2 loại hệ thống vận hành di truyền Ưu điểm của quy định gen

Một operon là một phần của vật liệu di truyền (hoặc DNA) hoạt động như một đơn vị quy định duy nhất có một hoặc nhiều gen cấu trúc, gen vận hành, gen khởi động, gen điều hòa, ức chế và cảm ứng hoặc ức chế (từ bên ngoài). Các gen vận hành, quảng bá và điều hòa tạo thành khu vực quy định.

Hệ thống toán tử là phổ biến trong prokarytoes. Toán hạng đầu tiên được phát hiện bởi Jacob và Monad (1961). Sau đó, một số operon như vậy đã được phát hiện, ví dụ, trp -operon, ara -operon, mình - operon, vol -operon. Toán tử có hai loại, cảm ứng và áp lực.

Hình ảnh lịch sự: tải lên.wikierra.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

Hệ thống toán tử cảm ứng - Toán tử Lac (Hình 6.34):

Một hệ thống operon cảm ứng là một đơn vị quy định của vật liệu di truyền được bật để đáp ứng với sự hiện diện của một hóa chất. Nó bao gồm các phần sau:

Gen cấu trúc:

Chúng là những gen thực sự tổng hợp mRNA. Một mRNA kiểm soát hoạt động trao đổi chất của tế bào chất thông qua sự hình thành protein hoặc enzyme trên các ribosome. Một operon có một hoặc nhiều gen cấu trúc. Lactose hoặc lac-operon của Escherichia coli chứa ba gen cấu trúc (Z, Y, A).

Họ phiên mã một phân tử mRNA poiycistronic giúp tổng hợp ba loại enzyme P-galactosidase để thủy phân lactose hoặc galactoside, lactose hoặc galactoside cho phép xâm nhập vào đường từ bên ngoài và thiogalactoside acetylase hoặc transacetylase. đường sữa

Ba enzyme, tuy nhiên, được sản xuất ở nồng độ mol khác nhau. Một mức độ biểu hiện rất thấp của lac-operon và do đó các enzyme của nó luôn luôn có mặt. Sự xâm nhập ban đầu của đường sữa vào vi khuẩn sẽ chỉ xảy ra do hoạt động này.

Toán tử gen:

Nó là một gen kiểm soát trực tiếp sự tổng hợp của các mRNA qua các gen cấu trúc. Nó bị tắt bởi sự hiện diện của một người đàn áp. Một chất cảm ứng có thể lấy đi chất ức chế và bật gen. Sau đó, gen chỉ đạo các gen cấu trúc để phiên mã. Gen toán tử của operon lac chỉ được tạo thành từ 27 cặp cơ sở.

Gene quảng bá:

Nó hoạt động như một tín hiệu khởi đầu có chức năng là trung tâm nhận biết RNA-polymerase với điều kiện gen vận hành được bật. RNA polymerase được liên kết với gen Promer. Khi gen vận hành hoạt động, polymerase di chuyển qua nó và đến các gen cấu trúc để thực hiện phiên mã.

Gene điều chỉnh (lac i-Gene):

Trong lac-operon, nó được gọi là i -gene vì nó tạo ra chất ức chế hoặc chất ức chế. Các repressor liên kết với gen toán tử và dừng hoạt động của cái sau. Nó thể hiện sự kiểm soát tiêu cực đối với hoạt động của các gen cấu trúc.

Người đàn áp:

Đó là protein điều hòa được tổng hợp mọi lúc (cấu thành) bởi chất điều hòa i -gene. Repressor có nghĩa là để chặn gen người vận hành để các gen cấu trúc không thể tạo thành mRNA. Nó có hai vị trí allosteric, một để gắn vào gen vận hành và thứ hai để liên kết với cảm ứng.

Sau khi tiếp xúc với chất cảm ứng, bộ đàn hồi trải qua thay đổi về hình dạng theo cách mà nó không thể kết hợp với toán tử. Chất ức chế của lactose hoặc lac-operon là một protein có trọng lượng phân tử 160.000. Nó được tạo thành từ bốn tiểu đơn vị, mỗi tiểu phân có trọng lượng phân tử 40.000.

Cảm ứng:

Nó là một hóa chất (chất nền, hoóc môn hoặc một số chất chuyển hóa khác) mà sau khi tiếp xúc với chất ức chế, sẽ biến đổi chất này thành trạng thái liên kết không DNA để giải phóng gen người vận hành. Chất cảm ứng cho lac-operon của Escherichia coli là đường sữa (thực ra là allolactose, hoặc chất chuyển hóa của đường sữa).

MŨ LƯỠI TRAI:

Nó là chất kích hoạt được gọi là protein hoạt hóa dị hóa. Nó tạo ra sự kiểm soát dương tính trong môi trường bởi vì khi không có RNA polymerase thì không thể nhận ra gen Promer. Gen của nó nằm cách xa operon nhưng vị trí CAP thụ thể xảy ra gần chất hoạt hóa lac. CAP chỉ kích hoạt gen lac khi không có glucose.

RNA polymerase được công nhận bởi gen promer. Nó vượt qua gen vận hành tự do và sau đó xúc tác phiên mã các mRNA qua các gen cấu trúc. Các mRNA truyền vào tế bào chất và hình thành các protein hoặc enzyme đặc biệt. Trong số ba enzyme được sản xuất bởi lac-operon, lactose-permease có nghĩa là để đưa đường sữa vào trong tế bào. -Galactosidase (= lactase) phá vỡ đường sữa thành hai thành phần là glucose và galactose. Enzyme như lactase hoặc (3-galactosidase được hình thành để đáp ứng với sự hiện diện của cơ chất của nó thường được gọi là enzyme cảm ứng hoặc thích nghi.

Hệ thống operon cảm ứng thường xảy ra trong con đường dị hóa. Tuy nhiên, lac-operon sẽ không hoạt động vô thời hạn mặc dù có sự hiện diện của đường sữa trong môi trường bên ngoài.

Nó sẽ dừng hoạt động của nó với sự tích tụ glucose và galactose trong tế bào vượt quá khả năng của vi khuẩn đối với quá trình trao đổi chất của chúng. Lac -operon cũng được kiểm soát của quy định tích cực.

Hệ thống toán tử có thể nén (Hình 6.35):

Hệ thống operon có thể nén thường được tìm thấy trong con đường đồng hóa. Operon hoạt động và các enzyme được tạo ra bởi các gen cấu trúc của nó thường có mặt trong tế bào. Chức năng của operon bị dừng khi nồng độ của sản phẩm cuối vượt qua giá trị ngưỡng. Một ví dụ về hệ thống có thể áp chế là tryptophan hoặc trp operon của Escherichia coli. Nó cũng được Jacob và Monod thực hiện và bao gồm những điều sau đây:

Gen cấu trúc:

Các gen được kết nối với phiên mã của mRNA. Các mRNA dịch thông tin được mã hóa của họ trong quá trình tổng hợp polypeptide. Polypeptide làm phát sinh các chất protein bao gồm enzyme. Operon tryptophan có năm gen cấu trúc, các loại gen trp E, D, С, B, A. Chúng tạo thành enzyme cho năm bước tổng hợp tryptophan.

Toán tử gen:

Nó kiểm soát hoạt động của các gen cấu trúc. Thông thường nó được tiếp tục bật vì aporepressor được tạo ra bởi gen điều hòa không thể chặn hoàn toàn gen vận hành. Các gen vận hành bị tắt khi một lõi ức chế có sẵn cùng với aporepressor.

Gene quảng bá:

Đây là trang web để liên kết ban đầu của RNA-polymerase. Loại thứ hai di chuyển từ gen Promer đến gen cấu trúc được cung cấp gen vận hành được bật.

Các thành phần khu vực quy định khác:

Hai thành phần của khu vực quy định xảy ra giữa gen người vận hành và gen cấu trúc E. Chúng là trình tự lãnh đạo (L) và suy hao (A). Trình tự lãnh đạo có liên quan đến việc kiểm soát suy hao. Bộ suy giảm giúp giảm tổng hợp tryptophan khi nó có mặt với lượng vừa đủ mà không cần tắt operon.

Bộ điều chỉnh gen (trp R):

Nó tạo thành một thành phần protein để ngăn chặn hoạt động của gen người vận hành. Gen điều chỉnh của operon tryptophan nằm ở khoảng cách xa so với operon còn lại.

Aporepressor:

Nó là một chất protein được tổng hợp bởi gen điều hòa. Aporepressor tạo thành một thành phần của chất ức chế để ngăn chặn hoạt động của gen người vận hành. Đối với điều này, nó đòi hỏi một corepressor. Khi cái sau không có sẵn ở cường độ thích hợp, gen người vận hành sẽ được bật vì bản thân nó, aporepressor không thể chặn hoạt động của gen người vận hành.

Corepressor:

Nó là một thành phần không protein của chất ức chế, cũng là sản phẩm cuối cùng của các phản ứng được xúc tác bởi các enzyme được tạo ra thông qua hoạt động của các gen cấu trúc. Sản phẩm cuối cùng thường được sử dụng trong một số phản ứng khác để nó hiếm khi tích lũy và do đó không hoạt động như lõi.

Tuy nhiên, bất cứ khi nào nó tích lũy hoặc trở nên có sẵn từ nguồn bên ngoài, sản phẩm cuối cùng sẽ trở thành lõi, kết hợp với aporepressor, tạo thành chất ức chế và chặn gen người vận hành.

Các gen cấu trúc bây giờ ngừng phiên mã. Hiện tượng này được gọi là đàn áp feed-back. Nó thực hiện một kiểm soát tiêu cực. Trong operon tryptophan, tryptophan (một loại axit amin) có chức năng như chất ức chế.

Sự khác nhau giữa cảm ứng và đàn áp:

Cảm ứng:

1. Đó là việc bật một operon thường vẫn bị tắt.

2. Cảm ứng được gây ra bởi một chất nền mới được xử lý và chuyển hóa.

3. Nó thường được kết nối với một con đường dị hóa.

4. Gen điều hòa của một operon, có khả năng trải qua cảm ứng, tạo ra một chất ức chế ngăn chặn gen vận hành.

5. Cảm ứng là loại bỏ chất ức chế của operon bằng chất chuyển hóa cảm ứng.

6. Cảm ứng là chất nền, hoóc môn hoặc sản phẩm phụ của nó.

7. Nó mang lại về phiên âm và dịch thuật.

Đàn áp:

1. Nó đang tắt một operon thường vẫn được bật.

2. Sự ức chế được gây ra bởi sự hình thành gia tăng hoặc sự sẵn có của một chất chuyển hóa.

3. Sự đàn áp chủ yếu được kết nối với một con đường đồng hóa.

4. Gen điều hòa của một operon, chịu trách nhiệm đàn áp, tạo ra một phần của chất ức chế được gọi là aporepressor. Điều tương tự không thể chặn gen người vận hành.

5. Ức chế là sự ngăn chặn gen vận hành của operon thông qua một chất ức chế phức tạp được hình thành bởi sự kết hợp của aporepressor được hình thành bởi gen điều hòa và corepressor thực sự là một sản phẩm của con đường đồng hóa.

6. Repressor là một hợp chất được hình thành bởi một aporepressor và corepressor thường là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất.

7. Sự kìm nén dừng phiên mã và dịch thuật.

Ưu điểm của quy định gen:

1. Một số gen liên quan cần thiết cho một hoạt động trao đổi chất cụ thể có thể được bật hoặc tắt đồng thời.

2. Điều hòa gen cho phép tế bào điều chỉnh quá trình trao đổi chất theo yêu cầu thay đổi và phát triển môi trường.

3. Đó là kinh tế vì nó chỉ tổng hợp các enzyme khi cần thiết.

4. Điều hòa gen giúp tăng trưởng và sự khác biệt.

5. Nó rất hữu ích trong việc hoàn thành trơn tru các phản ứng dây chuyền.