحتوي أوبرون اللاكوس أيضًا على عدد من تسلسل الحمض النووي التنظيمي. هذه مناطق من الحمض النووي يمكن لبروتينات تنظيمية معينة الارتباط بها ، والتحكم في نسخ الأوبون.

  1. المنظمات الإيجابية (المنشطات): المنشط يزيد من نسخ الجينات المنظمة. في lac operon ، المنشط (يسمى CAP) بمثابة جهاز استشعار الجلوكوز. ينشط نسخ الأوبرون عندما يكون الجلوكوز غائبًا / منخفضًا.
  2. المنظمين السلبيين (القامع): يقلل الكابت أو يزيل نسخ الجينات. في lac operon ، مثبط يعمل كمستشعر اللاكتوز. يتم ترميز Lac repressor بواسطة ملف لاسي الجين. يمنع Lac repressor نسخ الجينات الهيكلية لاستقلاب اللاكتوز عندما لا يتوفر اللاكتوز عن طريق الارتباط بإحكام بـ المشغل أو العامل منطقة.

هل تعرف؟

قام جاك مونود مع فرانسوا جاكوب بصياغة نموذج أوبرون لاك لتنظيم التعبير الجيني في أواخر الخمسينيات. حصل الاثنان مع زميلهما أندريه لووف على "جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب" في عام 1965. منذ اكتشافه ، يعمل lac operon كنظام نموذجي لفهم الجوانب المختلفة للوائح الجينات.


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 نسخ البكتيريا في النواة بينما تحدث الترجمة في العصارة الخلوية (مع استثناءات قليلة).

تنظيم Arabinose Operon

يتم تنظيم أوبرا أرابينوز بشكل إيجابي وسلبي ، مثل نموذج Lac-operon.

التنظيم الإيجابي

هنا ، مصطلح إيجابي يشير إلى أن تخليق mRNA سيحدث. لذلك ، يتم تشكيل ara BAD mRNA في تنظيم إيجابي. يتم تنظيم أوبر أرابينوز بشكل إيجابي من خلال الشرطين الموضحين أدناه:

الحالة- I (عند غياب كل من البروتين المحفز والمانع):

لن يكون هناك قمع لأوبرا أرابينوز في غياب كل من المحفز والبروتين الكابح. في هذه الحالة ، سوف يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمنطقة المروج المحددة وينسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA. لكن في هذه الحالة ، يكون معدل نسخ الرنا المرسال أبطأ بكثير.

الحالة الثانية (عند وجود كل من المحرض والمانع):

سوف يرتبط المحرض (أرابينوز) ببروتين الكابح لتنظيم نسخ الرنا المرسال. يشكل بروتين Ara-C بالإضافة إلى الأرابينوز معقدًا لن يسمح بتكوين الحلقة. يرتبط أرابينوز بثنائي Ara-C ويغير تكوينه الهيكلي. سيسمح هذا التغيير في التكوين الهيكلي لـ RNA polymerase بنسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA. سوف يترجم الرنا المرسال إلى بروتينات.

لائحة سلبية

هنا ، مصطلح نفي يشير إلى أن نسخ mRNA لن يحدث. لفهم العملية بطريقة بسيطة ، دعونا نأخذ الشرط الثالث لمقارنته بالشرطين السابقين.

الحالة الثالثة (عند وجود البروتين المثبط فقط):

الدور الرئيسي لأوبرا أرابينوز ينطوي على انهيار أرابينوز. في غياب الأرابينوز ، لن يكون هناك نسخ وترجمة لجزيء الحمض النووي. يعمل Arabinose كمحفز ، والذي يربط ويعطل البروتين المثبط ARA-C. في حالة عدم وجود محفز ، سيتم إنتاج البروتين المثبط بواسطة جين ara-C. يشكل بروتين مثبط ARA-C ثنائى مع المشغل والجين المحفز من خلال تكوين a حلقة. لن يسمح تكوين الحلقة لـ RNA polymerase بنسخ جينات ara-BAD لتشكيل mRNA.


سؤال ذو إجابة طويلة: صِف "لاك أوبرون". - مادة الاحياء

1. اللاكتوز أو أوبرون اللاكتوز للإشريكية القولونية هو عامل محفز. يتم تشغيل الأوبون عند وجود محفز كيميائي- اللاكتوز في الوسط.

2. اقترح جاكوب وموناد النموذج الكلاسيكي لأوبيرون لاك.

3. يتكون مشغل Lac من موقع المروج (P) والموقع التنظيمي (i) وموقع المشغل (O).

4. كما أن لديها ثلاثة جينات هيكلية ، وهي z ، y وكل منها ينتج إنزيمًا.

5. الأنزيمات الثلاثة التالية مطلوبة لعملية التمثيل الغذائي للاكتوز في الخلية.

اسم الجين ينتج الانزيم وظيفة
لاك ض وبيتا جالاكتوزيداز [ م]
لاك ذ بيرميس دخول اللاكتوز في الخلية
لاك أ ترانس أسيتيلاز ينقل مجموعة الأسيتيل من Acetyl CoA إلى & beta-galactosidase

6. إذا كان الجلوكوز غير متوفر للخلايا ، فسوف تحتاج إلى مصدر آخر للطاقة مثل اللاكتوز.

7. في حالة عدم توفر اللاكتوز ، فإن البروتين المثبط الذي ينتجه الجين المكبِط سوف يلتصق بالمشغل ويمنع بوليميراز الحمض النووي الريبي.

8. يعمل اللاكتوز كمحفز. إذا كان اللاكتوز متاحًا ، فإنه سيمنع المكبِّر من ربط المشغل ، عن طريق تكوين معقد محفز - مثبط ويسمح لـ RNA polymerase بنسخ mRNA.

9. إن بوليميراز الحمض النووي الريبي سوف يعلق بالمحفز ويبدأ في نسخ الرنا المرسال.

10. يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي أولاً بنسخ جين lac z المسؤول عن تصنيع وبيتا غالاكتوزيداز.

11. ينتقل بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى الجين التالي ، وهو الجين الذي يصنع بيرميز الإنزيم.

12. ينتقل RNA polymerase أخيرًا إلى الجين المسؤول عن تخليق transacetylase.

13. وبيتا جالاكتوزيداز ، بيرميز و ترانس أسيتيلاز هي إنزيمات في المسار الأيضي تستخدم للحصول على الطاقة من اللاكتوز.

14. بعد استخدام اللاكتوز للأعلى وانخفاض مستوياته ، سوف يلتصق المكثف بالمشغل الذي يمنع إنتاج بيتا جالاكتوزيداز ، بيرمايز و ترانس أسيتيلاز ، بحيث تزيد مستويات اللاكتوز.


تخطيطي لاك أوبيرون

تم العثور على فئة خاصة من طفرات E coli غير قادرة على استخدام اللاكتوز كمصدر للكربون لديها طفرات في تسلسل الترميز لـ β-galactosidase (جين lacZ). أنها لا تنتج بروتين β-galactosidase. والمثير للدهشة أنهم فشلوا في إنتاج منتجات البولي ببتيد من بيرميز (لاسي) وترانس أسيتيلاز (لاكا). بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم الكشف عن أي مرنا من أي من هذه الجينات.
تم عزل ثلاثة أنواع من المرتجعات:
النوع الأول المرتجعات: استعادة الترخيص (LacY) وأنشطة transacetylase (LacA) ولكن ليس نشاط β-galactosidase. تم العثور على هذه الطفرات المرتدة داخل أوبرون اللاكتات.
مراجع النوع الثاني: استعاد جميع الأنشطة الأنزيمية الثلاثة.
عادت من النوع الثالث: استعادت فقط أنشطة permease و transacetylase بواسطة طفرة ثانوية تم تعيينها في الجين لعامل rho.
تم عزل DNA operon Lac من السلالة المتحولة الأصلية. تم فصل خيوط الحمض النووي عن بعضها البعض وخلطها مع خيوط مفردة من الحمض النووي تحتوي على أوبرون لاك المعزول من بكتيريا من النوع البري. تم السماح لهذه الحمض النووي & quot؛ المختلط & quot؛ بالتهجين مع بعضها البعض. تم عزل وتصور الهياكل الحلزونية المزدوجة الناتجة عن طريق المجهر الإلكتروني:

الشكل * MERGEFORMAT A. (5pnts) ما هي الطفرة العائدة (بشكل عام)؟

ب. (5pnts) ما هو الحدث الجيني الذي تسبب في حدوث الطفرة الأصلية (أي لم يسمح بالتعبير عن lacZ أو lacY أو lacA)؟

C. (5pnts) لماذا أدى هذا الحدث إلى عدم إنتاج permease و transacetylase؟

د. (5pnts) ما هي طبيعة الطفرات العكسية من النوع الأول؟

E. (5pnts) ما هي طبيعة الطفرات العكسية من النوع الثاني؟

F. (5pnts) ما هي طبيعة الطفرات العكسية من النوع الثالث؟

© BrainMass Inc. brainmass.com 5 مارس 2021 ، 12:55 صباحًا ad1c9bdddf
https://brainmass.com/biology/genetics/schematic-lac-operon-547656

المرفقات

معاينة الحل

Q6 (A-F). 30pnts يوجد أدناه رسم تخطيطي لمعامل lac: الشكل * MERGEFORMAT
تم العثور على فئة خاصة من طفرات E coli غير قادرة على استخدام اللاكتوز كمصدر للكربون لديها طفرات في تسلسل الترميز لـ β-galactosidase (جين lacZ). أنها لا تنتج بروتين β-galactosidase. والمثير للدهشة أنهم فشلوا في إنتاج منتجات البولي ببتيد من بيرميز (لاسي) وترانس أسيتيلاز (لاكا). بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم الكشف عن أي مرنا من أي من هذه الجينات. تم عزل ثلاثة أنواع من المرتجعات: النوع الأول من المرتجعات: استرجاع النشاط (LacY) و transacetylase (LacA) ولكن ليس نشاط بيتا جالاكتوزيداز. تم العثور على هذه الطفرات العكسية داخل أوبرون اللاكتات. مراجع النوع الثاني: استعاد جميع الأنشطة الأنزيمية الثلاثة. عادت من النوع الثالث: استعادت فقط أنشطة permease و transacetylase بواسطة طفرة ثانوية تم تعيينها في الجين لعامل rho. تم عزل DNA operon Lac من السلالة المتحولة الأصلية. تم فصل خيوط الحمض النووي عن بعضها البعض وخلطها مع خيوط مفردة من الحمض النووي تحتوي على أوبرون لاك المعزول من بكتيريا من النوع البري. تم السماح لهذه الحمض النووي & quot؛ المختلط & quot؛ بالتهجين مع بعضها البعض. تم عزل وتصور الهياكل الحلزونية المزدوجة الناتجة عن طريق المجهر الإلكتروني:

أ (5pnts) ما هي الطفرة العائدة (بشكل عام)؟

الطفرة العائدة هي طفرة قادرة على العودة إلى التركيب الوراثي الأصلي من خلال طفرة مثبطة أخرى. يمكن أيضًا للطفرة العائدة أن تعود إلى النمط الظاهري الأصلي من خلال هذا النوع من التفاعل القمعي بين الطافرة A والطفرة B. لكي تكون متحولة عائدة ، يجب أن تكبح الطفرة الثانية الطفرة الأولى. على سبيل المثال ، في بكتيريا E. coli الطافرة في أوبرون lac. هناك طفرة ثانية تقوم بتحويل الجينات المتحولة لأوبيرون Lac من LacI- و LacA- إلى النمط الجيني الطبيعي (LacI و LacA) والنمط الظاهري حيث يمكنها الآن إنتاج منتجات permease (Lac Y) و transacetylase (Lac A).

ب. (5pnts) ما هو الحدث الجيني الذي تسبب في حدوث الطفرة الأصلية (أي لم يسمح بالتعبير عن lacZ أو lacY أو lacA)؟


أوبيرون لاك

▶ الاوبرون: اقترح جاكوب ومونود نموذج الأوبرا في عام 1961 للتنظيم المنسق لنسخ الجينات المشاركة في مسارات التمثيل الغذائي المحددة. ال أوبرون هي وحدة للتعبير الجيني والتنظيم والتي تشمل عادة:

  • ال الجينات الهيكلية (أي جين غير المنظم) للأنزيمات المشاركة في مسار تخليقي حيوي محدد يتم التحكم في تعبيره بشكل منسق.
  • عناصر التحكم مثل تسلسل المشغل، وهو تسلسل DNA ينظم نسخ الجينات الهيكلية.
  • الجين المنظم(س) التي تتعرف منتجاتها على عناصر التحكم ، على سبيل المثال القامع الذي يربط وينظم تسلسل المشغل.

▶ عامل اللاكتوز: يمكن أن تستخدم الإشريكية القولونية اللاكتوز كمصدر للكربون. يتم تصنيع الإنزيمات اللازمة لاستخدام اللاكتوز كمصدر للكربون فقط عندما يتوفر اللاكتوز كمصدر وحيد للكربون. ال أوبرون اللاكتوز (أو lac operon) يتكون من ثلاثة جينات هيكلية: لاكز، الذي يرمز لـ β-galactosidase ، وهو إنزيم مسؤول عن التحلل المائي للاكتوز إلى الجالاكتوز والجلوكوز لاسي، الذي يشفر نفاذية الجالاكتوزيد المسؤولة عن نقل اللاكتوز عبر جدار الخلية البكتيرية و لاكا، الذي يشفر ثيوجالاكتوزيد تران أسيتيلاز.

يتم ترميز الجينات الهيكلية الثلاثة في وحدة نسخ واحدة ، lacZYA ، والتي تحتوي على مروج واحد ، صلاك. يعني هذا التنظيم أنه يتم التعبير عن البروتينات الهيكلية الثلاثة لأوبرا اللاكتوز معًا كـ a مرنا متعدد الكريات تحتوي على أكثر من منطقة تشفير واحدة تحت نفس التحكم التنظيمي. تحتوي وحدة النسخ lacZYA على ملف موقع المشغل Olac الذي يتم وضعه بين القاعدتين –5 و +21 عند نهاية 5 & # 8242 من Pلاك منطقة المروج. يربط هذا الموقع بروتينًا يسمى القامع لاك وهو مثبط قوي للنسخ عندما يكون مرتبطًا بالمشغل. يتم ترميز مثبط lac بواسطة جين تنظيمي منفصل لاسي الذي هو أيضًا جزء من أوبر اللاكتوز ، يقع lacI في أعلى المنبع من P.لاك.

▶ ضاغط lac: يقوم الجين lacI بتشفير lac repressor ، والذي يكون نشطًا مثل tetramer لوحدات فرعية متطابقة. إنه ذو صلة قوية جدًا بموقع ربط مشغل lac ، Olac ، ولديه أيضًا انجذاب كبير بشكل عام للحمض النووي. يتكون موقع مشغل lac من 28 نقطة أساس وهي متناوب. أ متناظرة له نفس تسلسل الحمض النووي عندما تتم قراءة خيط واحد من اليسار إلى اليمين في اتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ويتم قراءة الخيط التكميلي من اليمين إلى اليسار في اتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. يتطابق هذا التماثل المتكرر المقلوب للمشغل مع التناظر المتأصل في مثبط lac المكون من أربع وحدات فرعية متطابقة. في حالة عدم وجود اللاكتوز ، يحتل المكثف موقع ربط المشغل. يبدو أن كلاً من مثبط lac وبوليميراز RNA يمكنهما الارتباط في وقت واحد بمحفز lac ومواقع المشغل. يزيد مثبط lac فعليًا من ارتباط البوليميراز بمحفز lac بمقدار أمرين من حيث الحجم. هذا يعني أنه عندما يرتبط lac repressor بتسلسل DNA لمشغل Olac ، فمن المحتمل أيضًا أن يرتبط البوليميراز بالمجاور صلاك تسلسل المروج.

▶ الاستقراء: في حالة عدم وجود محفز ، يمنع مثبط lac جميع نسخ lacZYA باستثناء مستوى منخفض جدًا. عندما يضاف اللاكتوز إلى الخلايا ، فإن المستوى القاعدي المنخفض للبرميز يسمح بامتصاصه ، ويحفز β-galactosidase تحويل بعض اللاكتوز إلى allolactose.

يعمل Allolactose كمحفز ويرتبط بمثبط lac. يؤدي هذا إلى حدوث تغيير في شكل المكبّر الرباعي ، مما يقلل من تقاربها مع مشغل lac. تسمح إزالة مثبط lac من موقع المشغل للبوليميراز (الموجود بالفعل في المروج المجاور) ببدء نسخ جينات lacZYA بسرعة. وبالتالي فإن إضافة اللاكتوز أو محفز اصطناعي مثل الأيزوبروبيل- β-D- ثيوجالاكتوبيرانوسيد (IPTG) ، يحفز بسرعة نسخ الجينات الهيكلية لأوبرا اللاكتوز. تؤدي الإزالة اللاحقة للمحفِّز إلى تثبيط فوري تقريبًا لهذا النسخ المستحث ، نظرًا لأن مثبط lac الحر يعيد احتلال موقع المشغل بسرعة ونسخة lacZYA RNA غير مستقرة للغاية.

▶ بروتين مستقبلات cAMP: ال صلاك المروج ليس مروجًا قويًا. صلاك والمروجون ذوو الصلة ليس لديهم متواليات قوية -35 وبعضها يحتوي على متواليات إجماع ضعيفة -10. بالنسبة للنسخ عالي المستوى ، فإنها تتطلب نشاط بروتين منشط محدد يسمى بروتين مستقبل cAMP (CRP). يمكن أيضًا استدعاء CRP بروتين منشط هدم أو قبعة.

عند وجود الجلوكوز ، لا تتطلب الإشريكية القولونية مصادر بديلة للكربون مثل اللاكتوز. لذلك ، لا يتم تنشيط عوامل تقويضية ، مثل أوبر اللاكتوز ، بشكل طبيعي. يتم التوسط في هذا التنظيم بواسطة CRP الموجود على شكل ثنائي لا يمكن أن يرتبط بالحمض النووي من تلقاء نفسه ، ولا ينظم النسخ. يقلل الجلوكوز من مستوى cAMP في الخلية. عندما يغيب الجلوكوز ، تزداد مستويات cAMP في E. coli ويرتبط CRP بـ cAMP. يرتبط مركب CRP-cAMP بمحفز أوبرا اللاكتوز صلاك فقط المنبع من موقع بوليميريز الحمض النووي الريبي. يؤدي ارتباط CRP إلى انحناء 90 درجة في الحمض النووي ، ويُعتقد أن هذا يعزز ارتباط بوليميريز RNA بالمحفز ، مما يعزز النسخ بمقدار 50 ضعفًا. موقع ربط CRP هو تكرار مقلوب وقد يكون مجاورًا للمحفز (كما هو الحال في أوبرون اللاكتوز) ، وقد يقع داخل المروج نفسه ، أو قد يكون بعيدًا عن المروج. الاختلافات في مواقع ربط CRP لمروجي عوامل تقويضية مختلفة قد تتوسط مستويات مختلفة من استجابة هذه العوامل إلى cAMP في الجسم الحي.


أوبيرون لاك: أوبيرون محرض

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 يقوم operon بتشفير 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). في حالة عدم وجود الجلوكوز ، يؤدي ارتباط بروتين CAP إلى نسخ لاك أوبرون أكثر فعالية. عندما يكون اللاكتوز موجودًا ، فإنه يرتبط 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.


لاك أوبيرون - أنا الجينات

في الجدول أدناه ، توقع (بنعم أو لا) ما إذا كانت الإشريكية القولونية ستكون نشطة نسبيًا في وجود أو عدم وجود الجلوكوز أو اللاكتوز كما هو محدد واستجب
التعبير اللاكتوز الجلوكوز لاك؟
لا نعم
نعم نعم
نعم / لا
إلى الأسئلة & quota & quot و & quotb. & quot

أ. اشرح كل إجابة من إجاباتك من حيث الآليات الجزيئية المعروف أنها تكمن وراء تنظيم أوبرون اللاكتوز.

ب. ما هي الآلية التي تعتبر تحكمًا سلبيًا وأيها تعتبر تحكمًا إيجابيًا؟ يشرح.

© BrainMass Inc.
https://brainmass.com/biology/human-biology/lac-operon-i-gene-564483

معاينة الحل

جلوكوز اللاكتوز
في الجدول أدناه ، توقع (نعم أو لا) ما إذا كانت الإشريكية القولونية ستكون نشطة نسبيًا في وجود أو عدم وجود الجلوكوز أو اللاكتوز كما هو محدد واستجب
التعبير اللاكتوز الجلوكوز لاك؟
لا نعم
نعم نعم
نعم / لا
إلى الأسئلة & quota & quot و & quotb. & quot

أ. اشرح كل إجابة من إجاباتك من حيث الآليات الجزيئية المعروف أنها تكمن وراء تنظيم أوبرون اللاكتوز.

ب. ما هي الآلية التي تعتبر تحكمًا سلبيًا وأيها تعتبر تحكمًا إيجابيًا؟ يشرح.

تعبير اللاكتوز الجلوكوز لاك

أ. اشرح كل إجابة من إجاباتك من حيث الآليات الجزيئية المعروف أنها تكمن وراء تنظيم أوبرون اللاكتوز.

ملخص الحل

يحتوي مشغل اللاكتوز على الجين I الذي يقوم بترميز الجين P للمُحفِّز للجين O الذي يشفر المشغل. الجينات الهيكلية Z Y A المصب للمشغل. يقوم الجين Z بتشفير B-Galactosidase ، بينما يقوم الجين Y بتشفير Permease والجين A الذي يشفر Transacetylase.

B-galactosidase - يحول اللاكتوز إلى جلوكوز وجلاكتوز
تصريح B-galactoside - ينقل اللاكتوز إلى الخلية
إنزيم ترانس أسيتيلاز B-galactoside- وظيفة غير معروفة

يعمل أوبرون اللاكتوز كتنظيم سلبي وإيجابي لتدهور اللاكتوز. إنه نظام محرض يعتمد على وجود اللاكتوز المحفز.


تنظيم صارم

عادة ، لاك تم إيقاف تشغيل operon. يربط بروتين المثبط منطقة المشغل (التحكم) في بداية العامل الذي يمنع النسخ.

عندما يكون اللاكتوز موجودًا خارج الخلية ، فإنه يعبر غشاء الخلية ويعمل كمحفز للأوبون. يقوم بذلك بمجرد تكسير اللاكتوز لإنتاج اللاكتوز. ال لاك يتم بعد ذلك نسخ الأوبرا وترجمته إلى بروتينات بما في ذلك بيرميز ، الذي يدمج نفسه في غشاء الخلية لتسهيل نقل اللاكتوز إلى الخلية ، و & ampbeta-galactosidase ، الذي يلتهم اللاكتوز لصنع جزيئات الجلوكوز. & ampbeta-galactosidase أيضا يجعل allolactose. هذا يؤدي إلى حلقة ردود فعل إيجابية.

يأخذ هذا الأوبون المرحلة عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة. هذا بسبب بروتين آخر ، يسمى بروتين منشط catabolite (CAP) ، وجزيئات الأدينوزين أحادي الفوسفات الحلقية (cAMP). عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، تزداد مستويات cAMP حتى يكون هناك ما يكفي من cAMP لربط وتفعيل المزيد من CAP. يعزز CAP نسخ بوليميراز الحمض النووي الريبي للجينات مما يؤدي إلى زيادة تعبير أوبرون اللاكتوز.

لدينا معًا منظمًا سلبيًا ، وهو البروتين المكبِط ، المرتبط بالألاولاكتوز والمنظم الإيجابي ، والذي يتم تعزيزه من خلال انخفاض مستويات الجلوكوز ، مما يضمن أنه عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة ، ولكن يوجد اللاكتوز ، ستتحول الخلية إلى هذا. مصدر بديل للعشاء.


شاهد الفيديو: الحادي عشر علمي الأحياء نشاط الانزيمات والعوامل المؤثرة فيه 4أمثلة على المثبطات الإنزيمية (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Finlay

    لا يمكنك أن تخطئ؟

  2. Ricker

    أستطيع أن أنصحك بهذا الموضوع ومسجلة خصيصًا للمشاركة في المناقشة.

  3. Khayri

    أعتقد لا.

  4. Dayson

    هذه الفكرة الرائعة ضرورية فقط بالمناسبة

  5. Judal

    أنا أعتبر، أنك لست على حق. دعونا نناقشها.



اكتب رسالة