ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 16
გაკვეთილი 1: გენის რეგულაცია ბაქტერიებშიზოგადი მიმოხილვა: გენის რეგულაცია ბაქტერიებში
ოპერონების მიმოხილვა, რეგულატორული დნმ-ს თანმიმდევრობები, & რეგულატორული გენები. რეპრესორი & აქტივატორი ცილები.
საკვანძო საკითხები:
- ბაქტერიული გენები ხშირად გვხვდება ოპერონებში. გენები ოპერონში გადაწერილია ჯგუფად და გააჩნიათ ერთადერთი პრომოტორი.
- თითოეული ოპერონი შეიცავს რეგულატორული დნმ-ის თანმიმდევრობებს, რომლებიც მოქმედებენ, როგორც დამაკავშირებელი უბნები რეგულატორული ცილებისთვის, რომლებიც ააქტივებენ ან ახშობენ ტრანსკრიფციას.
- რეგულატორული ცილები ხშირად უკავშირდება მცირე ზომის მოლეკულებს, რომლებსაც შეუძლიათ ამ ცილის გააქტივება ან ინაქტივირება მისი დნმ-თან დაკავშირების უნარის შეცვლით.
- ზოგიერთი ოპერონი ინდუცირებადია, რაც ნიშნავს იმას, რომ მათ შეუძლიათ ჩართვა გარკვეული მცირე მოლეკულის არსებობით. სხვები კი რეპრესირებადია, რაც ნიშნავს, რომ ჩვეულებრივ ისინი ჩართულ მდგომარეობაშია, მაგრამ შესაძლოა მათი ინჰიბირება მცირე მოლეკულის მეშვეობით.
შესავალი
ჩვენ ბაქტერიებს მივიჩნევთ ელემენტარულად, მაგრამ უმარტივეს ბაქტერიასაც კი კომპლექსური სამუშაო აქვს, როდესაც საქმე გენის რეგულაციას ეხება! თქვენს ნაწლავებსა ან კბილებს შორის მყოფ ბაქტერიებს აქვთ გენომები, რომლებიც შეიცავს ათასობით სხვადასხვა გენს. ამ გენების უმეტესობა აკოდირებს ცილებს, თითოეული მათგანი თავისი კუთვნილი როლით ისეთ პროცესში, როგორიცაა მეტაბოლიზმი, ხელს უწყობს უჯრედის სტრუქტურის შენარჩუნებას და იცავს ვირუსებისგან.
ზოგიერთი ამ ცილათაგანი გვესაჭიროება ყოველდღიურად, მაშინ, როდესაც სხვები საჭიროა კონკრეტულ ვითარებებში. ამგვარად, უჯრედები ყოველთვის არ ავლენენ ყველა გენს თავიანთ გენომში. თქვენ შეგიძლიათ, იფიქროთ, რომ გენომი სამზარეულო წიგნივითაა, მრავალი სხვადასხვა რეცეპტით. უჯრედი მხოლოდ იმ რეცეპტებს იყენებს (ექსპრესირებს გენებს) რომლებიც შეესაბამება მის მიმდინარე საჭიროებებს.
როგორ რეგულირდება გენის ექსპრესია?
არსებობს გენის რეგულაციის სხვადასხვა ფორმები, ანუ, მექანიზმები, რომლებიც აკონტროლებენ, თუ რომელი გენები უნდა ექსპრესირდეს და რა დონეზე, თუმცა გენის რეგულაციის უმეტესობა ტრანსკრიფციის საფეხურზე მიმდინარეობს.
ბაქტერიებს აქვთ სპეციფიკური რეგულატორული მოლეკულები, რომლებიც აკონტროლებენ, განსაზღვრული გენი ტრანსკრიბირდება თუ არა ი-რნმ-ში. ხშირად ეს მოლეკულები მოქმედებს დნმ-თან დაკავშირების მეშვეობით გენის მახლობლად და ეხმარება ან ბლოკავს ტრანსკრიფციის ფერმენტს, რნმ პოლიმერაზას. მოდით, უფრო ახლოდან ვნახოთ, თუ როგორ რეგულირდება გენები ბაქტერიებში.
ბაქტერიებში გენები ხშირად ოპერონებში გვხვდება.
ბაქტერიებში მონათესავე გენები ხშირად ქრომოსომაზე მყოფ კლასტერებში გვხვდება, სადაც ისინი გადაწერილია ერთი პრომოტორიდან (რნმ პოლიმერაზას კავშირის უბანი) ერთ მთლიანობად. ამგვარი კლასტერი ერთადერთი პრომოტორის მიერ კონტროლირებული გენებით ცნობილია ოპერონის სახელით. ოპერონები ჩვეულია ბაქტერიებისთვის, მაგრამ იშვიათია ეუკარიოტებში, მაგალითად, ადამიანებში.
ზოგადად, ოპერონი მოიცავს გენებს, რომლებიც ფუნქციონირებენ ერთსა და იმავე პროცესში. მაგალითად, კარგად შესწავლილი ოპერონი, სახელად lac ოპერონი, შეიცავს გენებს, რომლებიც აკოდირებენ კონკრეტული შაქრის, ლაქტოზას, შეწოვასა და მეტაბოლიზმში ჩართულ ცილებს. ოპერონები საშუალებას აძლევს უჯრედს, სწორად გამოავლინონ გენთა ჯგუფები, რომელთა პროდუქტებიც საჭიროა მოცემულ მომენტში.
ოპერონის ანატომია
იპერონები მხოლოდ გენების თანმიმდევრობების კოდირებისთვის არაა შექმნილი. გარდა ამისა, ისინი შეიცავენ რეგულატორული დნმ-ის თანმიმდევრობებს, რომლებიც აკონტროლებს ოპერონის ტრანსკრიფციას. როგორც წესი, ეს თანმიმდევრობები დაკავშირების უბნებია რეგულატორული ცილებისთვის, რომლებიც აკონტროლებს, თუ რამდენად უნდა ტრანსკრიბირდეს ოპერონი. პრომოტორი, ან უბანი, სადაც რნმ პოლიმერაზა ებმის, დნმ პოლიმერაზას თანმიმდევრობის ერთი მაგალითია.
ოპერონების უმეტესობას აქვს, ასევე, სხვა რეგულატორული დნმ-ის თანმიმდევრობები, პრომოტორის გარდა. ეს თანმიმდევრობები დაკავშირების უბნებია რეგულატორული ცილებისთვის, რომლებიც ოპერონის ექსპრესიას ააქტიურებენ ან ამცირებენ.
- ზოგიერთი რეგულატორული ცილა რეპრესორია, რომელიც ებმის დნმ-ს ნაწილებს, რომლებსაც ოპერატორები ეწოდება. საკუთარ ოპერატორთან შეკავშირების შემდეგ რეპრესორი აქვეითებს ტრანსკრიფციას (მაგ., რნმ პოლიმერაზას დნმ-ზე მოძრაობის დაბლოკვით).
- ზოგიერთი რეგულატორული ცილა აქტივატორია. როდესაც აქტივატორი ესაზღვრება მის დნმ-თან დაკავშირების უბანს, ეს ზრდის ოპერონის ტრანსკრიფციას (მაგ., რნმ პოლიმერაზას პრომოტორთან დაკავშირებაში დახმარებით).
საიდან მოდის რეგულატორული ცილები? როგორც ორგანიზმში წარმოქმნილი ნებისმიერი სხვა ცილა, ისინიც კოდირებულია გენების მიერ, ბაქტერიის გენომში. გენებს, რომლებიც აკოდირებენ რეგულატორულ ცილებს, ზოგჯერ უწოდებენ რეგულატორულ გენებს.
მრავალ რეგულატორულ ცილას აქვს უნარი, საკუთარი თავი ჩართოს ან გამორთოს სპეციფიკური მცირე ზომის მოლეკულების საშუალებით. პატარა მოლეკულები უკავშირდება ცილას, ცვლის მის ფორმასა და შესაძლებლობას, დაუკავშირდეს დნმ-ს. მაგალითად, აქტივატორი მხოლოდ მაშინ შეიძლება გააქტივდეს (ჰქონდეს შესაძლებლობა, მიებას დნმ-ს), როდესაც იგი ეჯახება კონკრეტულ პატარა მოლეკულას.
ოპერონები შეიძლება, იყოს ინდუცირებადი ან რეპრესირებადი
ზოგიერთი ოპერონი ჩვეულებრივ „გამორთულია", მაგრამ შეიძლება მათი „ჩართვა" პატარა მოლეკულის მეშვეობით. მოლეკულას ეწოდება ინდუქტორი, ხოლო ოპერონს უწოდებენ ინდუცირებადს.
- მაგალითად, lac ოპერონი ინდუცირებადი ოპერონია, რომელიც აკოდირებს ფერმენტებს, შაქარ ლაქტოზას მეტაბოლიზმისთვის. იგი მხოლოდ შაქარი ლაქტოზას არსებობის შემთხვევაში ირთვება (და სხვა, უფრო პრივილეგირებული შაქრები წარმოდგენილი არაა). ამ შემთხვევაში ინდუქტორი ალოლაქტოზაა, ლაქტოზას გარდაქმნილი ფორმა.
სხვა ოპერონები ჩვეულებრივ „ჩართულია", მაგრამ შეიძლება, „გამოირთოს" პატარა მოლეკულის მიერ. ასეთ მოლეკულას ეწოდება კორეპრესორი, ოპერონს კი - რეპრესირებადი.
- მაგალითად, trp ოპერონი რეპრესირებადი ოპერონია, რომელიც აკოდირებს ფერმენტებს, ამინომჟავა ტრიპტოფანის სინთეზისთვის. ეს ოპერონი ექსპრესირდება, როდესაც წინააღმდეგობას არაფერი უწევს, მაგრამ შეიძლება, რეპრესირდეს, როდესაც სახეზეა ამინომჟავა ტრიპტოფანის მაღალი დონე. კორეპრესორი ამ შემთხვევაში ტრიპტოფანია.
ეს მაგალითები ხსნის მნიშვნელოვან საკითხს: რომ გენის რეგულაცია ბაქტერიებს აძლევს საშუალებას, უპასუხონ თავის გარემოში მომხდარ ცვლილებებს გენის ექსპრესიის ჩანაცვლებით (და ამგვარად, ცილების ჯგუფის ცვლილება წარმოდგენილია უჯრედში).
ზოგიერთი გენი და ოპერონი გამუდმებით ექსპრესირდება
ზოგიერთ გენს შეზღუდული როლი აქვს და ექსპრესირდება მხოლოდ კონკრეტულ მდგომარეობებში, როგორც ზემოთაა აღწერილი, თუმცა ასევე არსებობს გენები, რომელთა პროდუქტებიც მუდმივად საჭიროა, რათა უჯრედმა შეასრულოს არსებითი ფუნქციები. ეს მეოჯახე გენები მუდმივად ექსპრესირდება ნორმალურად განვითარებულ მდგომარეობებში („მუდმივად აქტიურია"). მეოჯახე გენებს აქვს პრომოტორები და სხვა რეგულატორული დნმ-ს თანმიმდევრობები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მუდმივ ექსპრესიას.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.