و الاوبرون يتكون من مجموعة من الجينات أمر بالتتابع التي تنظم بعضها البعض، وجدت أن البروتينات ترميز التي ترتبط وظيفيا، وذلك في جميع أنحاء جينوم البكتيريا والجينوم "الأجداد".
تم وصف هذه الآلية التنظيمية من قبل F. Jacob و J. Monod في عام 1961 ، وهي حقيقة أكسبتهما جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب في عام 1965. اقترح هؤلاء الباحثون وأظهروا تشغيل الأوبراونات من خلال الجينات التي ترمز إلى الانزيمات المطلوبة من قبل Escherichia coli لاستخدام اللاكتوز.
رسم تخطيطي لشريط الحمض النووي مع الجينات التي تتكون منها أوبرا اللاكتوز (المروج ، المشغل ، lacZ ، lacY ، lacA ، المنهي) (المصدر: Llull ~ commonswiki عبر Wikimedia Commons)
تعتبر الأوبونات مسؤولة عن تنسيق تخليق البروتين وفقًا لاحتياجات كل خلية ، أي أنه يتم التعبير عنها فقط لتوليد البروتينات في الوقت والمكان المحدد المطلوبين.
عادةً ما تكون الجينات الموجودة داخل الأوبرا جينات هيكلية ، مما يعني أنها ترمز إلى إنزيمات مهمة تشارك بشكل مباشر في المسارات الأيضية داخل الخلية. يمكن أن تكون هذه هي تخليق الأحماض الأمينية ، والطاقة في شكل ATP ، والكربوهيدرات ، وما إلى ذلك.
توجد العوامل الفعالة أيضًا بشكل شائع في الكائنات حقيقية النواة ، ومع ذلك ، على عكس الكائنات بدائية النواة ، في حقيقيات النوى ، لا يتم نسخ منطقة الأوبرون على أنها جزيء RNA رسول واحد.
اكتشاف
كان أول تقدم هام فيما يتعلق بالأوبراونات الذي قام به فرانسوا جاكوب وجاك مونود هو معالجة مشكلة "التكيف الأنزيمي" ، والذي يتكون من ظهور إنزيم معين فقط عندما تكون الخلية في وجود ركيزة.
لوحظت استجابة الخلايا هذه للركائز في البكتيريا لسنوات عديدة. ومع ذلك ، تساءل الباحثون كيف تحدد الخلية بالضبط أي إنزيم يجب أن تصنعه من أجل استقلاب هذه الركيزة.
لاحظ جاكوب ومونود أن الخلايا البكتيرية ، بوجود الكربوهيدرات الشبيهة بالجالاكتوز ، أنتجت 100 مرة أكثر من β-galactosidase مقارنة بالظروف العادية. هذا الإنزيم مسؤول عن تكسير β-galactosides بحيث تستخدمها الخلية في التمثيل الغذائي.
لذلك ، أطلق كلا الباحثين على الكربوهيدرات من نوع الجالاكتوزيد "محرضات" ، حيث أنها كانت مسؤولة عن إحداث زيادة في تخليق-galactosidase.
وبالمثل ، وجد جاكوب ومونود منطقة وراثية بها ثلاثة جينات تم التحكم فيها بطريقة منسقة: الجين Z ، الذي يرمز إلى إنزيم β-galactosidase ؛ الجين Y ، ترميز إنزيم نفاذية اللاكتوز (نقل الجالاكتوزيدات) ؛ والجين A ، الذي يرمز إلى إنزيم transacetylase ، وهو ضروري أيضًا لاستيعاب galactosides.
من خلال التحليلات الجينية اللاحقة ، أوضح جاكوب ومونود جميع جوانب التحكم الجيني في أوبرون اللاكتوز ، وخلصوا إلى أن قطعة الجينات Z و Y و A تشكل وحدة وراثية واحدة ذات تعبير منسق ، وهو ما عرّفوه بـ "أوبيرون".
نموذج الأوبرا
تم وصف نموذج الأوبرا بدقة لأول مرة في عام 1965 من قبل جاكوب ومونود لشرح تنظيم الجينات التي يتم نسخها وترجمتها للإنزيمات المطلوبة في الإشريكية القولونية من أجل استقلاب اللاكتوز كمصدر للطاقة..
اقترح هؤلاء الباحثون أن نسخ الجين أو مجموعة الجينات الموجودة على التوالي يتم تنظيمها بواسطة عنصرين: 1) جين تنظيمي أو جين مثبط 2) وجين عامل أو تسلسل عامل.
يوجد جين المشغل دائمًا بجانب الجين (الجينات) الهيكلية التي يكون تعبيرها مسؤولاً عن تنظيمها ، بينما يرمز الجين المكبِط لبروتين يسمى "المكبِط" الذي يرتبط بالمشغل ويمنع نسخه.
يتم قمع النسخ عندما يكون القامع مرتبطًا بجين المشغل. وبهذه الطريقة ، لا يتم التعبير عن التعبير الجيني للجينات التي تشفر الإنزيمات اللازمة لاستيعاب اللاكتوز ، وبالتالي لا يمكن استقلاب السكاريد المذكور.
رسم تخطيطي وظيفي لأوبون اللاكتوز من خلال عناصر التحكم المختلفة. هذا هو الأوبرون "النموذجي" الذي يستخدمه مدرسو الأحياء لتعليم عمل هذه الجينات (المصدر: Tereseik. عمل مشتق من صورة G3pro. الترجمة الإسبانية بواسطة Alejandro Porto. عبر Wikimedia Commons)
في الوقت الحاضر ، من المعروف أن ارتباط القامع بالمشغل يمنع ، بآليات فاصلة ، أن يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بموقع المروج بحيث يبدأ في نسخ الجينات.
موقع المروج هو "الموقع" الذي يتعرف عليه بوليميراز الحمض النووي الريبي لربط الجينات ونسخها. نظرًا لأنه لا يمكنه الارتباط ، لا يمكنه نسخ أي من الجينات في التسلسل.
يقع جين المشغل بين منطقة وراثية من التسلسل المعروف باسم المحفز والجينات الهيكلية. ومع ذلك ، لم يحدد جاكوب ومونود هذه المنطقة في وقتهم.
من المعروف الآن أن التسلسل الكامل الذي يتضمن الجينات الهيكلية أو الجينات ، المشغل والمحفز ، هو في جوهره ما يشكل "أوبرون".
تصنيف الأوبرا
يتم تصنيف العوامل إلى ثلاث فئات مختلفة فقط تعتمد على الطريقة التي يتم تنظيمها بها ، أي أنه يتم التعبير عن بعضها بشكل مستمر (تكوين) ، والبعض الآخر يحتاج إلى جزيء أو عامل معين لتنشيطه (محفز) ويتم التعبير عن البعض الآخر بشكل مستمر حتى أن المحرض معبر عنه (قابل للقمع).
الأنواع الثلاثة من الأوبرا هي:
الأوبرا المحرض
يتم تنظيم عوامل التشغيل من هذا النوع بواسطة الجزيئات الموجودة في البيئة مثل الأحماض الأمينية والسكريات والمستقلبات ، إلخ. تُعرف هذه الجزيئات بالمحفزات. إذا لم يتم العثور على الجزيء الذي يعمل كمحفز ، فلن يتم نسخ جينات الأوبرون بشكل نشط.
في الأوبرا المستحثة ، يرتبط المكثف الحر بالمشغل ويمنع نسخ الجينات الموجودة في المشغل. عندما يرتبط المحرض بالقمع ، يتشكل معقد لا يمكن ربطه بالقمع وبالتالي يتم ترجمة جينات الأوبون.
مشغل قابل للقمع
تعتمد هذه العوامل على جزيئات محددة: الأحماض الأمينية والسكريات والعوامل المساعدة أو عوامل النسخ ، من بين أمور أخرى. تُعرف هذه باسم corepressors وتتصرف بطريقة معاكسة تمامًا للمحثات.
فقط عندما يرتبط corepressor مع المكبِط ، يتوقف النسخ وبالتالي لا يحدث نسخ الجينات الموجودة داخل الأوبرون. ثم لا يتوقف نسخ الأوبرا القابل للقمع إلا بوجود ضاغط الهواء.
الاوبرون التأسيسي
لا يتم تنظيم هذه الأنواع من الأوبرا. يتم نسخها باستمرار بنشاط ، وفي حالة حدوث أي طفرة تؤثر على تسلسل هذه الجينات ، يمكن أن تتأثر حياة الخلايا التي تحتوي عليها ، وبشكل عام ، تؤدي إلى موت الخلايا المبرمج.
أمثلة
أول مثال معروف على نطاق واسع لوظيفة الأوبرا هو أوبرون اللاكتوز. هذا النظام مسؤول عن تحويل اللاكتوز ، ثنائي السكاريد ، إلى السكريات الأحادية الجلوكوز والجالاكتوز. تعمل ثلاثة إنزيمات في هذه العملية:
- β-galactosidase المسؤول عن تحويل اللاكتوز إلى جلوكوز وجلاكتوز.
- تصريف اللاكتوز ، وهو المسؤول عن نقل اللاكتوز من الوسط خارج الخلية إلى داخل الخلية و
- إنزيم Transcetylase ، الذي ينتمي إلى النظام ، ولكن له وظيفة غير معروفة
يتحكم أوبرا trp (tryptophan) من Escherichia coli في تخليق التربتوفان ، حيث يكون حامض المشيمية سلفه. يوجد ضمن هذا المشغل جينات خمسة بروتينات تُستخدم لإنتاج ثلاثة إنزيمات:
- الإنزيم الأول ، المشفر بواسطة الجينين E و D ، يحفز أول تفاعلين من مسار التربتوفان ويعرف باسم أنثرانيلات سينثيتاز
- الانزيم الثاني هو الجلسرين فوسفات ويحفز الخطوات اللاحقة لانثرانيلات سينثيتاز
- الإنزيم الثالث والأخير هو إنزيم التربتوفان ، المسؤول عن إنتاج التربتوفان من فوسفات الإندول-الجلسرين والسيرين (هذا الإنزيم هو نتاج الجينين B و A)
المراجع
- بلومنتال ، ت. (2004). عوامل التشغيل في حقيقيات النوى. إحاطات في علم الجينوم الوظيفي ، 3 (3) ، 199-211.
- Gardner، EJ، Simmons، MJ، Snustad، PD، & Santana Calderón، A. (2000). مبادئ علم الوراثة. مبادئ علم الوراثة.
- Osbourn ، AE ، & Field ، B. (2009). عوامل التشغيل. علوم الحياة الخلوية والجزيئية، 66 (23) ، 3755-3775.
- شابيرو ، جيه ، ماتشاتي ، إل ، إيرون ، إل ، إيهلير ، جي ، إيبين ، ك ، وبيكويث ، ج. (1969). عزل DNA lac operon النقي. الطبيعة ، 224 (5221) ، 768-774.
- سوزوكي ، DT ، & غريفيث ، AJ (1976). مقدمة في التحليل الجيني. دبليو فريمان وشركاه.