16.2: Kanuni ya Gene ya Prokaryotic

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza hatua zinazohusika katika kanuni za jeni za prokaryotic
• Eleza majukumu ya activators, inducers, na repressors katika kanuni gene

DNA ya prokaryotes imeandaliwa katika kromosomu ya mviringo iliyopangwa katika kanda ya nucleoid ya cytoplasm ya seli. Protini zinazohitajika kwa ajili ya kazi maalum, au ambazo zinahusika katika njia moja ya biochemical, zinajumuishwa pamoja katika vitalu vinavyoitwa operons. Kwa mfano, jeni zote zinazohitajika kutumia lactose kama chanzo cha nishati zinasimbwa karibu na kila mmoja katika operoni ya lactose (au lac).

Katika seli za prokaryotic, kuna aina tatu za molekuli za udhibiti ambazo zinaweza kuathiri usemi wa operons: repressors, activators, na inducers. Wakandamizaji ni protini zinazozuia transcription ya jeni kwa kukabiliana na kichocheo cha nje, wakati waharakati ni protini zinazoongeza transcription ya jeni kwa kukabiliana na kichocheo cha nje. Hatimaye, inducers ni molekuli ndogo ambayo ama kuamsha au kukandamiza transcription kulingana na mahitaji ya seli na upatikanaji wa substrate.

Operesheni ya safari: Operesheni ya kukandamiza

Bakteria kama vile E. koli huhitaji asidi amino ili kuishi. Tryptophan ni moja ya asidi amino ambayo E. coli inaweza kumeza kutoka mazingira. E. koli pia inaweza kuunganisha tryptophan kwa kutumia enzymes ambazo zimesimbwa na jeni tano. Jeni hizi tano ziko karibu na kila mmoja katika kile kinachoitwa tryptophan (trp) operon (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Ikiwa tryptophan iko katika mazingira, basi E. coli haina haja ya kuitengeneza na kubadili kudhibiti uanzishaji wa jeni katika operesheni ya trp imezimwa. Hata hivyo, wakati upatikanaji wa tryptophan ni mdogo, kubadili kudhibiti operon hugeuka, transcription imeanzishwa, jeni huelezwa, na tryptophan hutengenezwa.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Jeni tano zinazohitajika kuunganisha tryptophan katika E. coli ziko karibu na kila mmoja katika operon ya trp. Wakati tryptophan ni mengi, molekuli mbili za tryptophan hufunga protini ya kukandamiza kwenye mlolongo wa operator. Hii inazuia kimwili polymerase ya RNA kutoka kwa kuandika jeni za tryptophan. Wakati tryptophan haipo, protini ya kukandamiza haina kumfunga kwa operator na jeni zimeandikwa.

Mlolongo wa DNA ambao unasimbo kwa protini hujulikana kama eneo la coding. Mikoa mitano ya coding kwa enzymes ya tryptophan biosynthesis hupangwa sequentially kwenye chromosome katika operon. Kabla ya mkoa wa coding ni tovuti ya kuanza ya transcriptional. Hii ni kanda ya DNA ambayo RNA polymerase hufunga ili kuanzisha transcription. Mlolongo wa promoter ni mto wa tovuti ya kuanza transcriptional; kila operon ina mlolongo ndani au karibu na promota ambayo protini (activators au repressors) wanaweza kumfunga na kudhibiti transcription.

mlolongo DNA kuitwa operator mlolongo ni encoded kati ya mkoa promoter na trp kwanza coding gene. Operesheni hii ina msimbo wa DNA ambayo protini ya kukandamiza inaweza kumfunga. Wakati tryptophan iko kwenye seli, molekuli mbili za tryptophan zinamfunga kwa mkandamizaji wa trp, ambayo hubadilisha sura ili kumfunga kwa operator wa trp. Kufungwa kwa tata ya tryptophan-repressor katika operator kimwili kuzuia polymerase RNA kutoka kumfunga, na kuandika jeni chini ya mto.

Wakati tryptophan haipo katika kiini, mkandamizaji yenyewe hakumfunga kwa operator; kwa hiyo, operon inafanya kazi na tryptophan inatengenezwa. Kwa sababu protini ya kukandamiza hufunga kikamilifu kwa operator ili kuweka jeni zimezimwa, operon ya trp inasimamiwa vibaya na protini zinazofunga kwa operator ili kunyamazisha kujieleza kwa trp ni wasimamizi hasi.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii ili ujifunze zaidi kuhusu operon ya safari.

Protini ya Activator ya Catabolite (CAP): Mdhibiti wa Activator

Kama vile operon ya trp inavyodhibitiwa vibaya na molekuli za tryptophan, kuna protini zinazofunga kwa utaratibu wa operator ambazo hufanya kama mdhibiti mzuri wa kugeuza jeni na kuziamsha. Kwa mfano, wakati glucose ni chache, bakteria ya E. coli inaweza kugeuka kwenye vyanzo vingine vya sukari kwa mafuta. Kwa kufanya hivyo, jeni mpya za kutengeneza jeni hizi mbadala lazima ziandikishwe. Wakati viwango vya glucose vinapungua, AMP ya mzunguko (cAMP) huanza kujilimbikiza kwenye seli. Molekuli ya cAMP ni molekuli inayoashiria inayohusika katika kimetaboliki ya glucose na nishati katika E. coli. Wakati viwango vya glucose kupungua katika seli, kukusanya CAMP kumfunga kwa mdhibiti chanya catabolite activator protini (CAP), protini kwamba kumfunga kwa waendelezaji wa operons kwamba kudhibiti usindikaji wa sukari mbadala. Wakati CAMP inafunga kwa CAP, tata hufunga kwa mkoa wa promoter wa jeni zinazohitajika kutumia vyanzo vingine vya sukari (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Katika operons hizi, tovuti ya kisheria ya CAP iko kwenye mto wa tovuti ya kisheria ya RNA polymerase katika mtangazaji. Hii huongeza uwezo wa kumfunga wa RNA polymerase kwa mkoa wa promoter na transcription ya jeni.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Wakati ngazi ya glucose kuanguka, E. coli inaweza kutumia sukari nyingine kwa ajili ya mafuta lakini lazima transcribe jeni mpya kufanya hivyo. Kama vifaa vya glucose vinapungua, viwango vya cAMP vinaongezeka. CAMP hii inafunga kwa protini ya CAP, mdhibiti chanya ambayo hufunga kwa eneo la operator juu ya mkondo wa jeni zinazohitajika kutumia vyanzo vingine vya sukari.

Operesheni ya kukosa: Operesheni ya Inducer

Aina ya tatu ya udhibiti wa jeni katika seli za prokaryotiki hutokea kwa njia ya operoni inducible, ambazo zina protini zinazofunga ili kuamsha au kukandamiza transcription kulingana na mazingira ya ndani na mahitaji ya seli. Mtu wa kukosa ni mtu wa kawaida wa inducible. Kama ilivyoelezwa hapo awali, E. koli ina uwezo wa kutumia sukari nyingine kama vyanzo vya nishati wakati viwango vya glucose viko chini. Kwa kufanya hivyo, tata ya protini ya kambi ya cap hutumika kama mdhibiti mzuri ili kushawishi transcription. Chanzo kimoja cha sukari ni lactose. Operon ya kukosa inajumuisha jeni zinazohitajika kupata na kusindika lactose kutoka mazingira ya ndani. CAP kumfunga kwa operator mlolongo mkondo wa promota kwamba huanzisha transcription ya operon lac. Hata hivyo, kwa mtu wa kukosa kuanzishwa, hali mbili zinapaswa kutimizwa. Kwanza, kiwango cha glucose lazima iwe chini sana au haipo. Pili, lactose lazima iwepo. Tu wakati glucose haipo na lactose iko sasa itakuwa operon lace transcribed (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Hii inafanya maana kwa kiini, kwa sababu itakuwa juhudi kupoteza kuunda protini kutengeneza lactose ikiwa glucose ilikuwa nyingi au lactose haikupatikana.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Transcription ya operon lac umewekwa kwa uangalifu ili kujieleza kwake hutokea tu wakati glucose ni mdogo na lactose iko sasa kutumika kama chanzo mbadala cha mafuta.

Katika E. coli, mtu wa safari anaendelea kwa default, wakati mtu wa kukosa amezimwa. Kwa nini unadhani hii ndiyo kesi?

Ikiwa glucose haipo, basi CAP inaweza kumfunga kwa mlolongo wa operator ili kuamsha transcription. Ikiwa lactose haipo, basi mkandamizaji hufunga kwa operator ili kuzuia transcription. Ikiwa mojawapo ya mahitaji haya yanakabiliwa, basi transcription inabakia mbali. Tu wakati hali zote mbili ni kuridhika ni kukosa operon transcribed (Jedwali\(\PageIndex{1}\)).

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Ishara zinazoshawishi au Zikandamiza Transcription ya Operon ya lac

Glucose	CAP hufunga	Lactose	Mkandamizaji hufunga	Transcription
+	-	-	+	Hapana
+	-	+	-	Baadhi
-	+	-	+	Hapana
-	+	+	-	Ndio

Unganisha na Kujifunza

Tazama mafunzo ya uhuishaji kuhusu kazi za lac operon hapa.

Muhtasari

Udhibiti wa kujieleza jeni katika seli za prokaryotic hutokea katika ngazi ya transcriptional. Kuna njia tatu za kudhibiti transcription ya operon: udhibiti wa ukandamizaji, udhibiti wa activator, na udhibiti wa inducible. Udhibiti wa ukandamizaji, unaojulikana na operon ya trp, hutumia protini zinazofungwa na mlolongo wa operator ili kuzuia kimwili kisheria ya RNA polymerase na uanzishaji wa transcription. Kwa hiyo, ikiwa tryptophan haihitajiki, mkandamizaji amefungwa kwa operator na transcription inabakia mbali. Udhibiti wa activator, unaofanana na hatua ya CAP, huongeza uwezo wa kumfunga wa RNA polymerase kwa promoter wakati CAP imefungwa. Katika kesi hiyo, viwango vya chini vya glucose husababisha kumfunga kwa CAMP kwa CAP. CAP kisha kumfunga promoter, ambayo inaruhusu RNA polymerase kumfunga kwa promota bora. Katika mfano wa mwisho-lac operon-hali mbili lazima alikutana kuanzisha transcription. Glucose haipaswi kuwepo, na lactose inapaswa kupatikana kwa operon ya kukosa kuandikwa. Ikiwa glucose haipo, CAP hufunga kwa operator. Ikiwa lactose iko, protini ya kukandamiza haina kumfunga kwa operator wake. Tu wakati hali zote mbili ni alikutana RNA polymerase kumfunga kwa promota kushawishi transcription.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Katika E. coli, mtu wa safari anaendelea kwa default, wakati mtu wa kukosa amezimwa. Kwa nini unadhani kuwa hii ndiyo kesi?

Jibu

Tryptophan ni asidi amino muhimu kwa ajili ya kufanya protini, hivyo kiini daima mahitaji ya kuwa na baadhi ya upande. Hata hivyo, ikiwa mengi ya tryptophan iko sasa, ni kupoteza kufanya zaidi, na usemi wa receptor trp ni repressed. Lactose, sukari iliyopatikana katika maziwa, haipatikani kila wakati. Haina maana ya kufanya enzymes zinazohitajika kuchimba chanzo cha nishati ambacho haipatikani, hivyo operon ya lac imegeuka tu wakati lactose iko.

faharasa

kiamilisho

protini kwamba kumfunga kwa operators prokaryotic kuongeza transcription

protini ya catabolite activator (CAP)

protini ambayo inakabiliwa na cAMP kumfunga kwa utaratibu wa promoter wa operons ambao hudhibiti usindikaji wa sukari wakati glucose haipatikani

operon inducible

operon ambayo inaweza kuanzishwa au kukandamizwa kulingana na mahitaji ya seli na mazingira ya jirani

kukosa operon

operon katika seli prokaryotic kwamba encodes jeni zinazohitajika kwa ajili ya usindikaji na ulaji wa lactose

mdhibiti hasi

protini inayozuia transcription

mwendeshaji

kanda ya DNA nje ya mkoa promoter kwamba kumfunga activators au repressors kwamba kudhibiti jeni kujieleza katika seli prokaryotic

operon

ukusanyaji wa jeni kushiriki katika njia ambayo ni transcribed pamoja kama mRNA moja katika seli prokaryotic

mdhibiti chanya

protini ambayo huongeza transcription

mkandamizaji

protini kwamba kumfunga kwa operator wa jeni prokaryotic kuzuia transcription

tovuti ya kuanza transcriptional

tovuti ambayo transcription huanza

mtembezi wa safari

mfululizo wa jeni muhimu kuunganisha tryptophan katika seli prokaryotic

tritofani

amino asidi ambayo inaweza synthesized na seli prokaryotic wakati muhimu