Bilgi

12.1: Lak Operon - Biyoloji

12.1: Lak Operon - Biyoloji



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.

Transkripsiyonel düzenleme mekanizmalarına ilişkin ilk görüşler, E. koli araştırmacılar Francois Jacob ve Jacques Monod tarafından. İçinde E. koli, ve diğer birçok bakteri, birkaç farklı proteini kodlayan genler, bir transkripsiyon birimi olarak adlandırılan tek bir transkripsiyon ünitesinde yer alabilir. operon. Bir operondaki genler aynı transkripsiyonel düzenlemeyi paylaşır, ancak bireysel olarak çevrilir. Ökaryotlar genellikle genleri operon olarak gruplamazlar (istisna, C. elegans ve diğer birkaç tür).

Temel lak operon yapısı

E. koli bulunduğu ortamda birçok farklı şekerle karşılaşır. Bu şekerler, örneğin laktoz ve glikozMetabolizmaları için farklı enzimlere ihtiyaç duyarlar. Laktoz metabolizması için enzimlerin üçü şu şekilde gruplandırılmıştır: lak operon: lacZ, eksik, ve lacA(Şekil (PageIndex{1})). LacZ adı verilen bir enzimi kodlar. β-galaktosidazlaktozu iki bileşen şekerine sindirir: glikoz ve galaktoz. eksik bir nüfuz etmek laktozun hücreye taşınmasına yardımcı olur. Nihayet, lacA bir trans-asetilaz; laktoz metabolizmasındaki önemi tam olarak açık değildir. transkripsiyonu lak operon normalde sadece sindirmek için laktoz mevcut olduğunda ortaya çıkar. Muhtemelen bu, hiçbir substratın bulunmadığı enzimlerin sentezinde enerji israfını önler. Tek bir mRNA transkripti, üç enzim kodlama dizisinin tümünü içerir ve polisistronik olarak adlandırılır. Bir cistron, bir gene eşdeğerdir.

Cis- ve transdüzenleyiciler

Üç protein kodlayan gene ek olarak, lak operon, proteinleri kodlamayan, bunun yerine operonun transkripsiyonel düzenlenmesinde yer alan proteinler için bağlanma bölgeleri olan kısa DNA dizileri içerir. İçinde lak operon, bu dizilere denir P (destekleyici), O (operatör), ve CBS (CAP bağlayıcı site). Toplu olarak, bunlar gibi dizi elemanlarına denir. cis-elementler Çünkü onlar zorunlu regüle ettikleri genlerle aynı DNA parçası üzerinde yer alırlar. Öte yandan, bunlara bağlanan proteinler cis-elemanlar denir trans- düzenleyiciler çünkü (yayılabilir moleküller olarak) düzenledikleri genlerle aynı DNA parçası üzerinde kodlanmaları gerekmez.

LacI allosterik olarak düzenlenmiş bir baskılayıcıdır

En önemlilerinden biri trans- düzenleyiciler lak operon tarafından kodlanmıştır lacI. Dört özdeş molekül lacI proteinler bir araya gelerek bir homotetramer deniliyor baskılayıcı (Şekil (PageIndex{2})). Bu baskılayıcı, promotöre bitişik iki operatör dizisine bağlanır. lak operon. Represörün bağlanması, RNA polimerazın promotöre bağlanmasını önler (Şekil (PageIndex{3})). Bu nedenle, operatör bir baskılayıcı tarafından işgal edildiğinde operon kopyalanmayacaktır.

Operatörde spesifik DNA dizilerine bağlanma yeteneğinin yanı sıra, bir diğer önemli özelliğidir. lacI protein, laktoza bağlanma yeteneğidir. Laktoz bağlandığında lacI, proteinin şekli operatöre bağlanmasını önleyecek şekilde değişir. Bu nedenle, laktoz varlığında, RNA polimeraz promotöre bağlanabilir ve şunları kopyalayabilir: lak operon, orta düzeyde bir ifadeye yol açar. lacZ, eksik, ve lacA genler. gibi proteinler lacI Bir liganda bağlandıktan sonra şekillerini ve fonksiyonel özelliklerini değiştirenlerin, bir liganda düzenlendiği söylenir. allosterik mekanizma. Görevi lacI düzenlenmesinde lak operon Şekil (PageIndex{4}) içinde özetlenmiştir.

KAP allosterik bir aktivatörüdür. lak operon

ikinci bir yönü lak operon düzenlemesi bir trans-faktör denilen cAMP bağlayıcı protein (KAP, Şekil (PageIndex{4})). CAP, allosterik olarak düzenlenmiş bir başka örnektir. trans-faktör. Sadece CAP proteini cAMP'ye bağlandığında, proteinin başka bir kısmı belirli bir proteine ​​bağlanabilir. cis-içindeki eleman lak promotör denilen CAP bağlama dizisi (CBS). CBS, destekleyiciye (P) çok yakındır. CAP, CBS'ye bağlandığında, RNA polimeraz promotöre daha iyi bağlanabilir ve transkripsiyonu başlatabilir. Bu nedenle, cAMP'nin varlığı sonuçta daha fazla artışa yol açar. lak operon transkripsiyonu.

cAMP tarafından düzenlemenin fizyolojik önemi, aşağıdaki bilgiler bağlamında daha açık hale gelmektedir. cAMP konsantrasyonu, glikoz bolluğu ile ters orantılıdır: glikoz konsantrasyonları düşük olduğunda, bir enzim olarak adlandırılan bir enzim. adenilat siklaz ATP'den cAMP üretebilir. Belli ki, E. koli laktoza göre glikozu tercih eder ve bu nedenle lak operon sadece glikoz olmadığında ve laktoz mevcut olduğunda yüksek seviyelerde. Bu, başka bir mantıksal kontrol katmanı sağlar. lak operon ifadesi: sadece laktoz varlığında ve glikoz yokluğunda operon en yüksek seviyelerinde ifade edilir.


Lac Operon: Mekanizma ve Düzenleme

Lac operon, vücutta laktozun taşınmasını ve metabolizmasını düzenleyen indüklenebilir bir gen ağının iyi bilinen bir örneğidir. Escherichia koli. Hücre dışı laktozun içselleştirilmesi ve ardından glikoza dönüştürülmesi için genleri kodlar.

laktoz operonu E. koli yalnızca laktoz mevcut olduğunda (ve tercih edilen enerji kaynağı olan glikoz olmadığında) AÇIK konuma getirilir. Laktoz yokluğunda, lac operon genlerinin transkripsiyonu bir baskılayıcı protein tarafından bloke edilir (operon'un gen ürünleri kullanılmayacaktır).

Lac operonunun yapısı

Lac operon, bir promotör (P) ve operatör (O) bölgesinden ve ardından üç yapısal genden oluşur. lacZ, lacY, ve lacA mansapta. Düzenleyici bir gen lacI (I) lac operonundan önce gelen, bir baskılayıcı (R) proteininin üretilmesinden sorumludur.

Yapısal genlere ek olarak, lac operon ayrıca bir dizi düzenleyici DNA dizisi içerir. Bunlar, operonun transkripsiyonunu kontrol eden belirli düzenleyici proteinlerin bağlanabileceği DNA bölgeleridir.

  1. Pozitif düzenleyiciler (aktivatörler): Aktivatör, düzenlenmiş genlerin transkripsiyonunu arttırır. lac operonunda, aktivatör (CAP olarak adlandırılır) bir glikoz sensörü görevi görür. Glikoz olmadığında/düşük olduğunda operonun transkripsiyonunu aktive eder.
  2. Negatif düzenleyiciler (baskılayıcı): Baskılayıcı, genlerin transkripsiyonunu azaltır veya ortadan kaldırır. lac operonunda, baskılayıcı bir laktoz sensörü görevi görür. Lac baskılayıcı tarafından kodlanır lacI gen. Lak represörü, laktozun mevcut olmadığı durumlarda, laktoz metabolizması için yapısal genlerin transkripsiyonunu, Şebeke bölge.

BİLİYOR MUSUNUZ?

Jacques Monod, François Jacob ile birlikte 1950'lerin sonlarında gen ekspresyonunun düzenlenmesi için lac operon modelini formüle etti. İkisi, meslektaşı André Lwoff ile birlikte 1965 yılında “Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü” ile ödüllendirildi. Keşfedilmesinden bu yana, lac operon gen düzenlemelerinin farklı yönlerini anlamak için bir model sistem olarak hizmet ediyor.


NS lak operon

Laktozun varlığına tepki verme kapasitesi her zaman oradaydı. Üç indüklenen enzimin genleri, hücrenin genomunun bir parçasıdır. Ancak kültür ortamına laktoz eklenene kadar bu genler ifade edilmedi (&beta-galaktosidaz zayıf bir şekilde ifade edildi ve laktozu allolaktoza dönüştürmeye yetecek kadar).

Bir genin ifadesini kontrol etmenin en doğrudan yolu, transkripsiyon hızını düzenler yani, RNA polimerazın geni, haberci RNA (mRNA) moleküllerine kopyalama hızı.

Gen transkripsiyonu, şekilde gösterilen belirli bir nükleotitte başlar "+1". RNA polimeraz aslında bu sitenin "yukarı akış" (yani 5' tarafında) bir bölgeye bağlanır ve bir ipliğin transkripsiyonunun başlayabilmesi için çift sarmalı açar.

  • TATAAT (veya benzer bir şey) dizisi, merkezin 10 nükleotid yukarı akışındadır. +1 site ve
  • başka bir dizi (TTGACA veya buna oldukça yakın bir şey) yukarı akışta 35 nükleotit merkezli.

İki bölge arasındaki kesin DNA dizisi önemli görünmüyor.

Laktoza yanıt olarak sentezlenen üç enzimin her biri ayrı bir gen tarafından kodlanır. Üç gen, bakteri kromozomu üzerinde tandem olarak düzenlenmiştir.

NS lak operon. Laktoz yokluğunda, I geni tarafından kodlanan baskılayıcı protein, lak operatör ve transkripsiyonu önler. Allolaktozun baskılayıcıya bağlanması operatörden ayrılmasına neden olur. Bu, RNA polimerazın operonun üç genini kopyalamasını sağlar. Ortaya çıkan tek mRNA molekülü daha sonra üç proteine ​​çevrilir.

NS lak baskılayıcı adı verilen iki düzine nükleotitten oluşan özel bir diziye bağlanır. Şebeke. [Operatör bölgesinin DNA dizisinin nasıl belirlenebileceğine ilişkin bir tartışmaya bağlantı.] Operatörün çoğu, promotörün aşağı akışındadır. Baskılayıcı operatöre bağlandığında, RNA polimeraz gen transkripsiyonu görevi ile aşağı yönde ilerleyemez.

Lac baskılayıcı, proteinlerin sadece küçük bir kısmını temsil eder. E. koli hücre.
Yine de nasıl izole edilip saflaştırılabileceğine dair bir tartışmaya bağlantı.

Operon, aşağıdakilerin birleşimidir.

kodlayan gen lak baskılayıcı denir ben gen. Hemen akış yukarısında yer alır. lak destekçi. Bununla birlikte, kesin konumu muhtemelen önemli değildir, çünkü etkisini hücrenin her yerine yayılmakta olan protein ürünü vasıtasıyla sağlar. Ve aslında, bazı baskılayıcıların genleri, kontrol ettikleri operatörlerin yakınında bulunmaz.

Baskılayıcı, DNA'nın üzerine çıktıktan sonra, operatör dizisiyle karşılaşana kadar DNA boyunca hareket edebilir. Şimdi, proteinin üçüncül yapısındaki allosterik bir değişiklik, aynı amino asitlerin, operatör dizisindeki belirli bazlarla ve çoğunlukla hidrojen bağları ve hidrofobik etkileşimler gibi bağlar kurmasına izin verir.

  • baskılayıcının operatörden serbest bırakılmasına neden olur
  • RNA polimeraz artık operonun 3 genini bir bekar molekülü haberci RNA.

Ribozomlar büyüyen mRNA molekülüne bağlanmadan ve aşağı doğru hareket etmeden önce, transkripsiyon pek başlamaz. Çevirmek mesajı üç proteine ​​aktarır. Noktalama kodonlarının &mdash UAA, UAG veya UGA &mdash'ın, üç enzimin her biri için mRNA kodlama bölümleri arasındaki translasyonu sonlandırmak için neden gerekli olduğunu görebilirsiniz.

  • Ökaryotlardaki genler operonlarda bağlantılı değildir (örneğin nematodlar hariç). C. elegans ve tunikler gibi Ciona intestinalis).
  • Ökaryotlardaki birincil transkriptler, yalnızca tek bir genin transkriptini içerir (yukarıdaki istisnalar dışında).
    C. elegans çoğu ökaryottan, her biri 2 ila 8 gen içeren operonlarda gruplanmış genlerinin önemli bir kısmına (%15&%20) sahip olmasıyla farklılık gösterir. Bakteriler gibi, bir operondaki tüm genler, tek bir primer transkript (pre-mRNA) üreten tek bir promotörden kopyalanır. Bu operonlardaki genlerin bazıları, bakterilerdeki gibi görünür ve aynı biyokimyasal işlevde yer alır, ancak çoğu için durum böyle olmayabilir. C. elegans operonlar ayrıca her bir pre-mRNA'nın bir birim olarak çevrilmek yerine her bir gen için ayrı bir mRNA'ya işlenmesi bakımından bakterilerdekilerden farklıdır.
  • Transkripsiyon ve translasyon, bakteride olduğu gibi ökaryotlarda fiziksel olarak bağlantılı değildir. Transkripsiyon çekirdekte meydana gelirken, translasyon sitozolde meydana gelir (birkaç istisna dışında).

Arabinoz Operonunun Düzenlenmesi

Arabinoz operonu, bir Lac-operon modeli gibi hem olumlu hem de olumsuz olarak düzenlenir.

Pozitif Düzenleme

Burada bir terim pozitif mRNA sentezinin gerçekleşeceğini gösterir. Bu nedenle ara BAD mRNA pozitif düzenlemede oluşur. Arabinoz operonu, aşağıda açıklanan iki koşul tarafından pozitif olarak düzenlenir:

Durum-I (hem indükleyici hem de baskılayıcı protein olmadığında):

Hem bir indükleyici hem de bir baskılayıcı proteinin yokluğunda arabinoz operonunun baskısı olmayacaktır. Bu durumda, RNA polimeraz spesifik promotör bölge ile bağlanacak ve mRNA'yı oluşturmak için ara-BAD genlerini kopyalayacaktır. Ancak bu durumda, mRNA'nın kopyalanma hızı çok daha yavaştır.

Vaka-II (hem indükleyici hem de baskılayıcı mevcut olduğunda):

İndükleyici (arabinoz), mRNA transkripsiyonunu düzenlemek için baskılayıcı proteine ​​bağlanacaktır. Ara-C proteini artı arabinoz, ilmek oluşumuna izin vermeyecek bir kompleks oluşturur. Arabinoz, Ara-C dimerine bağlanır ve yapısal konfigürasyonunu değiştirir. Yapısal konfigürasyondaki bu değişiklik, RNA polimerazın, mRNA'yı oluşturmak üzere ara-BAD genlerini kopyalamasına izin verecektir. mRNA ayrıca proteinlere dönüşecektir.

Olumsuz düzenleme

Burada bir terim olumsuz mRNA transkripsiyonunun olmayacağını gösterir. Süreci basit bir şekilde anlamak için, önceki iki koşulla karşılaştırmak için koşul III'ü alalım.

Vaka-III (sadece baskılayıcı protein mevcut olduğunda):

Arabinoz operonunun ana rolü, arabinozun parçalanmasını içerir. Arabinozun yokluğunda, DNA molekülünün transkripsiyonu ve translasyonu olmayacaktır. Arabinoz, baskılayıcı protein ARA-C'yi bağlayan ve inaktive eden bir indükleyici görevi görür. İndükleyicinin yokluğunda, baskılayıcı protein ara-C geni tarafından üretilecektir. ARA-C baskılayıcı protein, operatör ve indükleyici gen ile bir dimer oluşturur. döngü. Döngü oluşumu, RNA polimerazın ara-BAD genlerini mRNA'yı oluşturmak üzere kopyalamasına izin vermeyecektir.


Uzun Cevaplı Soru: 'Lac-operon'u tanımlayın. - Biyoloji

1. E. coli'nin laktoz veya lac operonu indüklenebilir bir operondur. Ortamda bir kimyasal indükleyici-laktoz bulunduğunda operon açılır.

2. Jacob ve Monad, klasik Lac operon modelini önerdiler.

3. Lac operonu, destekleyici alan (P), düzenleyici alan (i) ve operatör alanından (O) oluşur.

4. Ayrıca z, y ve her biri bir enzim üreten üç yapısal gene sahiptir.

5. Hücrede laktoz metabolizması için aşağıdaki üç enzim gereklidir.

genin adı üretilen enzim İşlev
lak z &beta-galaktosidaz [ce]
lak y geçirgen Hücreye laktoz girişi
lak bir transasetilaz Asetil grubunu Asetil CoA'dan & beta-galaktosidaza aktarır

6. Hücreler için glikoz yoksa, laktoz gibi başka bir enerji kaynağına ihtiyaç duyacaklar.

7. Laktoz yoksa, baskılayıcı gen tarafından üretilen baskılayıcı protein operatöre bağlanacak ve RNA polimerazı bloke edecektir.

8. Laktoz bir indükleyici görevi görür. Laktoz mevcutsa, bir indükleyici-baskılayıcı kompleksi oluşturarak baskılayıcının operatöre bağlanmasını önleyecek ve RNA polimerazın mRNA'yı kopyalamasına izin verecektir.

9. RNA polimeraz, promotöre bağlanacak ve mRNA'yı kopyalamaya başlayacaktır.

10. RNA polimeraz önce & beta-galaktosidaz sentezinden sorumlu olan lac z genini kopyalar.

11. RNA polimeraz, enzim permeazını sentezleyen bir sonraki gene, lac y'ye geçer.

12. RNA polimeraz en sonunda transasetilaz sentezinden sorumlu olan bir gene lac'a hareket eder.

13. &beta-galaktosidaz, permeaz ve transasetilaz, laktozdan enerji elde etmek için kullanılan metabolik yoldaki enzimlerdir.

14. Laktoz tükendikten ve seviyeler düştükten sonra, represör operatöre bağlanarak &beta-galaktosidaz, permeaz ve transasetilaz üretimini bloke eder, böylece laktoz seviyeleri yükselir.


Lac Operon'un Şeması

Bir karbon kaynağı olarak laktozu kullanamayan özel bir E coli mutantı sınıfının, β-galaktosidaz (lacZ geni) için kodlama dizisinde mutasyonlara sahip olduğu bulundu. β-galaktosidaz proteini üretmezler. Şaşırtıcı bir şekilde, permeazın (lacY) ve transasetilazın (lacA) polipeptit ürünlerini üretmede başarısız olurlar. Ek olarak, bu genlerin hiçbirinden mRNA saptanmaz.
Üç tür geri dönen izole edildi:
Tip I Geri Dönenler: Geri kazanılan permeaz (LacY) ve transasetilaz (LacA) aktiviteleri, ancak β-galaktosidaz aktivitesi değil. Bu geri dönen mutasyonlar, lac operon içinde bulundu.
Tip II Geri Dönenler: 3 enzimatik aktivitenin hepsini yeniden kazandı.
Tip III Geri Dönenler: Gende rho faktörü için haritalanan ikincil bir mutasyonla yalnızca permeaz ve transasetilaz aktivitelerini yeniden kazandı.
Lac operon DNA, orijinal mutant suştan izole edildi. DNA'nın iplikleri birbirinden ayrıldı ve vahşi tipte bir bakteriden izole edilen lac operon'u içeren tek DNA iplikçikleri ile karıştırıldı. Bu "karışık" DNA'ların birbirine hibritleşmesine izin verildi. Ortaya çıkan çift sarmal yapılar izole edildi ve elektron mikroskobu ile görüntülendi:

SHAPE * MERGEFORMAT A. (5 puan) Revertant mutasyon (genel olarak) nedir?

B. (5pnts) Orijinal lakmutasyona neden olan genetik olay neydi (yani lacZ, lacY veya lacA ekspresyonuna izin vermedi)?

C. (5pnts) Bu olay neden permeaz ve transasetilaz üretmede başarısızlıkla sonuçlandı?

D. (5 puan) Tip I Geri Dönen mutasyonların doğası nedir?

E. (5 puan) Tip II Geri Dönen mutasyonların doğası nedir?

F. (5 puan) Tip III Geri Dönen mutasyonların doğası nedir?

© BrainMass Inc. brainmass.com 5 Mart 2021, 12:55 ad1c9bdddf
https://brainmass.com/biology/genetics/schematic-lac-operon-547656

Ekler

Çözüm Önizleme

Q6 (A-F). 30pnts Aşağıda lac operonunun bir şeması bulunmaktadır: SHAPE * MERGEFORMAT
Bir karbon kaynağı olarak laktozu kullanamayan özel bir E coli mutantı sınıfının, β-galaktosidaz (lacZ geni) için kodlama dizisinde mutasyonlara sahip olduğu bulundu. β-galaktosidaz proteini üretmezler. Şaşırtıcı bir şekilde, permeazın (lacY) ve transasetilazın (lacA) polipeptit ürünlerini üretmede başarısız olurlar. Ek olarak, bu genlerin hiçbirinden mRNA saptanmaz. Üç tür revertant izole edildi: Tip I Revertantlar: Geri kazanılan permeaz (LacY) ve transasetilaz (LacA) aktiviteleri, ancak β-galaktosidaz aktivitesi değil. Bu geri dönen mutasyonlar, lac operon içinde bulundu. Tip II Geri Dönenler: 3 enzimatik aktivitenin hepsini yeniden kazandı. Tip III Geri Dönenler: Gende rho faktörü için haritalanan ikincil bir mutasyonla yalnızca permeaz ve transasetilaz aktivitelerini yeniden kazandı. Lac operon DNA, orijinal mutant suştan izole edildi. DNA'nın iplikleri birbirinden ayrıldı ve vahşi tipte bir bakteriden izole edilen lac operon'u içeren tek DNA iplikçikleri ile karıştırıldı. Bu "karışık" DNA'ların birbirine hibritleşmesine izin verildi. Ortaya çıkan çift sarmal yapılar izole edildi ve elektron mikroskobu ile görüntülendi:

A. (5pnt) Revertant mutasyon (genel olarak) nedir?

Geri dönen bir mutasyon, başka bir baskılayıcı mutasyonla orijinal genotipine geri dönebilen bir mutanttır. Geri dönen bir mutasyon, mutant A ve mutant B arasındaki bu tür baskılayıcı etkileşim yoluyla orijinal fenotipe de geri dönebilir. Geri dönen bir mutant olmak için, ikinci mutantın birinci mutasyonu baskılaması gerekir. Örneğin, lac operonunun mutant E. coli bakterisinde. LacI- ve LacA-'nın Lac operon mutasyonlu genlerini normal genotipe (LacI ve LacA) ve fenotipe dönüştüren ikinci bir mutasyon vardır, çünkü artık permeaz (Lac Y) ve transasetilaz (Lac A) ürünleri üretebilir.

B. (5pnts) Orijinal lakmutasyona neden olan genetik olay neydi (yani lacZ, lacY veya lacA'nın ifadesine izin vermedi)?


Lac operonu

▶Operon : Jacob ve Monod, 1961'de spesifik metabolik yollarda yer alan genlerin transkripsiyonunun koordineli düzenlenmesi için operon modelini önerdiler. NS operon tipik olarak aşağıdakileri içeren bir gen ekspresyonu ve düzenleme birimidir:

  • NS yapısal genler (düzenleyici dışında herhangi bir gen) ekspresyonu koordineli olarak kontrol edilen belirli bir biyosentetik yola dahil olan enzimler için.
  • gibi kontrol elemanları operatör dizisi, yapısal genlerin transkripsiyonunu düzenleyen bir DNA dizisidir.
  • düzenleyici gen(s) ürünleri kontrol elemanlarını tanıyan, örneğin bir operatör sırasına bağlanan ve düzenleyen bir baskılayıcı.

▶Laktoz Operonu: Escherichia coli, karbon kaynağı olarak laktozu kullanabilir. Laktozun karbon kaynağı olarak kullanılması için gerekli enzimler, yalnızca laktoz tek karbon kaynağı olarak mevcut olduğunda sentezlenir. NS laktoz operonu (veya lac operon) üç yapısal genden oluşur: lacZlaktozun galaktoza ve glukoza hidrolizinden sorumlu bir enzim olan β-galaktosidazı kodlayan eksikbakteri hücre duvarı boyunca laktoz taşınmasından sorumlu olan bir galaktozid permeazını kodlayan ve lacAbir tiogalaktozit transasetilaz kodlayan .

Üç yapısal gen, tek bir promotöre sahip tek bir transkripsiyon ünitesi olan lacZYA'da kodlanmıştır. Plak. Bu organizasyon, üç laktoz operon yapısal proteininin birlikte ifade edildiği anlamına gelir. polisistronik mRNA aynı düzenleyici kontrol altında birden fazla kodlama bölgesi içeren. lacZYA transkripsiyon ünitesi, bir operatör sitesi Olac P'nin 5′-ucundaki –5 ve +21 tabanları arasında konumlananlak promotör bölgesi. Bu site, adı verilen bir proteini bağlar. lak baskılayıcı operatöre bağlı olduğunda güçlü bir transkripsiyon inhibitörüdür. Lac baskılayıcı, ayrı bir düzenleyici gen tarafından kodlanır. lacI aynı zamanda laktoz operon lacI'nin bir parçası olan, P'nin hemen yukarısında yer almaktadır.lak.

▶Lac baskılayıcı: lacI geni, aynı alt birimlerden oluşan bir tetramer olarak aktif olan lac represörünü kodlar. Lac operatörü-bağlanma bölgesi Olac için çok güçlü bir afiniteye sahiptir ve ayrıca DNA için genel olarak yüksek bir afiniteye sahiptir. lac operatör sitesi 28 bp'den oluşmaktadır. palindromik. A palindrom bir zincir 5′ ila 3′ yönünde soldan sağa ve tamamlayıcı iplik 5′ ila 3′ yönünde sağdan sola okunduğunda aynı DNA dizisine sahiptir. Operatörün bu ters çevrilmiş tekrar simetrisi, dört özdeş alt birimden oluşan lac baskılayıcının doğal simetrisiyle eşleşir. Laktoz yokluğunda, baskılayıcı, operatör bağlama bölgesini işgal eder. Hem lac represörünün hem de RNA polimerazın, lac promotörüne ve operatör bölgelerine aynı anda bağlanabildiği görülmektedir. Lac baskılayıcı aslında polimerazın lac promotörüne bağlanmasını iki büyüklük sırası ile arttırır. Bu, lac represörünün Olac operatörü DNA dizisine bağlı olduğu zaman, polimerazın muhtemelen bitişiktekine de bağlı olacağı anlamına gelir. Plak promotör dizisi.

▶İndüksiyon: Bir indükleyicinin yokluğunda, lac represörü, lacZYA'nın çok düşük bir transkripsiyon seviyesi dışında hepsini bloke eder. Hücrelere laktoz eklendiğinde, permeazın düşük bazal seviyesi onun alımına izin verir ve β-galaktosidaz, bazı laktozun allolaktoz.

Allolaktoz bir indükleyici görevi görür ve lac represörüne bağlanır. Bu, baskılayıcı tetramerin yapısında bir değişikliğe neden olarak lac operatörüne olan afinitesini azaltır. Operatör bölgesinden lac represörünün çıkarılması, polimerazın (zaten bitişik promotörde konumlanmıştır) lacZYA genlerinin transkripsiyonunu hızla başlatmasını sağlar. Böylece, laktoz ilavesi veya sentetik bir indükleyici, örneğin izopropil-β-D-tiogalaktopiranosid (IPTG), çok hızlı bir şekilde laktoz operon yapısal genlerinin transkripsiyonunu uyarır. Serbest lac baskılayıcı, operatör bölgesini hızla yeniden işgal ettiğinden ve lacZYA RNA transkripti aşırı derecede kararsız olduğundan, indükleyicinin daha sonra çıkarılması, bu indüklenmiş transkripsiyonun neredeyse anında inhibisyonuna yol açar.

▶cAMP reseptör proteini: NS Plak promotör güçlü bir promotör değildir. Plak ve ilgili promotörlerin güçlü –35 dizileri yoktur ve hatta bazılarının zayıf –10 konsensüs dizileri vardır. Yüksek seviyeli transkripsiyon için, belirli bir aktivatör proteinin aktivitesine ihtiyaç duyarlar. cAMP reseptör proteini (CRP). CRP olarak da adlandırılabilir katabolit aktivatör proteini veya KAP.

Glikoz mevcut olduğunda, E. coli, laktoz gibi alternatif karbon kaynaklarına ihtiyaç duymaz. Bu nedenle, laktoz operonu gibi katabolik operonlar normal olarak aktive edilmez. Bu düzenlemeye, kendi başına DNA'ya bağlanamayan veya transkripsiyonu düzenleyemeyen bir dimer olarak var olan CRP aracılık eder. Glikoz, hücredeki cAMP seviyesini azaltır. Glikoz olmadığında, E. coli'deki cAMP seviyeleri artar ve CRP, cAMP'ye bağlanır. CRP-cAMP kompleksi, laktoz operon promotörüne bağlanır Plak RNA polimeraz bölgesinin hemen yukarısında. CRP bağlanması, DNA'da 90°'lik bir bükülmeyi indükler ve bunun, promotöre RNA polimeraz bağlanmasını arttırdığına ve transkripsiyonu 50 kat arttırdığına inanılır. CRP-bağlanma bölgesi ters çevrilmiş bir tekrardır ve promotöre bitişik olabilir (laktoz operonunda olduğu gibi), promotörün kendi içinde olabilir veya promotörden çok daha yukarı akışta olabilir. Farklı katabolik operonların promotörlerinin CRP-bağlanma bölgelerindeki farklılıklar, bu operonların in vivo olarak cAMP'ye farklı tepki seviyelerine aracılık edebilir.


Lac Operon: İndüklenebilir Bir Operon

Prokaryotik hücrelerde üçüncü tip gen düzenlemesi, uyarılabilir operonlaryerel ortama ve hücrenin ihtiyaçlarına bağlı olarak transkripsiyonu aktive etmek veya baskılamak için bağlanan proteinlere sahip olan. NS lak operon tipik bir uyarılabilir operondur. Daha önce bahsedildiği gibi, E. koli glikoz konsantrasyonları düşük olduğunda diğer şekerleri enerji kaynağı olarak kullanabilir. Böyle bir şeker kaynağı laktozdur. NS lak operon, laktozu yerel ortamdan almak ve işlemek için gerekli genleri kodlar. Z geninin lak operon, laktozu glikoz ve galaktoza parçalayan beta-galaktosidazı kodlar.

Ancak, için lak operonun etkinleştirilmesi için iki koşulun karşılanması gerekir. İlk olarak, glikoz seviyesi çok düşük olmalı veya hiç olmamalıdır. İkincisi, laktoz mevcut olmalıdır. Sadece glikoz olmadığında ve laktoz mevcut olduğunda lak operon yazıya dökülecek (Şekil). Glikoz yokluğunda, CAP proteininin bağlanması, glikozun transkripsiyonunu yapar. lak operon daha etkilidir. Laktoz mevcut olduğunda, lak baskılayıcı ve şeklini değiştirmeyecek şekilde değiştirir. lak Operatör transkripsiyonu önlemek için. Koşulların bu kombinasyonu hücre için anlamlıdır, çünkü glikoz bol veya laktoz mevcut değilse laktozu işlemek için enzimleri sentezlemek enerji açısından israf olacaktır.


Lac Operon - ben geni

Aşağıdaki tabloda, E. coli lac operonunun, belirtildiği gibi glikoz veya laktoz varlığında veya yokluğunda transkripsiyonel olarak aktif olup olmayacağını tahmin edin (evet veya hayır) ve yanıt verin
Laktoz Glikoz Lak ifadesi?
Hayır Evet
Evet evet
Evet Hayır
"a" ve "b." sorularına

a. Cevaplarınızın her birini, lac operon düzenlemesinin altında yatan bilinen moleküler mekanizmalar açısından açıklayın.

B. Hangi mekanizma negatif kontrol, hangisi pozitif kontrol olarak kabul edilir? Açıklamak.

© BrainMass Inc. brainmass.com 5 Mart 2021, 01:07 ad1c9bdddf
https://brainmass.com/biology/human-biology/lac-operon-i-gene-564483

Çözüm Önizleme

laktoz glikoz
Aşağıdaki tabloda, E. coli lac operonunun, belirtildiği gibi glikoz veya laktoz varlığında veya yokluğunda transkripsiyonel olarak aktif olup olmayacağını tahmin edin (evet veya hayır) ve yanıt verin
Laktoz Glikoz Lak ifadesi?
Hayır Evet
Evet evet
Evet Hayır
"a" ve "b." sorularına

a. Cevaplarınızın her birini, lac operon düzenlemesinin altında yatan bilinen moleküler mekanizmalar açısından açıklayın.

B. Hangi mekanizma negatif kontrol, hangisi pozitif kontrol olarak kabul edilir? Açıklamak.

Laktoz Glikoz Lak ifadesi

a. Cevaplarınızın her birini, lac operon düzenlemesinin altında yatan bilinen moleküler mekanizmalar açısından açıklayın.

Çözüm Özeti

Laktoz operonu, promotor için operatörü kodlayan O genini kodlayan P genini baskılayıcı için kodlayan I genini içerir. Operatörün akış aşağısındaki yapısal genler Z Y A. Z geni B-Galaktosidazı kodlar, Y geni Permease'i kodlar ve A genini Transasetilaz'ı kodlar.

B-galaktosidaz - laktozu glikoz ve galaktoza dönüştürür
B-galaktozid permeaz - laktozu hücreye taşır
B-galaktozit transasetilaz- bilinmeyen fonksiyon

Lak operon, laktozun parçalanmasının hem negatif hem de pozitif bir düzenlemesi olarak işlev görür. İndükleyici laktozun varlığına bağlı olan indüklenebilir bir sistemdir.


Sıkı düzenleme

Normalde, lak operon kapatılır. Bir baskılayıcı protein, transkripsiyonu önleyen operonun yukarısındaki operatör (kontrol) bölgesini bağlar.

Laktoz hücrenin dışında bulunduğunda, hücre zarını geçer ve operonun indükleyicisi olarak hareket eder. Bunu, allolaktoz oluşturmak için laktoz parçalandığında yapar. NS lak operon daha sonra kopyalanır ve kendini hücre zarına yerleştiren ve hücreye laktoz taşınmasını kolaylaştıran permeaz ve glikoz molekülleri yapmak için laktozu tüketen ampbeta-galaktosidazı içeren proteinlere çevrilir. &beta-galaktosidaz ayrıca allolaktoz yapar. Bu, olumlu bir geri besleme döngüsüne yol açar.

Bu operon, glikoz seviyeleri düşük olduğunda sahne alır. Bunun nedeni, katabolit aktivatör protein (CAP) adı verilen başka bir protein ve siklik adenozin monofosfat (cAMP) molekülleridir. Glikoz seviyeleri düştüğünde, daha fazla CAP'yi bağlamak ve aktive etmek için yeterli cAMP olana kadar cAMP seviyeleri artar. CAP, lac operon ekspresyonunun artmasına yol açan genlerin RNA polimeraz transkripsiyonunu destekler.

Birlikte, negatif bir düzenleyiciniz var, allolaktoz tarafından bağlanan ve devre dışı bırakılan baskılayıcı protein ve düşük glikoz seviyeleri tarafından desteklenen, glikoz seviyeleri düşük olduğunda, ancak laktoz mevcut olduğunda hücrenin buna geçmesini sağlayan pozitif bir regülatör var. alternatif akşam yemeği kaynağı.


Videoyu izle: Lak Operonu Biyoloji. Genetik (Ağustos 2022).