Məlumat

2.5: Gen və Operon - Biologiya

2.5: Gen və Operon - Biologiya


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.

Genlər

Funksional polipeptid və ya RNT molekulunun sintezi üçün zəruri olan bütün nuklein turşusu ardıcıllığı. Beləliklə, bir gen zülaldakı amin turşularını və ya RNT molekulunda nukleotidləri kodlayan əlavə ardıcıllıq məlumatını ehtiva edir. Gen həmçinin müəyyən bir transkript əldə etmək üçün lazım olan DNT-ni ehtiva edir.

Transkripsiyaya nəzarət bölgələri kodlaşdırma bölgəsindən uzaq ola bilər (Kb və ya 10 Kb məsafədə).

Əksər prokaryotik genlər yoxdur intronlar (müdaxilə edən DNT ardıcıllığı). Prokaryotlarda zülalları metabolik yoldakı əlaqələrlə kodlayan genlər əmələ gəlir Operonlar - istehsal edən polikistronik mRNT.

Təriflər: Operon və Promoter

  • Bir operon bakterial DNT-də, bir promotordan transkripsiya edilmiş bitişik genlər toplusudur və bu, polikistronik mRNT-yə səbəb olur.
  • Promoter, transkripsiya başlamazdan əvvəl RNT polimerazanın bağlandığı DNT ardıcıllığıdır - adətən genin transkripsiya başlanğıc yerindən yuxarıda tapılır.

məs. Trp Operon - triptofanın amin turşusunun biosintezində iştirak edir:

Şəkil 2.5.1: trp operonun kimyəvi yolu

Şəkil 2.5.2: DNT/RNT-də Trp operon

Bakteriya genlərinin operonlara düzülməsinin nəticəsidir operondakı genlərin hər biri üçün mRNT səviyyəsi tam olaraq eynidir.

Ribosomlar yalnız birinci gendən deyil, hər genin başlanğıcından transkripsiya edirlər.

Bakteriya genlərinin operonlara düzülməsinin digər nəticəsi ondan ibarətdir ki, yuxarıdakı mutasiya (yəni transkripsiyanı inhibə edə bilər) “aşağı axın” genlərin transkripsiya və ifadə olunmasının qarşısını ala bilər. Əksər eukaryotik transkripsiya vahidləri istehsal edir monosistronik mRNT-lər, (yəni onlar yalnız bir zülal kodlayırlar). Prokaryotların və eukariotların tərcümə proseslərində əsaslı fərq var:

  1. Prokariotlarda ribosomlar mRNT-nin hər hansı bir yerində (ribosom bağlama yerləri və ya "Parlaq-Dalqarno" saytları adlanır) xüsusi tanınma ardıcıllığı ilə bağlana bilər.
  2. Eukariotlarda ribosomlar qarşılıqlı əlaqə yolu ilə bağlanır xüsusi olaraq dəyişdirilmiş 5' bölgəsi (belə adlanır 5' qapaqlı sayt) mRNT molekullarının.
  3. Buna görə eukaryotik mRNT-lərin çoxu var monosistronik.
  • Mutasiyalar sadə eukaryotik transkripsiya vahidlərində yalnız təsir göstərir bir protein.

Kompleks Eukaryotik Transkripsiya Vahidləri

Mürəkkəb transkripsiya vahidləri ilə kodlanmış əsas RNT transkripti ola bilər birləşdirilmişbirdən çox şəkildə. Müxtəlif emal imkanlarına görə ekzonlar (kodlaşdırma bölgələri) vahid kompleks transkripsiya vahidində alternativ yollarla əlaqələndirilə bilər müxtəlif mRNA-larmüxtəlif zülallar.

Şəkil 2.5.3: Kompleks transkripsiya vahidləri

Transkripsiya tənzimlənməsi

Uğurlu yaşamaq uyğunlaşma və qənaət tələb edir:

  1. Ətraf mühit resursları dəyişdikcə bir substratın metabolizəsindən digərinə keçmək imkanı
  2. Lazım olmayan bir metabolik yol üçün fermentlər istehsal etmək enerji itkisi olardı.

Enzim sintezinin repressiyasına qarşı induksiya

In E. coli müəyyən fermentlər yalnız hüceyrələr müəyyən substratlarda böyüdükdə istehsal olunur. Bu təsir ferment adlanır induksiya. Məsələn, hüceyrələr yetişdirildiyi zaman şəkər növü olaraq bilinən a b qalaktozid (məs. laktoza) hüceyrələrdə fermentin çox az molekulu var (hər hüceyrədə ~5). b-qalaktosidaza (laktozu qlükoza və qalaktoza parçalayır).

  • Laktoza olmadıqda bu fermentə ehtiyac yoxdur.
  • Əgər laktoza əlavə edilirsə E. coli, çox qısa müddətdə təxminən var 5000 molekul hüceyrə başına b-qalaktosidaza (təxminən ~1000 qat induksiya).
  • Əgər laktoza mediadan çıxarılırsa sintez b-qalaktosidaza dayanır.

Oxşar amma əks vəziyyət triptofanın sintezi ilə əlaqədar baş verir (biosintetik fermentlər trp operon). Bu vəziyyətdə triptofan biosintezi üçün fermentlərin istehsalı sürətlə baş verir söndür triptofan varsa indikiadlı prosesdə repressiya. Repressiya ümumi tələb olunan gen məhsulları üçün transkripsiya tənzimləmə mexanizmidir. İnduksiya qeyri-adi və ya nadir hallarda tələb oluna bilən gen məhsulları üçün transkripsiya tənzimləmə mexanizmidir.


The silindr Genlər B qrupunun biosintetik və təkamül mənşəyini ortaya qoyur Streptokokk Hemolitik Lipid, Granadaene

B qrupu Streptokokk (GBS) β-hemolitik, Qram-müsbət bakteriyadır, adətən qadının aşağı genital traktını kolonizasiya edir və dölün zədələnməsi, vaxtından əvvəl doğuş, spontan abort və neonatal infeksiyalar ilə əlaqələndirilir. GBS virulentliyini təşviq edən əsas amil bir neçə ev sahibi hüceyrə üçün sitotoksik olan β-hemolizin/sitolizindir. Bu yaxınlarda göstərdik ki, ornitin ramnolipid piqmenti, Granadaene, gen məhsulları tərəfindən istehsal olunur. silindr operon, hemolitikdir. Burada GBS-nin heteroloji ifadəsini nümayiş etdiririk silindr operon hemoliz, piqmentasiya və sitoksisiteyi təmin etmişdir Lactococcus lactis, model qeyri-hemolitik Qram-müsbət bakteriya. Eynilə, piqmentdən təmizlənir L. laktis hemolitik, sitolitik və GBS-dən çıxarılan Granadaene ilə eyni quruluşa malikdir, silindr operon heteroloji bir ev sahibində Granadaene istehsalı üçün kifayətdir. Filetik nümunələrin və kontekstual assosiasiyaların sistematik sorğusundan istifadə etməklə silindr genlərin homoloqlarını müəyyən edirik silindr fizioloji müxtəlif qram-müsbət bakteriyalarda operon və təsvir olunmamış funksiyaları təklif edir. silindr gen məhsulları. Birlikdə, bu tapıntılar əsas GBS virulentlik amilinin biosintezi və təkamül əsaslarını daha yaxşı başa düşür və belə potensial zəhərli lipidlərin digər bakteriyalar tərəfindən kodlana biləcəyini göstərir.

Açar sözlər: Qram-müsbət bakteriyalar Qrup B Streptococcus bakterial toksin mikrob təkamülü virulentlik faktoru.

Copyright © 2020 Armistead, Whidbey, Iyer, Herrero-Foncubierta, Quach, Haidour, Aravind, Cuerva, Jaspan və Rajagopal.

Rəqəmlər

-nin tamamlanması L. lactis ilə…

-nin tamamlanması L. laktis pcylX-K ilə, lakin boş plazmid vektoru deyil, pEmpty, verilmiş...

Piqment çıxarılır və təmizlənir...

Piqment çıxarılır və təmizlənir L. laktis səh cylX-K Granadaene ilə eynidir ...

Filetik analiz bunu təklif edir cyl...

Filetik analiz bunu təklif edir silindr operon qram-müsbət şaxələnmədən əvvəl inkişaf etmişdir ...


GATA-dan asılı olan nkx-2.5 tənzimləyici element transgen siçanlarda erkən ürək gen ifadəsini aktivləşdirir.

nkx-2.5 erkən mərhələdə onurğalı embrionların inkişaf etməkdə olan ürəyində ifadə olunan ilk genlərdən biridir. Nkx-2.5-in ürək ifadəsi inkişaf boyu saxlanılır və nkx-2.5 inkişaf edən faringeal tağlarda, dalaqda, qalxanvari vəzidə və dildə də ifadə edilir. Siçan nkx-2.5 genini əhatə edən genomik ardıcıllıqlar transgen siçanlarda erkən inkişaf tənzimləyici fəaliyyəti üçün təhlil edilmişdir. Təxminən 3 kb 5' cinah ardıcıllığı E7.25 kimi erkən ürək ayparasında və sonrakı mərhələlərdə inkişaf edən ürəyin məhdud bölgələrində gen ifadəsini aktivləşdirmək üçün kifayətdir. İfadə, həmçinin ən erkən bildirilən dalaq markerindən ən azı 24 saat əvvəl inkişaf edən dalaq anlajında ​​və faringeal kisələrdə və tiroid daxil olmaqla onların törəmələrində aşkar edilmişdir. -3 kb konstruksiyadan müşahidə edilən ifadə nümunəsi bölməyə xas nkx-2.5 tənzimləmə modulları üçün sübut olan endogen nkx-2.5 ifadə modelinin alt çoxluğunu təmsil edir. Çoxlu GATA, NKE, bHLH, HMG və HOX konsensus bağlama yerlərini ehtiva edən 505 bp tənzimləyici element müəyyən edilmişdir. Bu element lacZ ilə birbaşa əlaqəli olduqda və ya hsp68 promotoruna bitişik olduqda ürək ayparasında və ürək çıxış yollarında, farenksdə və dalaqda genin aktivləşməsi üçün kifayətdir. Bu element daxilində qoşalaşmış GATA sahələrinin mutasiyası transgen embrionların ürəyində, farenksində və dalaq primordiyasında gen aktivləşməsini aradan qaldırır. Bu nkx-2-dən asılılıq. Gen fəaliyyəti üçün GATA saytlarında 5 tənzimləyici element nkx-2.5 gen ifadəsini idarə edən GATA-dan asılı tənzimləyici mexanizmin sübutudur. 505 bp distal element daxilində digər inkişaf baxımından vacib tənzimləyici amillər üçün konsensus bağlayan yerlərin olması onu göstərir ki, çoxsaylı tənzimləyici amillər arasında kombinatorik qarşılıqlı təsirlər ürək, tiroid və dalaq primordiyasında nkx-2.5-in ilkin aktivləşməsindən məsuldur.


2.5: Gen və Operon - Biologiya

Müşahidə ki, Nβ-qalaktosidazanın terminal 23 qalıqları fermentativ fəaliyyətə təsir etmədən digər amin turşuları ilə əvəz edilə bilər, bu da onların arasında birləşmələrin əmələ gəlməsinə imkan verir. lacIlacZ genlər, həm Lac repressor, həm də β-qalaktosidaza fəaliyyəti ilə hibrid zülal verir. Bu, müxtəlif inşaatların yolunu açdı lak birləşmələr, nəticədə hibrid zülalları təyin edən hibrid genlərin əmələ gəlməsi. Hal-hazırda tikinti üçün bir sıra kommersiya vektorları mövcuddur lacZ birləşmələr in vitro mövcüd olmaq. Rəngsiz, həll olunan substrat, 5-bromo-4-xloro-3-indolil-β-d-qalaktozid (X-Gal) ilə hidroliz zamanı həll olunmayan mavi boya əmələ gətirən β-qalaktosidaza aktivliyinin həssas şəkildə aşkarlanması mümkün olmuşdur. lacZ gen ən çox istifadə edilənlərdən biridir in vivo reportyor genləri. Bu, xüsusi tənzimləyici siqnallara tabe olan genlərin aşkarlanması, zülalın müəyyən bir hüceyrə bölməsində lokalizasiyasını öyrənmək və inkişafla tənzimlənən genləri, transgen ifadəsini, toxuma spesifik ifadəsini və embriogenezdə və ya inkişafda iştirak edən digər aspektləri təhlil etmək üçün həssas bir üsul təqdim edir. biologiya. Müxtəlif mənşəli bir çox zülalların tənzimlənməsi, identifikasiyası və lokalizasiyası bir marker kimi füzyon zülallarının β-qalaktosidaza aktivliyindən istifadə etməklə aşkar edilmişdir.

Son bir neçə onillikdə transgenik siçanların daşıyıcısı lacZ reportyor geni müxtəlif toxumalarda həyat dövrünün inkişaf mərhələləri vasitəsilə gen ifadə nümunələrini təhlil etmək üçün geniş şəkildə istifadə edilmişdir. Transgen siçanları əldə etmək üçün lacZ gen hədəflənmiş genin promotoruna birləşdirilir, sonra DNT hazırlanır və mayalanmış siçan yumurtalarına mikroinyeksiya edilir. Transgen daşıyan β-qalaktosidaza aktivliyinin ifadəsi asanlıqla vizuallaşdırıla bilər yerində X-Gal xromogen substratdan və ya həssas və dəqiq lokalizasiyalara imkan verən bu yaxınlarda təqdim edilmiş müxtəlif flüorogen substratlardan istifadə etməklə toxuma bölmələrində.

Genom ardıcıllığı məlumatlarının partlaması, bu genomlar tərəfindən kodlanan açıq oxu çərçivələrinin böyük bir hissəsinin məlum bioloji funksiyası olmadığını ortaya qoydu. Əsas problem bu genlərin funksiyasını araşdırmaq üçün effektiv yeni üsulların tapılmasında qalır, bu yanaşma “funksional genomika” kimi tanınan və əksər bioloji proseslərin mərkəzi olan zülal-zülal qarşılıqlı təsirlərinin təhlilini əhatə edir. Hal-hazırda, zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsini seçmək və ya yoxlamaq üçün istifadə edilən ən güclü yanaşma iki hibrid metodlara əsaslanır. Əvvəlcə 1989-cu ildə Fields və Song tərəfindən hazırlanmışdır, hazırda bir neçə maya və ya bakterial iki hibrid sistem təsvir edilmişdir, ümumiyyətlə, iki ehtimal olunan zülal tərəfdaşı, transkripsiya faktorları və ya spesifik bir zülalın tamamlayıcı domenləri kimi qarşılıqlı təsir göstərən iki polipeptidlə birləşmişdir. Əksər sistemlərdə hibrid zülal assosiasiyasının oxunuşu süzülə bilən və ya seçilə bilən fenotiplərlə birləşdirilir, ən həssas olanlardan biri LacZ ifadəsidir. Həmçinin bax Genetika Mühəndisliyi: Reportyor Genləri və Zülal Domeninin Füzyonu

Α-tamamlama

β-qalaktosidazanın bəlkə də ən çox istifadə edilən xüsusiyyəti α-tamamlama adlanan fenomendir. Bu komplementasiya β-qalaktosidaza subunit polipeptid zəncirinin tamamlayıcı fraqmentlərinin qeyri-kovalent reassosiasiyasını əhatə edir, sonra isə enzimatik aktiv tetramerik struktura yenidən yığılır. α-tamamlama halında, ferment aktivliyinin bərpası o zaman baş verir N-terminal 60 β-qalaktosidaza qalıqları qarşılıqlı təsir göstərir in vivo və ya in vitro qeyri-aktiv ilə lacZ 11-41 kodonları olmayan mutant (α-qəbuledici). Bu fenomen 1977-ci ildə rekombinant DNT ehtiva edən bakterial koloniyaları müəyyən etmək üçün yeni klonlama vektorlarının hazırlanmasında istifadə edilmişdir. lak tənzimləyici bölgə və 60 ilk kodon lacZ gen M13 faqının DNT-sinə daxil edilmişdir. α-akseptor zülalını istehsal edən bakteriyalar, faqla yoluxduqda, tamamlama yolu ilə aktiv β-qalaktosidaza verir və X-Galın iştirakı ilə mavi lövhələr əmələ gətirir. M13-ün α-regionuna yad DNT-nin daxil edilməsi α-komplementasiyasına müdaxilə edərək rəngsiz lövhələr əmələ gətirən rekombinantların yaranmasına səbəb olur. Bu sadə test M13-də klonlamağı rutin prosedura çevirdi.

nin intrasistronik tamamlanması lacZ gen bu yaxınlarda eukaryotik hüceyrələrdə istifadə üçün uyğunlaşdırılmışdır. Müvafiqin tamamlanması lacZ məməli hüceyrələrindəki mutantların hüceyrə birləşməsinin təhlilinə və tək bütöv hüceyrələrdə birgə lokallaşdırılmış qarşılıqlı zülalların aşkarlanmasına imkan verdiyi göstərilmişdir. β-qalaktosidazanın intrasistronik tamamlanması bioloji cəhətdən müvafiq kontekstdə spesifik zülalların dimerləşməsinin qarşılıqlı təsirlərinin birbaşa qiymətləndirilməsi üçün də istifadə edilmişdir. Həmçinin İnsan Monoklonal Anticisimlərinin İstehsalı üçün Heyvan Hüceyrələrinin İstifadəsi və Göstərmə Metodlarına baxın

Bir vasitə kimi lak repressor

Lac repressorunun operatora effektiv şəkildə bağlanması və ondan induktor tərəfindən sərbəst buraxılması qabiliyyəti tez-tez gen ifadəsini modulyasiya etmək və ya eukaryotik hüceyrələrdə homozigot mənfi mutantları seçmək üçün istifadə edilmişdir. Lac repressorunun modul strukturu eukaryotik nüvə lokalizasiya sahələri və transkripsiya aktivləşdirmə domenləri daxil olmaqla, birləşmə zülallarının yaradılmasına imkan verir. N- və C- spesifik DNT bağlanmasının əhəmiyyətli dərəcədə pozulması olmadan repressorun terminalı. Lac repressorunun bu xüsusiyyəti müəyyən bir reseptorla birbaşa qarşılıqlı əlaqə üçün kompleks peptid kitabxanalarını ekranlaşdırmaq üçün istifadə edilmişdir. Peptidlər birləşdi C-Lac repressorunun terminalı hələ də yüksək effektivliklə operatora bağlana bilər. Bu əlaqə peptid-repressor-operator komplekslərinin immobilizasiya olunmuş reseptorla yaxınlıq təmizlənməsi yolu ilə peptidlərin təsadüfi populyasiyasında xüsusi peptid liqandlarının zənginləşdirilməsinə imkan verir.

Ticarətdə mövcud olan Big Blue transgen siçan mutasiyalarının aşkarlanması sistemi kortəbii və kimyəvi səbəbli mutasiyaların birbaşa təhlili üçün güclü bir yanaşma təmin edir. in vivo . Böyük Mavi siçan laktoza operonunun üç genetik elementi üçün transgenikdir: lacI gen, operator və lacZ gen. The lacI gen mutagenezin hədəfidir. Mutasiyaya uğramış hüceyrələr lacI gen qüsurlu Lac repressor istehsal edir, buna görə də β-qalaktosidaza sintez olunur və asanlıqla aşkar edilə bilər. Mutasiya edilməmiş hüceyrələr lacI gen aktiv repressor istehsal edir və β-qalaktosidaza istehsal olunmur. Bu sistem kimyəvi kanserogenlərin mutasiya tezliyinə təsirini öyrənmək üçün geniş şəkildə istifadə edilmişdir. Genetikada istifadə edilən eksperimental orqanizmlər və zülallar: yaxınlıq etiketləri

Tətbiqlərin geniş spektrini nəzərə alaraq lak operon əlaqələndirildikdə, gələcək inkişafın hüceyrə tənzimlənməsinin və təşkilinin bir çox xüsusiyyətlərini başa düşməyimizə kömək edəcəyini gözləmək olar.


İçindəkilər

"Operon" termini ilk dəfə 1960-cı ildə Fransa Elmlər Akademiyasının Protokolunda qısa məqalədə təklif edilmişdir. [9] Bu məqalədən operonun ümumi nəzəriyyəsi deyilən nəzəriyyə işlənib hazırlanmışdır. Bu nəzəriyyə bütün hallarda operon daxilindəki genlərin birinci gendən əvvəl yerləşən bir operatorda fəaliyyət göstərən repressor tərəfindən mənfi şəkildə idarə olunduğunu irəli sürdü. Daha sonra, genlərin müsbət şəkildə tənzimlənə biləcəyi və transkripsiyanın başlanmasından sonrakı mərhələlərdə tənzimlənə biləcəyi aşkar edildi. Buna görə də ümumi tənzimləmə mexanizmindən danışmaq mümkün deyil, çünki müxtəlif operonların müxtəlif mexanizmləri var. Bu gün operon sadəcə olaraq tək bir mRNT molekuluna transkripsiya edilmiş genlər toplusu kimi müəyyən edilir. Buna baxmayaraq, konsepsiyanın inkişafı molekulyar biologiya tarixində əlamətdar hadisə hesab olunur. Təsvir edilən ilk operon lak operon idi E. coli. [9] 1965-ci il Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatı operon və virus sintezi ilə bağlı kəşflərinə görə Fransua Yakob, Andre Mişel Lvof və Jak Monoda verildi.

Operonlar əsasən prokaryotlarda, həmçinin bəzi eukariotlarda, o cümlədən nematodlarda olur. C. elegans və meyvə milçəyi, Drosophila melanogaster. rRNT genləri tez-tez xordatlar da daxil olmaqla bir sıra eukariotlarda aşkar edilmiş operonlarda mövcuddur. Bir operon ümumi bir promotor altında təşkil edilmiş və ümumi operator tərəfindən tənzimlənən bir neçə struktur gendən ibarətdir. Bu, struktur genlərin transkripsiyasına təsir edən bitişik struktur genlər toplusu, üstəgəl qonşu tənzimləyici siqnallar kimi müəyyən edilir. 5 [11] Müəyyən bir operonun tənzimləyiciləri, o cümlədən repressorlar, corepressorlar və aktivatorlar, mütləq həmin operon tərəfindən kodlaşdırılmır. Tənzimləyicilərin, promotorun, operatorun və struktur DNT ardıcıllığının yeri və vəziyyəti ümumi mutasiyaların təsirini müəyyən edə bilər.

Operonlar regulonlar, stimulonlar və modulonlarla əlaqəlidir, halbuki operonlarda eyni operator tərəfindən tənzimlənən bir sıra genlər, regulonlar tək bir tənzimləyici zülal tərəfindən tənzimlənən bir sıra genlər toplusunu və stimullar tək hüceyrə stimulu ilə tənzimlənən bir sıra genləri ehtiva edir. . Müəlliflərinin fikrincə, “operon” termini “işləmək” felindən əmələ gəlib. [12]

Bir operon ümumiyyətlə bir polikistronik mRNT-yə (birdən çox proteini kodlayan tək mRNT molekulu) transkripsiya edilən bir və ya daha çox struktur gendən ibarətdir. Bununla birlikdə, bir operonun tərifi mRNT-nin polikistronik olmasını tələb etmir, baxmayaraq ki, praktikada adətən belədir. [5] Struktur genlərin yuxarı hissəsində RNT polimerazanın bağlanması və transkripsiyaya başlaması üçün yer təmin edən promotor ardıcıllığı yerləşir. Promotorun yaxınlığında DNT-nin an adlı bir hissəsi yerləşir operator.

Bir operonun bütün struktur genləri tək promotor və operatora görə birlikdə ON və ya OFF vəziyyətinə gətirilir, lakin bəzən gen ifadəsi üzərində daha çox nəzarət tələb olunur. Bu aspektə nail olmaq üçün bəzi bakterial genlər bir-birinə yaxın yerləşir, lakin onların hər biri üçün xüsusi bir promotor var, buna gen klasterləşməsi deyilir. Adətən bu genlər eyni yolda, məsələn, metabolik bir yolda birlikdə işləyəcək zülalları kodlayır. Gen qruplaşması prokaryotik hüceyrəyə metabolik fermentləri düzgün ardıcıllıqla istehsal etməyə kömək edir. [13]

Operon 3 əsas DNT komponentindən ibarətdir:

    – genin transkripsiyasını təmin edən nukleotid ardıcıllığı. Promotor RNT polimeraza tərəfindən tanınır, daha sonra transkripsiyaya başlayır. RNT sintezində promotorlar messencer RNT yaratmaq üçün hansı genlərin istifadə edilməli olduğunu göstərir və əlavə olaraq hüceyrənin hansı zülalları istehsal etdiyinə nəzarət edir.
  • Operator – repressorun bağlandığı DNT seqmenti. O, klassik olaraq lak operonda promotor və operonun genləri arasında seqment kimi müəyyən edilir. [14] Əsas operator (O1). lak operon promotorun bir qədər aşağı axınında iki əlavə operator, O2 və O3 müvafiq olaraq -82 və +412-də yerləşir. Repressor vəziyyətində, repressor zülalı fiziki olaraq RNT polimerazanın genləri transkripsiya etməsinə mane olur. – operon tərəfindən birgə tənzimlənən genlər.

Həmişə operona daxil edilmir, lakin onun funksiyasında vacib olan tənzimləyici gen, repressor zülalları kodlayan daim ifadə olunan gendir. Tənzimləyici genin onu idarə etmək üçün operonun içində, ona bitişik və ya onun yanında olmasına ehtiyac yoxdur. [15]

İnduktor (kiçik molekul) repressoru (proteini) operator yerindən (DNT) sıxışdırıb çıxara bilər, nəticədə maneəsiz operon yaranır.

Alternativ olaraq, corepressor repressorun operator sahəsinə bağlanmasına imkan vermək üçün onu bağlaya bilər. Bu tip tənzimləmənin yaxşı nümunəsi trp operonu üçün görünür.

Operona nəzarət orqanizmlərə ətraf mühit şəraitindən asılı olaraq müxtəlif genlərin ifadəsini tənzimləməyə imkan verən bir gen tənzimlənməsi növüdür. Operonun tənzimlənməsi induksiya və ya repressiya yolu ilə mənfi və ya müsbət ola bilər. [14]

Mənfi nəzarət transkripsiyanın qarşısını almaq üçün repressorun operatora bağlanmasını nəzərdə tutur.

  • In mənfi induksiya olunan operonlar, tənzimləyici repressor zülalı normal olaraq operatora bağlanır, bu da operondakı genlərin transkripsiyasının qarşısını alır. Əgər induksiya molekulu varsa, o, repressorla bağlanır və operatora bağlana bilməyəcək şəkildə konformasiyasını dəyişir. Bu, operonun ifadəsinə imkan verir. The lak operon mənfi idarə olunan induksiya olunan operondur, burada induksiya edən molekul allolaktozadır.
  • In mənfi repressiv operonlar, operonun transkripsiyası normal olaraq baş verir. Repressor zülalları tənzimləyici gen tərəfindən istehsal olunur, lakin onlar normal konformasiyasında operatora bağlana bilmirlər. Bununla belə, korepressorlar adlanan müəyyən molekullar repressor zülalı ilə birləşərək aktiv bölgədə konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur. Aktivləşdirilmiş repressor zülalı operatora bağlanır və transkripsiyanın qarşısını alır. The trp triptofanın sintezində iştirak edən operon (özü də corepressor kimi çıxış edir) mənfi idarə olunan repressiv operondur.

Operonlar da müsbət idarə oluna bilər. Müsbət nəzarətlə aktivator zülal DNT-yə bağlanaraq transkripsiyanı stimullaşdırır (adətən operatordan başqa yerdə).

  • In müsbət induksiya olunan operonlar, aktivator zülalları normal olaraq müvafiq DNT-yə bağlana bilmir. İnduktor aktivləşdirici zülalla bağlandıqda, o, DNT-yə bağlana və transkripsiyanı aktivləşdirə bilməsi üçün uyğunlaşma dəyişikliyinə məruz qalır.
  • In müsbət repressiv operonlar, aktivator zülalları normal olaraq müvafiq DNT seqmentinə bağlıdır. Bununla belə, bir inhibitor aktivator tərəfindən bağlandıqda, DNT-yə bağlanmasının qarşısı alınır. Bu, sistemin aktivləşdirilməsini və transkripsiyasını dayandırır.

The lak model bakteriyanın operonu Escherichia coli kəşf edilən ilk operon idi və operon funksiyasının tipik bir nümunəsini təqdim edir. O, üç bitişik struktur gendən, bir promotordan, bir terminatordan və bir operatordan ibarətdir. The lak operon qlükoza və laktoza mövcudluğu da daxil olmaqla bir sıra amillərlə tənzimlənir. Allolaktoza ilə aktivləşdirilə bilər. Laktoza repressor zülalına bağlanır və onun gen transkripsiyasını repressiya etməsinə mane olur. Bu, derepressible (yuxarıdan: mənfi induksiya edilə bilən) modelin bir nümunəsidir. Beləliklə, laktoza və ya allolaktozun iştirakı ilə induksiya olunan mənfi induksiya olunan operondur.

1953-cü ildə Jak Monod və həmkarları tərəfindən kəşf edilmiş trp operonu E. coli kəşf edilən ilk repressiv operon idi. Lak operonu kimyəvi (allolaktoza) ilə aktivləşdirilə bildiyi halda, triptofan (Trp) operonu kimyəvi (triptofan) tərəfindən inhibə edilir. Bu operonun tərkibində beş struktur gen var: trp E, trp D, trp C, trp B və triptofan sintetaza kodlayan trp A. O, həmçinin RNT polimeraza ilə bağlanan promotor və operatora bağlanan repressor geni (trp R) tərəfindən sintez edilən zülala bağlandıqda transkripsiyanı bloklayan operatoru ehtiva edir. Lak operonda laktoza repressor zülalına bağlanır və onun gen transkripsiyasını repressiya etməsinə mane olur, trp operonda isə triptofan repressor zülalına bağlanır və ona gen transkripsiyasını repressiya etməyə imkan verir. Həmçinin lak operondan fərqli olaraq, trp operonu pilləli tənzimləməyə imkan verən lider peptid və zəiflədici ardıcıllığı ehtiva edir. [16] Bu, corepressible modelin bir nümunəsidir.

Operonların sayı və təşkili ən çox tənqidi şəkildə öyrənilmişdir E. coli. Nəticədə orqanizmin genomik ardıcıllığına əsasən proqnozlar vermək olar.

Proqnozlaşdırma metodlarından biri genomdakı operonların sayının əsas göstəricisi kimi oxu çərçivələri arasındakı genlərarası məsafədən istifadə edir. Ayırma sadəcə çərçivəni dəyişdirir və oxunuşun səmərəli olmasına zəmanət verir. Operonların başladığı və dayandığı yerlərdə daha uzun uzanmalar mövcuddur, çox vaxt 40-50 bazaya qədər. [17]

Operonları proqnozlaşdırmaq üçün alternativ üsul iki və ya daha çox genomda gen sırasının və oriyentasiyasının qorunduğu gen qruplarının tapılmasına əsaslanır. [18]

Molekulların funksional sinfi nəzərə alınarsa, operonun proqnozu daha dəqiq olur. Bakteriyalar öz oxu çərçivələrini zülal komplekslərində, ümumi yollarda və ya ortaq substratlarda və daşıyıcılarda birgə iştirakla təcrid olunmuş vahidlərə toplayıblar. Beləliklə, dəqiq proqnozlaşdırma bütün bu məlumatları əhatə edəcək, həqiqətən də çətin bir işdir.

Paskalya Kosartın laboratoriyası mikroorqanizmin bütün operonlarını eksperimental olaraq təyin edən ilk laboratoriyadır. Listeria monocytogenes. 517 polikistronik operon, transkripsiyada baş verən qlobal dəyişiklikləri təsvir edən 2009-cu ildə bir araşdırmada verilmişdir. L. monocytogenes müxtəlif şərtlər altında. [19]


2.5: Gen və Operon - Biologiya

kimi bakteriyalar E. coli yaşamaq üçün amin turşularına ehtiyac var. Triptofan belə bir amin turşusudur E. coli ətraf mühitdən qəbul edə bilər. E. coli beş gen tərəfindən kodlanan fermentlərdən istifadə edərək triptofanı da sintez edə bilir. Bu beş gen adlanan yerdə bir-birinin yanındadır triptofan (trp) operon (Şəkil 1). Ətraf mühitdə triptofan varsa, deməli E. coli onu sintez etməyə ehtiyac yoxdur və genlərin aktivləşdirilməsinə nəzarət edən keçid trp operon söndürülür. Bununla belə, triptofanın mövcudluğu aşağı olduqda, operonu idarə edən keçid işə salınır, transkripsiyaya başlanır, genlər ifadə edilir və triptofan sintez olunur.

Şəkil 1. Triptofanı sintez etmək üçün lazım olan beş gen E. coli bir-birinin yanında yerləşir trp operon. Triptofan bol olduqda, iki triptofan molekulu repressor zülalını operator ardıcıllığında bağlayır. Bu, RNT polimerazanın triptofan genlərinin transkripsiyasını fiziki olaraq bloklayır. Triptofan olmadıqda, repressor zülalı operatora bağlanmır və genlər transkripsiya edilir.

The trp operona üç mühüm bölgə daxildir: kodlaşdırma bölgəsi, trp operator və trp təşviqatçı. Kodlaşdırma bölgəsinə beş triptofan biosintez fermenti üçün genlər daxildir. Kodlaşdırma bölgəsindən dərhal əvvəl transkripsiya başlanğıc saytı . Transkripsiyanı başlatmaq üçün RNT polimerazanın bağlandığı promotor ardıcıllığı transkripsiya başlanğıc yerindən əvvəl və ya "yuxarı"dır. Promouter və transkripsiya başlanğıc yeri arasında operator bölgəsi yerləşir.

The trp operator olan DNT kodunu ehtiva edir trp repressor proteini bağlaya bilir. Bununla belə, repressor tək başına operatoru bağlaya bilməz. Triptofan hüceyrədə olduqda, iki triptofan molekulu bağlanır trp repressor, repressor zülalının formasını dəyişdirə bilən bir formaya bağlana bilər trp operator. Operatorda triptofan-repressor kompleksinin bağlanması fiziki olaraq RNT polimerazanın promotorla bağlanmasının və aşağı axın genlərinin transkripsiyasının qarşısını alır.

Hüceyrədə triptofan olmadıqda, repressor özü operatora bağlanmır, polimeraza ferment genlərini transkripsiya edə bilir və triptofan sintez olunur. Çünki repressor zülal aktiv olaraq operatora bağlanaraq genləri söndürülür trp operonun olduğu deyilir mənfi tənzimlənir və operatoru susdurmaq üçün bağlayan zülallar trp ifadədirlər mənfi tənzimləyicilər .


Campylobacter lari-dən tam uzunluqlu sitoletal distensiya edən toksin (cdt) gen operonunun klonlaşdırılması və struktur analizi

Bir cdt geni operonunu kodlayan polimeraza zəncirvari reaksiya (PZR) amplikonları (təxminən 2,5 kbp) və iki qismən və ehtimal olunan açıq oxu çərçivələri (ORFs) altı ureaza mənfi (UN) Campylobacter lari təcridində silisiumda qurulmuş yeni PCR primer cütündən istifadə edərək müəyyən edilmişdir. . Operonda cdtA, cdtB və cdtC üçün üç yaxın məsafədə yerləşən və ehtimal olunan ORF, iki ehtimal edilən promotor və hipotetik olaraq daxili p-müstəqil transkripsiya terminatoru tapıldı. Hər bir ORF bir ATG başlanğıc kodonu ilə başladı və cdtA və cdtB üçün TGA dayandırma kodonu və cdtC üçün TAA ilə başa çatdı. Maraqlıdır ki, cdtA və cdtB arasında dörd nukleotidin üst-üstə düşməsi və cdtB və cdtC arasında baş verən altı əsas cütünün kodlaşdırılmayan bölgəsi aşkar edilmişdir. Üç cdt geni üçün başlanğıc kodonlarından əvvəl Shine-Dalgarno ardıcıllığı var idi. Yeddi təcrid (C.lari RM2100 daxil olmaqla) arasında cdtA genində yeddi, cdtB-də altı və cdtC-də iki lokusda nukleotid ardıcıllığı fərqləri müəyyən edilsə də, ehtimal olunan promotorlarda, hipotetik olaraq daxili transkripsiya terminatorunda və üç ribosomda heç bir polimorfik sahə baş verməmişdir. yeddi təcrid arasında bağlanan yerlər. Həm Escherichia coli cdtB, həm də məməli DNase I üçün spesifik olan bütün doqquz amin turşusu qalığı 26 C.lari izolatlarında, həmçinin C. jejuni və C. coli-də cdtB gen lokusunda tamamilə qorunub saxlanılmışdır. Primer cütündən istifadə edərək ureaza-müsbət termofilik kampilobakterlər (UPTC n=10) ilə heç bir PCR amplikonları yaradılmadı.


Arsen Tərkibləri və Dəniz Mühitində Onun Biotransformasiyası

Kiran Kalia, Devang B. Khambholja, Handbook of Arsenic Toksikologiyası, 2015

28.6.2 Dəniz Bakteriyaları

Mikrob vasitəçiliyi ilə arsen mübadiləsi arsenin ekologiyasında böyük rol oynamışdır ki, bu da hərəkətlilik və bioavailability parametrlərinə, həmçinin dəniz mühitində toksikliyə təsir göstərir. Biotransformasiya proseslərində iştirak edən bakteriyalar arseni asanlıqla metabolizə edir və detoksifikasiya, anaerob tənəffüs, metilasiya və assimilyasiya daxil olmaqla müxtəlif metabolik funksiyalarda iştirak edir. Dəniz bakteriyaları qeyri-üzvi arsen növlərini arsenin müxtəlif metilləşdirilmiş və/və ya mürəkkəb üzvi formalarına çevirmək qabiliyyətinə malikdir [47] , həmçinin mürəkkəb orqanoarsenikləri qeyri-üzvi arsenidə parçalamaq qabiliyyətinə malikdir [75]. Ətraf mühitlərində arsen birləşmələri ilə sağ qalmaq üçün mikroblar genetik quruluşları və məhsulları ilə vasitəçilik edilən bir neçə metabolik yollar inkişaf etdirmişlər [88]. Arsen biotransformasiyasında iştirak edən genlər bunlardır aox/aos genlər (arsenit oksidləşməsi, bu yaxınlarda adlandırılmışdır aio genlər), arr genlər (anaerob arsenat tənəffüsü) və ars genlər (reduksiya və metilasiya). Bakteriya hüceyrələrində arsenin biotransformasiyasının sxematik modeli Şəkil 28-3 [3]-də ümumiləşdirilmişdir. Arsenat və arsenit müvafiq olaraq fosfat və qliserolun analoqu kimi çıxış edə bildiyindən, onlar müvafiq olaraq fosfat (Pst/Pit) daşıyıcıları və qliseroporin (Glp) membran zülalları vasitəsilə mikrob hüceyrələrinə daxil olurlar [88]. Hüceyrə arsenitin qəbulu heksoz daşıyıcıları [90] və ya qlükoza keçirici GLUT1 [91] vasitəsilə də müşahidə edilmişdir. Hüceyrədaxili arsenit tənzimləyici zülal ArsR-ni bağlamaq üçün bir induktor kimi xidmət edir (şifrə ilə kodlanır). arsR gen) onun konformasiya dəyişikliklərinə və əvvəllər bağlanmış tənzimləyici zülalın operator sahəsinə çıxarılmasına səbəb olur. ars operon (Şəkil 28-3). ArsR tənzimləyici zülalının çıxarılması transkripsiyasına gətirib çıxarır ars genlər. Bakteriyalarda arsenin detoksifikasiyasının ən yaxşı xarakterizə mexanizmi arsenatın arsenitə çevrilməsini əhatə edir. arsC gen. Arsenit daha da kodlanmış membranla əlaqəli axıntı nasosu ilə ekstrüde edilir. arsB gen və ya hüceyrədaxili bölmələrdə sekvestr olunur. Digər genlər kimi arsDarsA (ATPase üçün kodlanmış) ilə birlikdə tapılır arsCarsB prokaryotların əksəriyyətində [92] . Arsen tolerantlıq mexanizmi tərəfindən verilir ars müxtəlif bakteriya növlərində ya plazmiddə, ya da xromosomda yerləşən operon. Nəsildən olan bakteriyalar HalomonasAcinetobacter Hindistanın Qoan ərazisindəki Mandovi və Zuari mənsəb su sistemlərindən təcrid olunmuş, liman kimi göstərilmişdir. arsA, arsB, və arsC onların plazmidində genlər [93] . Arsenit arsenatın reduksiyası ilə əmələ gəlir, ya hüceyrədən xaric edilir, ya da metilləşərək, ArsM (S-adenosylmethyltransferase) tərəfindən kodlanan müxtəlif metilləşdirilmiş arseniklər əmələ gətirir. arsM naməlum bir daşıyıcı tərəfindən hüceyrədən çıxarılan gen.

Figure 28–3 . Arsenic biotransformation in prokaryotic cells. (A) Respiratory arsenate reductase (Arr) is involved in the reduction of As(V). (B) Arsenite oxidase (Aso/Aox) is responsible for oxidation of As(III). (C) S-adenosylmethyltransferase (ArsM) is responsible for methylation of As(III) to produce methylated arsenicals as the end product. (D) Genes (arsRDABC) and proteins involved in the uptake of As(III) and As(V) (GlpF and Pst/Pit transporter), reduction of As(V) (ArsC), extrusion of As(III) (ArsAB), regulation (ArsRD) by arsenic-resistant organisms.

Thioarsenicals, structural analogues of oxyarsenicals in which sulfur replaces oxygen, are formed by exposure of oxyarsenicals to hydrogen sulfide [94] . Arsenic species reported to form thio species include MMA, DMA, arsenosugars, dimethylarsinoyl ethanol, and dimethylarsinoyl acetate. These species are thought to be formed in the presence of hydrogen sulfide during anaerobic degradation of seaweed [65] . Studies have shown that anaerobic microflora from human feces or mouse cecum and gastrointestinal tracts of marine organisms may convert DMA(V) into thiolated arsenic compounds such as dimethylthioarsenate and trimethylarsine sulfide [95–97] . Marine sediments and hydrothermal waters are rich in sulfur, where the reducing conditions and relatively high pH may favor the formation of thiomethylated arsenicals by anaerobic sedimentary bacteria. So far none of the bacterial species in the marine environment have been identified for their ability to synthesize thiomethylated arsenicals, either from inorganic arsenic or from methylated forms.

Oxidation of arsenite to arsenate mediated by arsenite oxidase, encoded by aox/aos/aoi genes, was observed in bacteria and archaeans as the detoxification mechanism. The toxicity of arsenic depends on its oxidation state, while arsenite is 100 times more toxic than arsenate in most biological systems [98] . Acinetobacter junii SeaH-As6s and Marinobacter sp. SeaH-As6w, isolated from coastal sediment and sea water, respectively, from Gwangyang Bay, Republic of Korea, were found to oxidize arsenite to arsenate.

Apart from the operon-mediated detoxification mechanism, Bacillus sp. strain XZM002 has shown an additional arsenic tolerance mechanism by changing its shape to reduce its surface area to survive in the presence of high arsenic concentrations in its environment. The initial rod shape was altered to oval and then to circular form with gradual increase in extracellular arsenic concentration. The circular form will have the least surface area for arsenic uptake and thus will exhibit less toxicity [99] .

Marine bacteria have the main role in the biogeochemical arsenic cycle of decomposing complex organoarsenicals into their simple organic forms or even into inorganic arsenic forms [75,100] . Two bacterial strains of the group Vibrio/Aeromonas were isolated from coastal sediments, and efficiently decomposed arsenobetaine in aerobic conditions to dimethylarsinic acid. The addition of sediment itself in the media, as the source of arsenobetaine-decomposing microorganisms, has shown the decomposition pattern of arsenobetaine to trimethylarsine to inorganic arsenic [75] . The oxidation and demethylation of methylated arsenicals by bacteria has been studied in marine waters [101] .

Arsenic mobility in the environment was significantly enhanced by bacterial cell-mediated arsenate reduction. Two different pathways for arsenate reduction were observed in microorganisms encoded by arsarr sistemləri. The arsenate reductase encoded by ars genes encodes cytoplasmic arsenate reductase associated with a detoxification mechanism, whereas membrane/periplasmic arsenate reductase encoded by arr genes were associated with cellular respiration [102–104] .


Operon

Redaktorlarımız təqdim etdiyinizi nəzərdən keçirəcək və məqaləyə yenidən baxılıb-bağlanmayacağını müəyyənləşdirəcək.

Operon, genetic regulatory system found in bacteria and their viruses in which genes coding for functionally related proteins are clustered along the DNA. This feature allows protein synthesis to be controlled coordinately in response to the needs of the cell. By providing the means to produce proteins only when and where they are required, the operon allows the cell to conserve energy (which is an important part of an organism’s life strategy).

A typical operon consists of a group of structural genes that code for enzymes involved in a metabolic pathway, such as the biosynthesis of an amino acid. These genes are located contiguously on a stretch of DNA and are under the control of one promoter (a short segment of DNA to which the RNA polymerase binds to initiate transcription). A single unit of messenger RNA (mRNA) is transcribed from the operon and is subsequently translated into separate proteins.

The promoter is controlled by various regulatory elements that respond to environmental cues. One common method of regulation is carried out by a regulator protein that binds to the operator region, which is another short segment of DNA found between the promoter and the structural genes. The regulator protein can either block transcription, in which case it is referred to as a repressor protein or as an activator protein it can stimulate transcription. Further regulation occurs in some operons: a molecule called an inducer can bind to the repressor, inactivating it or a repressor may not be able to bind to the operator unless it is bound to another molecule, the corepressor. Some operons are under attenuator control, in which transcription is initiated but is halted before the mRNA is transcribed. This introductory region of the mRNA is called the leader sequence it includes the attenuator region, which can fold back on itself, forming a stem-and-loop structure that blocks the RNA polymerase from advancing along the DNA.

The operon theory was first proposed by the French microbiologists François Jacob and Jacques Monod in the early 1960s. In their classic paper they described the regulatory mechanism of the lak operon of Escherichia coli, a system that allows the bacterium to repress the production of enzymes involved in lactose metabolism when lactose is not available.


Videoya baxın: التنظيم الجيني لدى بدائيات النواة - lac operon (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Atl

    Siz səhv edirsiniz. Biz müzakirə etməliyik. Mənə PM-də yazın, sizinlə danışır.

  2. Zubair

    İşin hansı xarakterini görmək

  3. Percival

    Bu yalnız şərtlilik

  4. Emile

    Üzr istəyirəm, heç bir şeyə kömək edə bilərəm. Ancaq əmindir ki, düzgün qərar tapacaqsınız. Ümidsiz deyiləm.



Mesaj yazmaq