معلومة

9.2: ضاغط التربتوفان - علم الأحياء

9.2: ضاغط التربتوفان - 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.

في بكتريا قولونية، يتطلب تخليق التربتوفان من الأحماض الأمينية من السلائف المتاحة للخلية 5 إنزيمات. يتم تجميع الجينات التي ترميز هذه معًا في وحدة واحدة أوبرون بمفردها المروجين و المشغل أو العامل. عندما يكون التربتوفان متوفرة إلى الخلية وجودها يطفىء الاوبرون.

آلية

  • يرتبط جزيء واحد من التربتوفان بموقع على كل مونومر من مثبط Trp.
  • ال TRP القامع، وهو homodimer لاثنين من هذه المجمعات ، يرتبط بمشغل أوبر TRP.
  • يؤدي هذا إلى إيقاف نسخ الجينات الخمسة للأوبرون بحيث لا يتم تصنيع الإنزيمات المستخدمة في تخليق Trp.

يُظهر هذا المنظر المجسم () مثبط التربتوفان (الجانب الأيمن من كل لوحة) مرتبطًا بحمض النووي المشغل الخاص به (الجانب الأيسر). يتم عرض اثنين من البولي ببتيدات المتطابقة للضاغط على جانبي الخط الأحمر الأفقي. يتم عرض جزيئي التربتوفان على شكل حلقات حمراء. ابحث أيضًا عن امتدادات حلزون ألفا في كل مونومر. قد تجد أنه من الأسهل دمج الصورتين في عرض ثلاثي الأبعاد من خلال حمل ورقة مقاس 8.5 × 11 بوصة (22 × 28 سم) عموديًا بين أنفك والخط الفاصل بين الصورتين على الشاشة بحيث تكون عينك اليسرى ترى فقط الصورة اليسرى ، عينك اليمنى فقط اليمنى.


مشغل trp: مشغل قابل للقمع

البكتيريا مثل الإشريكية القولونية تحتاج إلى أحماض أمينية للبقاء على قيد الحياة ، وقادرة على تصنيع العديد منها. التربتوفان هو أحد هذه الأحماض الأمينية بكتريا قولونية يمكن تناولها من البيئة أو توليفها باستخدام إنزيمات مشفرة بخمس جينات. هذه الجينات الخمسة بجوار بعضها البعض فيما يسمى التربتوفان (trp) مشغل (شكل). يتم نسخ الجينات إلى mRNA واحد ، والذي يتم ترجمته بعد ذلك لإنتاج جميع الإنزيمات الخمسة. إذا كان التربتوفان موجودًا في البيئة ، إذن بكتريا قولونية لا يحتاج إلى توليف ذلك و trp تم إيقاف تشغيل operon. ومع ذلك ، عندما يكون توافر التربتوفان منخفضًا ، يتم تشغيل المفتاح الذي يتحكم في الأوبون ، ويتم نسخ الرنا المرسال ، ويتم ترجمة بروتينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان.

أوبر التربتوفان. الجينات الخمسة اللازمة لتوليف التربتوفان في بكتريا قولونية تقع بجوار بعضها البعض في trp أوبرون. عندما يكون التربتوفان وفيرًا ، يربط جزيئين من التربتوفان بروتين المثبط في تسلسل المشغل. هذا يمنع فعليًا بوليميريز الحمض النووي الريبي من نسخ جينات التربتوفان. عندما يكون التربتوفان غائبًا ، لا يرتبط البروتين المثبط بالمشغل ويتم نسخ الجينات.

ال trp يشمل operon ثلاث مناطق مهمة: منطقة التشفير ، و trp المشغل و trp المروجين. تشمل منطقة الترميز الجينات الخاصة بأنزيمات التخليق الحيوي للتربتوفان الخمسة. مباشرة قبل منطقة الترميز هي موقع بدء النسخ. يكون تسلسل المحفز ، الذي يرتبط به بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ ، قبل أو "المنبع" لموقع بدء النسخ. بين المروج وموقع بدء النسخ توجد منطقة المشغل.

عندما لا يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، فإن المثبط بحد ذاته لا يرتبط بالمشغل ، يمكن للبوليميراز نسخ جينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان. نظرًا لأن البروتين المثبط يرتبط بشكل فعال بالمشغل للحفاظ على إيقاف الجينات ، فإن trp يقال أن أوبرون يكون سلبي التنظيم والبروتينات التي ترتبط بالمشغل لإسكات الصوت trp التعبير المنظمين السلبيين.


لا يظهر نظام التعبير الجيني المستهدف باستخدام مثبط التربتوفان في أسماك الزرد أي إسكات في الأجيال اللاحقة

جعلت القدرة على تصور ومعالجة مصير الخلية والتعبير الجيني في مجموعات خلايا معينة أنظمة التعبير الجيني أدوات قيمة في دراسات علم الأحياء التطوري. هنا ، نصف نظامًا جديدًا يستخدم مثبطًا للإشريكية القولونية التربتوفان وتسلسل التنشيط الأولي (TrpR / tUAS) لدفع التعبير الجيني في خطوط معدلة وراثيًا لأسماك الزرد مستقرة وفي خلايا الثدييات. نوضح أن الجينات المحورة TrpR / tUAS لا يتم إسكاتها في الأجيال اللاحقة من سمك الزرد ، وهو تحسن كبير على بعض الأنظمة الحالية ، مثل Gal4 / gUAS ونظام Q-system. يمكن ضبط نشاط النسخ TrpR بواسطة الطفرات في مجال ربط الحمض النووي الخاص به ، أو إسكاته بواسطة Gal80 عند دمجه في مجال التنشيط Gal4. في الحالات التي يحتاج فيها أكثر من خلية واحدة إلى المعالجة ، يمكن استخدام TrpR / tUAS مع أنظمة أخرى موجودة.

الكلمات الدالة: Gal4 / UAS نظام التعبير الجيني إسكات التربتوفان القامع الزرد.


مثبط التتراسيكلين - نموذج للتبديل البيولوجي

مكّن الاستخدام المفرط للمضادات الحيوية البكتيريا من تطوير المقاومة من خلال مجموعة متنوعة من الآليات. الإجراء الأكثر شيوعًا للجراثيم للمضاد الحيوي واسع الطيف التتراسيكلين (Tc) هو عن طريق تثبيط الريبوسوم البكتيري بحيث يتوقف التركيب الحيوي للبروتين وتموت البكتيريا. ترتبط الآلية الأكثر شيوعًا للمقاومة في البكتيريا سالبة الجرام ضد Tc بالبروتين الغشائي الداخلي TetA ، والذي يصدر Tc الغازي من الخلية البكتيرية قبل أن يتمكن من مهاجمة هدفه ، الريبوسوم. يتم تنظيم التعبير عن TetA بإحكام بواسطة مثبط Tet المتماثل (TetR)2، والتي ترتبط بشكل خاص بزخارف حلزونية حلزونية من DNA المشغل (tetO كالحمار≈10 11 M −1) تقع أعلى المنبع من رباعي الجين على البلازميد أو الينقولات. عندما ينتشر Tc في الخلية فإنه يخلب Mg 2+ والمركب [MgTc] + يرتبط بـ (TetR)2 لتشكيل المركب المستحث (TetR⋅ [MgTc] +)2. ترتبط هذه العملية بالتغيرات التوافقية ، والتي تقلل بشكل حاد من تقارب (TetR)2 إلى tetO، بحيث يمكن أن يحدث هذا التعبير عن TetA ، وبالتالي منح مقاومة لخلايا البكتيريا ضد Tc. تُظهر الدراسات البلورية تفاعلات البروتين والحمض النووي الخاصة بالتسلسل في (TetR)2tetO معقدة وكيف يتم ربط اثنين [MgTc] + بـ (TetR)2 يفرض التغييرات المطابقة التي يتم تثبيتها عن طريق الارتباط التعاوني لسلسلتين من ثمانية جزيئات ماء لكل منهما بحيث تكون (TetR⋅ [MgTc] +)2 لم يعد قادرًا على التعرف عليه والالتزام به tetO. نظرًا لأن آليات التبديل لنظام TetR / [MgTc] + ضيقة جدًا ، فقد أثبتت أنها مفيدة جدًا في تنظيم التعبير الجيني حقيقي النواة وقد تكون قابلة للتطبيق أيضًا في العلاج الجيني.


أوبر التربتوفان

▶ عامل التربتوفان: يقوم مشغل trp بتشفير خمسة جينات هيكلية نشاطها مطلوب لتخليق التربتوفان. يقوم المشغل بتشفير وحدة نسخ واحدة تنتج نسخة 7 كيلو بايت يتم تصنيعها في اتجاه مجرى النهر من مروج trp ومواقع مشغل trp Ptrp و Otrp. مثل العديد من الأوبرونات المشاركة في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية ، طور أوبرون trp أنظمة للتعبير المنسق عن هذه الجينات عندما يكون ناتج مسار التخليق الحيوي ، التربتوفان ، غير متوفر في الخلية. كما هو الحال مع lac operon ، فإن منتج RNA لوحدة النسخ هذه غير مستقر للغاية ، مما يمكّن البكتيريا من الاستجابة بسرعة للاحتياجات المتغيرة للتربتوفان.

▶ ضاغط trp: منتج جيني لعامل trpR المنفصل ، وهو trp repressor ، يتفاعل على وجه التحديد مع موقع عامل تشغيل trp. يتداخل تسلسل المشغل المتماثل ، الذي يشكل موقع ربط مثبط trp ، مع تسلسل محفز trp بين القاعدتين –21 و +3. موقع الربط الأساسي هو تناظر 18 نقطة أساس. يربط مثبط trp التربتوفان ولا يمكنه الارتباط بالمشغل إلا عندما يكون معقدًا مع التربتوفان. القامع هو ثنائي من وحدتين فرعيتين لهما تشابه بنيوي مع بروتين CRP و lac repressor. يحتوي المثبط للقمع على بنية ذات قلب مركزي ورأسين مرنين لقراءة الحمض النووي يتكون كل منهما من نصف كربوكسي طرفي لوحدة فرعية واحدة. فقط عندما يكون التربتوفان مرتبطًا بالمانع ، تكون رؤوس القراءة على مسافة صحيحة متباعدة ، والسلاسل الجانبية في التشكل الصحيح ، للتفاعل مع الأخاديد الرئيسية المتتالية للحمض النووي في تسلسل مشغل trp. التربتوفان ، المنتج النهائي للإنزيمات المشفرة بواسطة أوبرون trp ، يعمل بالتالي القامع المشترك ويمنع تركيبها من خلال تثبيط المنتج النهائي. يقلل المكبِّر بدء النسخ بحوالي 70 ضعفًا. هذا هو تأثير نسخ أصغر بكثير من ذلك الذي يتوسطه ارتباط مثبط lac.

▶ المخفف: في البداية ، كان يُعتقد أن القامع كان مسؤولاً عن كل التنظيم النسخي لأوبرون trp. ومع ذلك ، فقد لوحظ أن حذف التسلسل بين المشغل ومنطقة تشفير الجينات trpE أدى إلى زيادة في كل من مستويات النسخ القاعدية والمنشطة (غير المضغوطة). يُطلق على هذا الموقع اسم المخفف ويقع بالقرب من نهاية تسلسل القائد المنسوخ لـ 162 nt الذي يسبق كودون بادئ trpE. المخفف هو موقع فاصل مستقل عن rho يحتوي على متناظر قصير غني بالـ GC متبوعًا بثمانية مخلفات U متتالية. إذا كان هذا التسلسل قادرًا على تكوين بنية دبوس الشعر في نسخة الحمض النووي الريبي ، فإنه يعمل كمنهي نسخ عالي الكفاءة ويتم تصنيع نسخة 140 نقطة أساس فقط.

▶ زعيم RNA هيكل: يحتوي التسلسل الرئيسي لـ trp operon RNA على أربع مناطق من التسلسل التكميلي والتي يمكن أن تشكل هياكل RNA مختلفة مقترنة بقاعدة. تسمى هذه المتتاليات 1 و 2 و 3 و 4. دبوس الشعر المخفف هو نتاج الاقتران الأساسي للمتواليات 3 و 4 (3: 4 بنية). التسلسلان 1 و 2 مكملان أيضًا ويمكنهما تكوين دبوس شعر ثانٍ بنسبة 1: 2. ومع ذلك ، فإن التسلسل 2 مكمل أيضًا للتسلسل 3. إذا كان التسلسل 2 و 3 يشكلان بنية دبوس شعر 2: 3 ، فلا يمكن تشكيل دبوس الشعر المخفف 3: 4 ولن يحدث إنهاء النسخ. في ظل الظروف العادية ، يكون تكوين دبابيس الشعر 1: 2 و 3: 4 مناسبًا بقوة.

▶ الزعيم الببتيد: يحتوي تسلسل الحمض النووي الريبي القائد على موقع ربط فعال للريبوسوم ويمكن أن يشكل ببتيد زعيم مكون من 14 حمض أميني مشفر بواسطة القواعد 27-68 من الرنا القائد. يشفر الكودونان العاشر والحادي عشر لهذا الببتيد الرائد بقايا التربتوفان المتتالية ، وهي المنتج النهائي للإنزيمات الاصطناعية لأوبيرون trp. هذا القائد ليس له وظيفة واضحة كعديد ببتيد ، والتريبتوفان هو حمض أميني نادر ، وبالتالي ، فإن فرص وجود اثنين من أكواد التربتوفان على التوالي منخفضة ، وفي ظل ظروف توفر التربتوفان المنخفض ، من المتوقع أن يتوقف الريبوسوم مؤقتًا في هذا الموقع. وظيفة هذا الببتيد القائد هي تحديد توافر التربتوفان وتنظيم إنهاء النسخ.

▶ التوهين: يعتمد التوهين على حقيقة أن النسخ والترجمة مرتبطان بإحكام في ترجمة الإشريكية القولونية يمكن أن تحدث أثناء نسخ mRNA. تتداخل نهاية 3′ من تسلسل تشفير الببتيد الرائد trp مع التسلسل التكميلي 1 ، حيث يوجد كودونان trp ضمن التسلسل 1 ويكون كود الإيقاف بين التسلسل 1 و 2. توافر التربتوفان (المنتج النهائي للإنزيمات المركبة بواسطة trp operon) يتم استشعاره من خلال كونه مطلوبًا في الترجمة ، ويحدد ما إذا كان المنهي (3: 4) يتشكل من منعطف الشعر في mRNA أم لا.

مع استمرار نسخ أوبرا trp ، يتوقف بوليميراز الحمض النووي الريبي مؤقتًا في نهاية التسلسل 2 حتى يبدأ الريبوسوم في ترجمة الببتيد القائد. في ظل ظروف توافر التربتوفان العالي ، يدمج الريبوسوم بسرعة التربتوفان في كودونين trp ، وبالتالي يترجم إلى نهاية رسالة القائد. ثم يقوم الريبوسوم بإغلاق التسلسل 2 ، وعندما يصل بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى تسلسل النهاية ، يمكن أن يتشكل دبوس الشعر 3: 4 ، ويمكن إنهاء النسخ. هذه هي عملية توهين. بدلاً من ذلك ، إذا كان التريبتوفان نادرًا ، فلن يكون متاحًا باعتباره aminoacyl tRNA للترجمة ، وسيميل الريبوسوم إلى التوقف عند كودونات trp ، بما في ذلك التسلسل 1.

هذا يترك التسلسل 2 مجانيًا لتشكيل دبوس شعر بالتسلسل 3 ، والمعروف باسم مكافحة فاصل. لا يمكن أن يتشكل دبوس الشعر المنهي (3: 4) ، ويستمر النسخ في trpE وما بعده. وبالتالي ، فإن مستوى المنتج النهائي ، التربتوفان ، يحدد احتمالية انتهاء النسخ مبكرًا (التوهين) ، بدلاً من المضي قدمًا خلال العملية بأكملها.

أهمية التوهين: يؤدي وجود التربتوفان إلى قمع 10 أضعاف لنسخ أوبرا trp من خلال عملية التوهين وحدها. بالاقتران مع التحكم بواسطة مكبث trp (70 ضعفًا) ، هذا يعني أن مستويات التربتوفان تمارس تأثيرًا تنظيميًا بمقدار 700 ضعف على التعبير من مشغل trp. يحدث التوهين في ستة عوامل على الأقل تقوم بتشفير الإنزيمات المعنية بالتخليق الحيوي للأحماض الأمينية.

على سبيل المثال ، يحتوي أوبراه على قائد يقوم بترميز الببتيد بسبعة أكواد هيستيدين متتالية. لا تمتلك كل هذه العوامل الأخرى نفس مجموعة الضوابط التنظيمية الموجودة في مشغل trp. لا يحتوي مشغله على تنظيم القامع والمشغل ، ويشكل التوهين الآلية الوحيدة للتحكم في التغذية الراجعة.


ضاغط التربتوفان

يتم تجميع الجينات التي ترميز هذه معًا في وحدة واحدة أوبرون بمفردها المروجين و المشغل أو العامل. عندما يكون التربتوفان متوفرة إلى الخلية وجودها يطفىء الاوبرون.

  • يرتبط جزيء واحد من التربتوفان بموقع على كل مونومر من مثبط Trp.
  • ال TRP القامع، وهو homodimer لاثنين من هذه المجمعات ، يرتبط بمشغل أوبر TRP.
  • يؤدي هذا إلى إيقاف نسخ الجينات الخمسة للأوبرون بحيث لا يتم تصنيع الإنزيمات المستخدمة في تخليق Trp.

عندما يكون التربتوفان غير موجود في الخلية ، يترك المثبط المشغل ، ويمكن أن يبدأ نسخ الجينات الخمسة لتوليف التربتوفان.

تُظهر هذه الصورة المجسمة (مقدمة من P. B. Sigler) مثبط التربتوفان (الجانب الأيمن من كل لوحة) مرتبطًا بحمض النووي المشغل الخاص به (الجانب الأيسر). يتم عرض اثنين من البولي ببتيدات المتطابقة للضاغط على جانبي الخط الأحمر الأفقي. يتم عرض جزيئي التربتوفان على شكل حلقات حمراء. (ابحث أيضًا عن امتدادات حلزون ألفا في كل مونومر.)

قد تجد أنه من الأسهل دمج الصورتين في عرض ثلاثي الأبعاد من خلال حمل ورقة مقاس 8.5 × 11 بوصة (22 × 28 سم) عموديًا بين أنفك والخط الفاصل بين الصورتين على الشاشة بحيث تكون عينك اليسرى ترى فقط الصورة اليسرى ، عينك اليمنى فقط اليمنى .. المثابرة: النتائج تستحق العناء!


المحتوى: الاستقراء مقابل القمع

رسم بياني للمقارنة

الخصائصالحثقمع
المعنىينص معنى الاستقراء على أنه سيحفز التعبير الجيني عبر محفزينص معنى القمع على أنه سيقمع التعبير الجيني عن طريق أداة الضغط
اللائحةينظم نظام الأوبرا تخليق الإنزيمات التي يتم تحفيزها عن طريق إضافة المحرضيقوم نظام الأوبرا بقمع تخليق الإنزيم ، والذي يتم تسهيله بواسطة المنتج النهائي الحالي أو جزيئات الكابس.
العنصر الأساسيمحرض أو مضاد للقمعCorepressor أو جزيء المستجيب
آليةالمحرض يثبط نشاط البروتين الكابح ، ويمنع تعلق القامع بمنطقة المشغليقوم Corepressor بتنشيط بروتين apo-repressor (غير نشط) ، والذي يسمح بربط مثبط نشط بمنطقة المشغل
التأثير على نظام التحكميتوسط حركة بوليميراز RNA على طول نظام التحكم ، أي منطقة المروج والمشغليمنع حركة بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول منطقة المروج والمشغل
التأثير على الجينات الهيكليةيبدأ التعبير عن الجينات الهيكليةيمنع التعبير عن الجينات الهيكلية
التأثير العاميقوم نظام الحث بتنشيط أو تشغيل نظام التشغيل بأكمله من خلال إمداد كافٍ من نواتج المحرضيقوم نظام القمع بإنهاء أو إيقاف تشغيل نظام التشغيل بأكمله بمستوى مناسب من جزيئات الضغط
نظام الاوبيرونيسمى النظام الجيني الذي ينظمه وجود أو عدم وجود محفز أوبرون محرض يُطلق على النظام الوراثي الذي ينظمه وجود أو عدم وجود عنصر ضاغط يسمى الأوبون القابل للقمع
إنزيميُطلق على تخليق الإنزيمات التي يتم تحفيزها عن طريق إضافة مستقلبات المحرض اسم الإنزيمات المحفزةيُطلق على تخليق الإنزيمات المثبطة عن طريق إضافة جزيئات corepressor اسم إنزيمات قابلة للقمع
مثالأوبرا اللاكتوز أوبرا التربتوفان
مسار التمثيل الغذائييعمل على توليف تقويضييعمل على تخليق ابتنائي

تعريف الاستقراء

تحريض الاوبرون يسهل تخليق الانزيمات الموجودة حفز بتوريد محفز أو الركيزة للخلايا بدائية النواة. على سبيل المثال، β- جالاكتوزيداز هو إنزيم يسبب التحلل المائي اللاكتوز (الركيزة) في منتجات بسيطة ، أي الجلوكوز و الجالاكتوز عبر محفز (اللاكتوز).

هنا ، إضافة محفز (Allolactose) يبدأ تخليق الإنزيم الضروري لتحلل اللاكتوز بالماء قمع البروتين المثبط النشط. إذا تم توريد اللاكتوز لخلايا الإشريكية القولونية توقفت، ثم إنتاج إنزيم β galactosidase أيضا وقفوالعكس صحيح. لذلك فإن أوبرون اللاكتوز هو أفضل مثال لدراسة نظام الحث ، حيث تؤدي إضافة اللاكتوز إلى زيادة تخليق β galactosidase إلى معدل 10000 مرة.

عندما يزداد تخليق الإنزيم بإضافة المحفز ، فإن هذه الإنزيمات تُعرف باسم الإنزيمات المحفزة. يُطلق على النظام الجيني الذي ينظم تخليق الإنزيم عبر محفز الأوبرا المحرض. وبالتالي ، يقوم الأوبرا المحرض بإجراء مسار تقويضي مثل تحفيز قليل السكاريد إلى سكر بسيط.

تعريف القمع

قمع الاوبرون يسهل وقف من تخليق الإنزيم عند المستوى المناسب لحمض أميني معين. على سبيل المثال، التربتوفان هو حمض أميني يمكن توريده قمع إنتاج إنزيمات توليف التربتوفان.

هنا ، يعمل حمض التريبتوفان الأميني باعتباره أ corepressor الجزيء الذي يرتبط بـ apo- القامع البروتين ، وتحويله إلى النموذج النشط. ثم القامع النشط ينتهي إنزيمات تصنيع التربتوفان. إذا لم يكن هناك إمداد من التربتوفان من الخارج ، يمكن لخلايا الإشريكية القولونية التعبير عن الجينات لإنتاج trp. على العكس من ذلك ، فإن إنزيمات توليف trp تنخفض عندما يكون هناك مستوى عالي من trp.

عندما ينخفض ​​تخليق الإنزيم بسبب التركيز العالي للضغط ، تُعرف هذه الإنزيمات باسم إنزيمات قابلة للقمع. يُطلق على النظام الوراثي الذي ينظم تخليق الإنزيم عن طريق الكابس نظام قابل للقمع. وبالتالي ، فإن الأوبرا القابل للقمع في الإشريكية القولونية يجري مسار الابتنائية مثل إنتاج الأحماض الأمينية.


9.2: ضاغط التربتوفان - علم الأحياء

2-ج 1-أ. كيف تعمل آليات التغذية الراجعة السلبية للحفاظ على التوازن الديناميكي لحالة معينة؟

تعمل آليات التغذية الراجعة السلبية على الحفاظ على التوازن الديناميكي من خلال آليات مختلفة. الامثله تشمل:

- نظام التشغيل: ينظم نظام التشغيل التعبير الجيني من خلال آلية التغذية الراجعة السلبية. يتم تنفيذ ذلك من خلال طريقتين مختلفتين ، الأولى ستكون الأوبراونات القابلة للقمع والثانية ستكون الأوبراونات المحرضة. مثال على الأوبرا القابل للقمع يتضمن مشغل trp. يتم قمع أوبر trp بواسطة أداة ضغط trp ، والتي يتم تنشيطها في وجود التربتوفان. عندما لا يكون التربتوفان موجودًا ، يتم التعبير عن الجينات المطلوبة لتخليق التربتوفان بعد فصل مثبط trp. هذا مثال على مشغل قابل للقمع لأنه يتم التعبير عن التعبير الجيني. يتم عرض مثال على الأوبرا المحرض بواسطة أوبرون اللاكتات. مطلوب جين B-galactosidase من أجل استقلاب اللاكتوز. لذلك ، فإن وجود اللاكتوز يؤدي في النهاية إلى تحفيز التعبير عن الجينات لـ b-galactosidase لأن وجود اللاكتوز يأخذ المثبط بعيدًا عن التعبير الجيني.

- نظام التعرق / درجة الحرارة: عندما تمارس الرياضة بقوة ، فإنك تنتج الحرارة ، مما يزيد من درجة حرارة الجسم. لذلك ، يكتشف الجهاز العصبي هذا ويرسل إشارة لحدوث التعرق. لهذا السبب عندما تتعرق ، يعود تبخر الرطوبة من جسمك ويحافظ على درجة الحرارة في انتكاسة.

لذا ، فإن الغرض الأساسي من التعليقات السلبية هو عكس التغيير في حالة خاضعة للسيطرة.

2-ج 1-ب. كيف تعمل آليات التغذية الراجعة الإيجابية للحفاظ على التوازن الديناميكي لحالة معينة؟

تعمل آليات التغذية الراجعة الإيجابية على تضخيم الاستجابات والعمليات في الكائنات الحية. يتم نقل المتغير الذي يبدأ الاستجابة بعيدًا عن نقطة الضبط الأولية. يحدث التضخيم عندما يتم تنشيط الحافز بشكل أكبر والذي بدوره يبدأ استجابة إضافية تنتج تغييرًا في النظام. تحدث ردود الفعل الإيجابية لإكمال العملية / رد الفعل في الجسم.

مثال على ذلك هو بدء المخاض أثناء الولادة: بعد بدء المخاض ، يضغط رأس الطفل على عنق الرحم ، مما يؤدي إلى تمدد عنق الرحم. هذا يحفز مستقبلات التمدد التي تحفز الوطاء الأم على إطلاق الأوكسيتوسين ، مما يزيد من تقلصات الرحم ويدفع الطفل ضد عنق الرحم. يؤدي هذا إلى تمدد عنق الرحم إلى مسافة أبعد وتستمر الدورة.

الآن ، حلقة التغذية الراجعة الإيجابية ، بحكم التعريف ، هي في الأساس دورة من الاستجابة المتزايدة. مطلوب عامل أو حدث خارجي حتى تتوقف الدورة. في هذا المثال ، تعتبر ولادة الطفل حدثًا خارجيًا. بمجرد ولادة الطفل ، تتوقف انقباضات الرحم ، مما يوقف تمدد عنق الرحم ، ويتوقف إفراز الأوكسيتوسين.

إذا لم يتم تقديم العامل الخارجي ، تستمر الدورة. مدة الدورة هي ما يؤدي إلى المخاض.

وبالتالي ، فإن الغرض الكامل من التعليقات الإيجابية هو تعزيز التغيير في حالة خاضعة للسيطرة.

* إلقاء نظرة على الأمثلة ، لتلخيص مقارنة بين التعليقات السلبية وردود الفعل الإيجابية:

2.C.1.c شرح آثار التغيير في آليات التغذية الراجعة. استخدم أحد الخيارات التالية للمساعدة في توضيح الشرح الخاص بك.

إذا كان هناك تغيير يمكن أن تكون الآثار مدمرة. أحد الأمثلة على ذلك هو مرض السكري ، والذي ينتج عن عدم الاستجابة للأنسولين ونقص الأنسولين. لذلك ، لا يوجد ما يكفي من امتصاص الخلايا للجلوكوز ، مما يؤدي إلى امتصاص الدهون بدلاً من ذلك. يمكن أن يكون هذا الفشل أو تثبيط التغذية الراجعة عن العمل مدمرًا لأنه يمكن أن يخفض درجة الحموضة ، ويهدد حياة الضحية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يزيد مستوى الجلوكوز عن قدرة الكلى على إعادة امتصاصها ، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى السكر في بول مريض السكري. يمكن أن يكون هذا المرض مهددًا للحياة وخطيرًا.

2-ج 2-أ. اشرح كيف تستجيب الكائنات الحية للتغيرات في بيئتها من خلال الآليات السلوكية والفسيولوجية.

الاستتباب هو حالة توازن (مثالية أو افتراضية) ، حيث تعمل جميع أجهزة الجسم وتتفاعل بطريقة مناسبة لتلبية جميع احتياجات الشخص و / أو الجسم. عندما ينقطع التوازن ، يحاول الجسم استعادته عن طريق تعديل عملية فسيولوجية واحدة أو أكثر.

مثال على ذلك إيقاعات كركاديين :. إيقاع الساعة البيولوجية عبارة عن دورة مدتها 24 ساعة تقريبًا في العمليات الفسيولوجية للكائنات الحية ، بما في ذلك النباتات والحيوانات والفطريات والبكتيريا CYANOBACTERIA.

لذلك ، يمتلك الجسم "ساعة بيولوجية" تحافظ على إيقاعها عندما يتم تقليل الاختلافات في حساسية الإنسان ، ودرجة حرارة الغرفة ، ومستويات الضوء.

الدرس الأول الارتباط بالتطور: جميع الكائنات الحية هي آليات ردود الفعل أو أنظمة من هذا القبيل. حلقة التغذية الراجعة الحقيقية هي عملية مادية تختلف عن المسار التشغيلي الرئيسي للنظام. حلقات التغذية الراجعة هذه تتعلق بالثورة الداروينية وهي تنقل المعلومات حول منتج المسار الرئيسي إلى "المتحكم" في هذا المسار - سلفنا.


16.2 تنظيم الجينات بدائية النواة

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف الخطوات المتضمنة في تنظيم الجينات بدائية النواة
  • اشرح أدوار المنشطات والمحفزات والمثبطات في تنظيم الجينات

يتم تنظيم DNA بدائيات النوى في كروموسوم دائري ، ملفوف بشكل كبير داخل المنطقة النووية من سيتوبلازم الخلية. يتم ترميز البروتينات اللازمة لوظيفة معينة ، أو التي تشارك في نفس المسار الكيميائي الحيوي ، معًا في كتل تسمى أوبيرونات. على سبيل المثال ، يتم ترميز جميع الجينات اللازمة لاستخدام اللاكتوز كمصدر للطاقة بجانب بعضها البعض في اللاكتوز (أو لاك) أوبرون ، ونسخها إلى مرنا واحد.

في الخلايا بدائية النواة ، هناك ثلاثة أنواع من الجزيئات المنظمة التي يمكن أن تؤثر على التعبير عن العوامل: الكابتات ، والمنشطات ، والمحفزات. الكابتات والمنشطات هي بروتينات يتم إنتاجها في الخلية. ينظم كل من المثبطات والمنشطات التعبير الجيني عن طريق الارتباط بمواقع DNA معينة المجاور للجينات التي يسيطرون عليها. بشكل عام ، ترتبط المنشطات بموقع المروج ، بينما ترتبط المكثفات بمناطق المشغل. تمنع المثبطات نسخ الجين استجابةً لمحفز خارجي ، بينما تزيد المنشطات من نسخ الجين استجابةً لمحفز خارجي. المحرضات هي جزيئات صغيرة قد تنتجها الخلية أو موجودة في بيئة الخلية. تقوم المحرضات إما بتنشيط النسخ أو كبته اعتمادًا على احتياجات الخلية وتوافر الركيزة.

ال trp Operon: مشغل قابل للقمع

البكتيريا مثل الإشريكية القولونية بحاجة إلى أحماض أمينية للبقاء على قيد الحياة ، وقادرة على تصنيع العديد منها. التربتوفان هو أحد هذه الأحماض الأمينية بكتريا قولونية يمكن تناولها من البيئة أو توليفها باستخدام إنزيمات مشفرة بخمس جينات. هذه الجينات الخمسة متجاورة فيما يسمى التربتوفان (trp) مشغل (الشكل 16.3). يتم نسخ الجينات إلى mRNA واحد ، والذي يتم ترجمته بعد ذلك لإنتاج جميع الإنزيمات الخمسة. إذا كان التربتوفان موجودًا في البيئة ، إذن بكتريا قولونية لا يحتاج إلى توليف ذلك و trp تم إيقاف تشغيل operon. ومع ذلك ، عندما يكون توافر التربتوفان منخفضًا ، يتم تشغيل المفتاح الذي يتحكم في الأوبون ، ويتم نسخ الرنا المرسال ، ويتم ترجمة بروتينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان.

ال trp يشمل operon ثلاث مناطق مهمة: منطقة التشفير ، و trp المشغل و trp المروجين. تشمل منطقة الترميز الجينات الخاصة بأنزيمات التخليق الحيوي للتربتوفان الخمسة. مباشرة قبل منطقة الترميز هي موقع بدء النسخ. يكون تسلسل المحفز ، الذي يرتبط به بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ ، قبل أو "المنبع" لموقع بدء النسخ. بين المروج وموقع بدء النسخ توجد منطقة المشغل.

ال trp المشغل يحتوي على كود DNA الذي trp يمكن أن يرتبط البروتين المثبط. ومع ذلك ، فإن القامع وحده لا يمكنه الارتباط بالمشغل. عندما يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، يرتبط جزيئين من التربتوفان بـ trp repressor ، الذي يغير شكل البروتين المكبِر إلى شكل يمكن أن يرتبط بـ trp المشغل أو العامل. إن ارتباط معقد التربتوفان - المكبّر عند المشغل يمنع فيزيائيًا بوليميريز الحمض النووي الريبي من الارتباط بالمحفز ونسخ جينات المصب.

عندما لا يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، فإن المثبط بحد ذاته لا يرتبط بالمشغل ، يمكن للبوليميراز نسخ جينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان. نظرًا لأن البروتين المثبط يرتبط بشكل فعال بالمشغل للحفاظ على إيقاف الجينات ، فإن trp يقال أن أوبرون يكون سلبي التنظيم والبروتينات التي ترتبط بالمشغل لإسكات الصوت trp التعبير المنظمين السلبيين.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد عن trp أوبرون.

بروتين منشط الكاتابوليت (CAP): منشط نسخي

تمامًا مثل ملف trp يتم تنظيم الأوبون سلبًا بواسطة جزيئات التربتوفان ، وهناك بروتينات ترتبط بتسلسلات المحفز التي تعمل كمنظمين إيجابيين لتشغيل الجينات وتنشيطها. على سبيل المثال ، عندما يكون الجلوكوز نادرًا ، بكتريا قولونية يمكن للبكتيريا أن تتحول إلى مصادر السكر الأخرى للحصول على الوقود. للقيام بذلك ، يجب نسخ جينات جديدة لمعالجة هذه السكريات البديلة. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، يبدأ AMP الدوري (cAMP) في التراكم في الخلية. جزيء cAMP هو جزيء إشارة يشارك في استقلاب الجلوكوز والطاقة في بكتريا قولونية. يرتبط تراكم cAMP بالبروتين المنشط الإيجابي للمنظم الهدمي (CAP) ، وهو بروتين يرتبط بمحفزات الأوبراونات التي تتحكم في معالجة السكريات البديلة. عندما يرتبط cAMP بـ CAP ، يرتبط المركب بعد ذلك بمنطقة المروج للجينات اللازمة لاستخدام مصادر السكر البديلة (الشكل 16.4). في هذه العوامل ، يقع موقع ربط CAP في بداية موقع ربط RNA-polymerase في المروج. يعمل ربط CAP على استقرار ارتباط بوليميراز RNA بمنطقة المروج ويزيد من نسخ جينات ترميز البروتين المرتبطة.

ال لاك Operon: مشغل 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 16.5). 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.

اتصال مرئي

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

يتم كبت مستقبل trp. لا يتوفر اللاكتوز ، وهو سكر موجود في الحليب ، دائمًا. ليس من المنطقي صنع الإنزيمات اللازمة لهضم مصدر طاقة غير متوفر ، لذلك لا يتم تشغيل أوبرون اللاكتوز إلا عند وجود اللاكتوز.

في حالة وجود الجلوكوز ، يفشل CAP في الارتباط بتسلسل المروج لتنشيط النسخ. إذا كان اللاكتوز غائبًا ، فإن المكبِط يلتزم بالمشغل لمنع النسخ. إذا تم استيفاء أي من هذه الشروط ، فسيظل النسخ متوقفًا. فقط عند غياب الجلوكوز ووجود اللاكتوز هو لاك أوبرون مكتوب (الجدول 16.2).

ارتباط بالتعلم

شاهد برنامج تعليمي متحرك حول طريقة عمل لاك الاوبرون هنا.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف الخطوات المتضمنة في تنظيم الجينات بدائية النواة
  • اشرح أدوار المنشطات والمحفزات والمثبطات في تنظيم الجينات

يتم تنظيم DNA بدائيات النوى في كروموسوم دائري ، ملفوف بشكل كبير داخل المنطقة النووية من سيتوبلازم الخلية. يتم ترميز البروتينات اللازمة لوظيفة معينة ، أو التي تشارك في نفس المسار الكيميائي الحيوي ، معًا في كتل تسمى أوبيرونات. على سبيل المثال ، يتم ترميز جميع الجينات اللازمة لاستخدام اللاكتوز كمصدر للطاقة بجانب بعضها البعض في اللاكتوز (أو لاك) أوبرون ، ونسخها إلى مرنا واحد.

في الخلايا بدائية النواة ، هناك ثلاثة أنواع من الجزيئات المنظمة التي يمكن أن تؤثر على التعبير عن العوامل: الكابتات ، والمنشطات ، والمحفزات. الكابتات والمنشطات هي بروتينات يتم إنتاجها في الخلية. ينظم كل من المثبطات والمنشطات التعبير الجيني عن طريق الارتباط بمواقع DNA معينة المجاور للجينات التي يسيطرون عليها. بشكل عام ، ترتبط المنشطات بموقع المروج ، بينما ترتبط المكثفات بمناطق المشغل. تمنع المثبطات نسخ الجين استجابةً لمحفز خارجي ، بينما تزيد المنشطات من نسخ الجين استجابةً لمحفز خارجي. المحرضات هي جزيئات صغيرة قد تنتجها الخلية أو موجودة في بيئة الخلية. تقوم المحرضات إما بتنشيط النسخ أو كبته اعتمادًا على احتياجات الخلية وتوافر الركيزة.

ال trp Operon: مشغل قابل للقمع

البكتيريا مثل الإشريكية القولونية بحاجة إلى أحماض أمينية للبقاء على قيد الحياة ، وقادرة على تصنيع العديد منها. التربتوفان هو أحد هذه الأحماض الأمينية بكتريا قولونية يمكن تناولها من البيئة أو توليفها باستخدام إنزيمات مشفرة بخمس جينات. هذه الجينات الخمسة متجاورة فيما يسمى التربتوفان (trp) مشغل ((الشكل)). يتم نسخ الجينات إلى mRNA واحد ، والذي يتم ترجمته بعد ذلك لإنتاج جميع الإنزيمات الخمسة. إذا كان التربتوفان موجودًا في البيئة ، إذن بكتريا قولونية لا يحتاج إلى توليف ذلك و trp تم إيقاف تشغيل operon. ومع ذلك ، عندما يكون توافر التربتوفان منخفضًا ، يتم تشغيل المفتاح الذي يتحكم في الأوبون ، ويتم نسخ الرنا المرسال ، ويتم ترجمة بروتينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان.


ال trp يشمل operon ثلاث مناطق مهمة: منطقة التشفير ، و trp المشغل و trp المروجين. تشمل منطقة الترميز الجينات الخاصة بأنزيمات التخليق الحيوي للتربتوفان الخمسة. مباشرة قبل منطقة الترميز هي موقع بدء النسخ. يكون تسلسل المحفز ، الذي يرتبط به بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ ، قبل أو "المنبع" لموقع بدء النسخ. بين المروج وموقع بدء النسخ توجد منطقة المشغل.

ال trp المشغل يحتوي على كود DNA الذي trp يمكن أن يرتبط البروتين المثبط. ومع ذلك ، فإن القامع وحده لا يمكنه الارتباط بالمشغل. عندما يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، يرتبط جزيئين من التربتوفان بـ trp repressor ، الذي يغير شكل البروتين المكبِر إلى شكل يمكن أن يرتبط بـ trp المشغل أو العامل. إن ارتباط معقد التربتوفان - المكبّر عند المشغل يمنع فيزيائيًا بوليميريز الحمض النووي الريبي من الارتباط بالمحفز ونسخ جينات المصب.

عندما لا يكون التربتوفان موجودًا في الخلية ، فإن المثبط بحد ذاته لا يرتبط بالمشغل ، يمكن للبوليميراز نسخ جينات الإنزيم ، ويتم تصنيع التربتوفان. نظرًا لأن البروتين المثبط يرتبط بشكل فعال بالمشغل للحفاظ على إيقاف الجينات ، فإن trp يقال أن أوبرون يكون سلبي التنظيم والبروتينات التي ترتبط بالمشغل لإسكات الصوت trp التعبير المنظمين السلبيين.

تعرف على المزيد من خلال مشاهدة Trp operon (فيديو).

بروتين منشط الكاتابوليت (CAP): منشط نسخي

تمامًا مثل ملف trp يتم تنظيم الأوبون سلبًا بواسطة جزيئات التربتوفان ، وهناك بروتينات ترتبط بتسلسلات المحفز التي تعمل كمنظمين إيجابيين لتشغيل الجينات وتنشيطها. على سبيل المثال ، عندما يكون الجلوكوز نادرًا ، بكتريا قولونية يمكن للبكتيريا أن تتحول إلى مصادر السكر الأخرى للحصول على الوقود. للقيام بذلك ، يجب نسخ جينات جديدة لمعالجة هذه السكريات البديلة. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، يبدأ AMP الدوري (cAMP) في التراكم في الخلية. جزيء cAMP هو جزيء إشارة يشارك في استقلاب الجلوكوز والطاقة في بكتريا قولونية. يرتبط تراكم cAMP بالبروتين المنشط الإيجابي للمنظم الهدمي (CAP) ، وهو بروتين يرتبط بمحفزات الأوبراونات التي تتحكم في معالجة السكريات البديلة. عندما يرتبط cAMP بـ CAP ، يرتبط المركب بعد ذلك بمنطقة المروج للجينات اللازمة لاستخدام مصادر السكر البديلة ((الشكل)). في هذه العوامل ، يقع موقع ربط CAP في بداية موقع ربط RNA-polymerase في المروج. يعمل ربط CAP على استقرار ارتباط بوليميراز RNA بمنطقة المروج ويزيد من نسخ جينات ترميز البروتين المرتبطة.


ال لاك Operon: مشغل 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 استيفاء 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 يتم نسخه ((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.


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

في حالة وجود الجلوكوز ، يفشل CAP في الارتباط بتسلسل المروج لتنشيط النسخ. إذا كان اللاكتوز غائبًا ، فإن المكبِط يلتزم بالمشغل لمنع النسخ. إذا تم استيفاء أي من هذه الشروط ، فسيظل النسخ متوقفًا. فقط عند غياب الجلوكوز ووجود اللاكتوز هو لاك أوبرون مكتوب ((الشكل)).

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

ملخص القسم

يحدث تنظيم التعبير الجيني في الخلايا بدائية النواة على مستوى النسخ. هناك نوعان رئيسيان من البروتينات يتحكمان في النسخ بدائية النواة: الكابتات والمنشطات. ترتبط المكثفات بمنطقة المشغل لمنع عمل بوليميراز الحمض النووي الريبي. ترتبط المنشطات بالمحفز لتعزيز ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي. يمكن لجزيئات المحرض أن تزيد النسخ إما عن طريق تعطيل المكثفات أو عن طريق تنشيط البروتينات المنشطة. في ال trp أوبرون trp يتم تنشيط القامع نفسه عن طريق الارتباط بالتريبتوفان. لذلك ، إذا لم تكن هناك حاجة إلى التربتوفان ، فإن القامع مرتبط بالمشغل ويظل النسخ متوقفًا. ال لاك يتم تنشيط الأوبرا بواسطة CAP (بروتين منشط catabolite) ، والذي يرتبط بالمحفز لتثبيت ارتباط RNA polymerase. يتم تنشيط CAP نفسه بواسطة cAMP ، الذي يرتفع تركيزه مع انخفاض تركيز الجلوكوز. ومع ذلك ، فإن لاك يتطلب أوبرون أيضًا وجود اللاكتوز لحدوث النسخ. اللاكتوز يثبط نشاط لاك repressor ، ويمنع بروتين القامع من الارتباط بـ لاك المشغل أو العامل. مع تعطيل القامع ، قد يستمر النسخ. لذلك يجب أن يكون الجلوكوز غائبًا ويجب أن يكون اللاكتوز موجودًا من أجل النسخ الفعال لـ لاك أوبرون.

اتصالات فنية

(الشكل) في بكتريا قولونية، ال trp يتم تشغيل operon افتراضيًا ، بينما يكون ملف لاك أوبرون متوقف. لماذا تعتقد أن هذا هو الحال؟

(Figure) Tryptophan is an amino acid essential for making proteins, so the cell always needs to have some on hand. However, if plenty of tryptophan is present, it is wasteful to make more, and the expression of the trp receptor is repressed. Lactose, a sugar found in milk, is not always available. It makes no sense to make the enzymes necessary to digest an energy source that is not available, so the لاك operon is only turned on when lactose is present.

إستجابة مجانية

Describe how transcription in prokaryotic cells can be altered by external stimulation such as excess lactose in the environment.

Environmental stimuli can increase or induce transcription in prokaryotic cells. In this example, lactose in the environment will induce the transcription of the لاك operon, but only if glucose is not available in the environment.

What is the difference between a repressible and an inducible operon?

A repressible operon uses a protein bound to the promoter region of a gene to keep the gene repressed or silent. This repressor must be actively removed in order to transcribe the gene. An inducible operon is either activated or repressed depending on the needs of the cell and what is available in the local environment.

قائمة المصطلحات


شاهد الفيديو: المحاضرة الثالثة علم احياء دقيقه الجزء الثاني (أغسطس 2022).