اپرونها و تنظیم ژن در پروکاریوتها
اپرون — ژنهای خوشهای تحت کنترل مشترک — و سرکوبکنندهها و فعالکنندههایی که به باکتریها اجازه میدهند ژنهای متابولیک را در پاسخ به محیط خود روشن و خاموش کنند.
Definition
اپرون خوشهای از ژنهای باکتریایی است که به عنوان یک واحد از یک پروموتر تحت کنترل تنظیمی مشترک رونویسی میشوند؛ تنظیم ژن پروکاریوتی استفاده از پروتئینهای سرکوبکننده و فعالکننده است که بر DNA اپراتور و پروموتر عمل میکنند تا بیان اپرون را در پاسخ به سیگنالهای سلولی تنظیم کنند.
Scope
این موضوع تنظیم ژن در پروکاریوتها را با تمرکز بر اپرون پوشش میدهد. به عناصر اپراتور و پروموتر، کنترل منفی توسط سرکوبکنندهها و کنترل مثبت توسط فعالکنندهها، القا و سرکوب توسط سیگنالهای مولکول کوچک، و مثالهای کلاسیک مانند اپرونهای lac و trp میپردازد. این موضوع منطق تنظیم پروکاریوتی را بررسی میکند؛ کنترل یوکاریوتی و در سطح کروماتین در موضوعات همراه پوشش داده شدهاند.
Core questions
- اپرون چیست و چرا ژنهای باکتریایی اغلب به این شیوه سازماندهی میشوند؟
- چگونه سرکوبکنندهها و اپراتورها کنترل منفی را ایجاد میکنند؟
- چگونه فعالکنندهها و سیگنالهای مولکول کوچک کنترل مثبت و القا را ایجاد میکنند؟
- چگونه اپرونهای lac و trp تنظیم القایی و سرکوبپذیر را نشان میدهند؟
Key theories
- مدل اپرون
- ژاکوب و مونو پیشنهاد کردند که یک ژن تنظیمی یک سرکوبکننده را کد میکند که به یک اپراتور متصل میشود تا رونویسی ژنهای ساختاری مجاور را کنترل کند و بیان ژن هماهنگ و پاسخگو به سیگنال را در باکتریها توضیح میدهد.
- کنترل منفی و مثبت
- اپرونها میتوانند به صورت منفی، توسط سرکوبکنندههایی که رونویسی را تا زمانی که توسط یک القاکننده حذف شوند مسدود میکنند، و به صورت مثبت، توسط فعالکنندههایی که برای روشن کردن رونویسی لازم هستند، کنترل شوند و پاسخهای انعطافپذیری را به مواد مغذی و سیگنالها امکانپذیر میسازند.
Mechanisms
در یک اپرون، یک پروموتر واحد رونویسی چندین ژن ساختاری را هدایت میکند. یک پروتئین سرکوبکننده، محصول یک ژن تنظیمی، میتواند به اپراتور متصل شود تا پلیمراز را مسدود کند؛ یک مولکول القاکننده که به سرکوبکننده متصل میشود، این انسداد را برطرف میکند و اپرون را روشن میکند، همانند اپرون lac. برعکس، یک همسرکوبکننده میتواند یک سرکوبکننده را فعال کند تا یک اپرون بیوسنتزی را خاموش کند، همانند اپرون trp. کنترل مثبت پروتئینهای فعالکننده را اضافه میکند که وقتی در نزدیکی پروموتر متصل میشوند، برای رونویسی کارآمد ضروری هستند و چندین سیگنال را در تصمیم برای بیان ژنها ادغام میکنند.
Clinical relevance
منطق اپرون زیربنای پاسخهای باکتریایی به آنتیبیوتیکها و استرس غذایی است و طراحی مدارهای ژنی مصنوعی را اطلاعرسانی میکند؛ به عنوان اهمیت ارائه شده است، نه راهنمایی بالینی.
History
مطالعات اپرون lac توسط ژاکوب و مونو، که در سال 1961 منتشر شد، اپرون و مکانیسم سرکوبکننده-اپراتور را تعریف کرد، سهمی از جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی سال 1965 را به دست آورد و الگویی برای درک تنظیم ژن فراهم کرد.
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- André Lwoff
Related topics
Seminal works
- jacob1961
- watson2013
Frequently asked questions
- اپرون lac چیست؟
- خوشهای از ژنها در E. coli برای استفاده از لاکتوز، که توسط یک سرکوبکننده کنترل میشود و زمانی که لاکتوز وجود دارد آزاد میشود و ژنها را فقط در صورت نیاز روشن میکند.
- تفاوت بین اپرون القایی و اپرون سرکوبپذیر چیست؟
- یک اپرون القایی معمولاً خاموش است و توسط یک القاکننده روشن میشود؛ یک اپرون سرکوبپذیر معمولاً روشن است و زمانی که یک همسرکوبکننده سیگنال میدهد که محصول آن فراوان است، خاموش میشود.