ओपेरॉन मॉडल और प्रोकैरियोटिक जीन विनियमन

बैक्टीरिया में, कार्यात्मक रूप से संबंधित जीन अक्सर एक साथ व्यवस्थित होते हैं और एक एकल इकाई के रूप में प्रतिलेखित होते हैं जिसे ओपेरॉन कहा जाता है, जिसकी अभिव्यक्ति कोशिका के वातावरण के प्रति प्रतिक्रिया करने वाले नियामक प्रोटीन द्वारा चालू या बंद की जाती है। एस्चेरिचिया कोलाई के लैक्टोज सिस्टम के लिए जैकब और मोनोड द्वारा प्रस्तावित ओपेरॉन मॉडल, यह समझने के लिए संस्थापक ढांचा बन गया कि जीन अभिव्यक्ति को कैसे नियंत्रित किया जाता है।

Definition

एक ओपेरॉन सह-प्रतिलेखित जीवाणु जीनों का एक समूह है जो एक एकल प्रमोटर और ऑपरेटर के नियंत्रण में होता है, जिसका प्रतिलेखन रिप्रेसर या एक्टिवेटर प्रोटीन द्वारा विनियमित होता है जो छोटे-अणु संकेतों पर प्रतिक्रिया करते हैं।

Scope

यह विषय ओपेरॉन की संरचना (प्रमोटर, ऑपरेटर, और क्लस्टर्ड संरचनात्मक जीन), रिप्रेसर और एक्टिवेटर की क्रिया, इंड्यूसिबल और रिप्रेसिबल सिस्टम के बीच अंतर, और नकारात्मक बनाम सकारात्मक नियंत्रण को लैक्टोज और ट्रिप्टोफैन सिस्टम को प्रामाणिक उदाहरणों के रूप में उपयोग करके शामिल करता है। यह प्रोकैरियोटिक विनियमन को एक मूलभूत आणविक अवधारणा के रूप में मानता है, न कि नैदानिक ​​सामग्री के रूप में।

Core questions

• कार्यात्मक रूप से संबंधित जीवाणु जीन समन्वित रूप से कैसे व्यक्त होते हैं?
• नकारात्मक नियंत्रण (दमन) को सकारात्मक नियंत्रण (सक्रियण) से क्या अलग करता है?
• एक छोटा-अणु संकेत जीन क्लस्टर को कैसे चालू या बंद करता है?
• प्रोकैरियोट्स में ओपेरॉन व्यवस्था क्यों फायदेमंद है?

Key concepts

• प्रमोटर, ऑपरेटर, और संरचनात्मक जीन
• रिप्रेसर और एक्टिवेटर प्रोटीन
• इंड्यूसिबल बनाम रिप्रेसिबल ओपेरॉन
• नकारात्मक बनाम सकारात्मक नियंत्रण
• इंड्यूसर और कोरप्रेसर
• पॉलीसिस्ट्रोनिक मैसेंजर आरएनए
• कैटाबोलाइट दमन

Key theories

ओपेरॉन मॉडल

जैकब और मोनोड ने प्रस्तावित किया कि एक नियामक जीन एक रिप्रेसर को एन्कोड करता है जो आसन्न संरचनात्मक जीनों के प्रतिलेखन को अवरुद्ध करने के लिए ऑपरेटर से जुड़ता है, और एक इंड्यूसर जीनों को चालू करने के लिए रिप्रेसर को निष्क्रिय कर सकता है, जो समन्वित और इंड्यूसिबल जीवाणु जीन अभिव्यक्ति की व्याख्या करता है।

भर्ती द्वारा विनियमन

पटाशने और गैन ने प्रोटीन-प्रोटीन संपर्कों के माध्यम से आरएनए पोलीमरेज़ को प्रमोटर में भर्ती के रूप में प्रोकैरियोटिक सक्रियण को सामान्यीकृत किया, सकारात्मक नियंत्रण को एक बंधन समस्या के रूप में तैयार किया।

Mechanisms

नकारात्मक रूप से नियंत्रित इंड्यूसिबल ओपेरॉन जैसे कि लैक ओपेरॉन में, एक रिप्रेसर प्रोटीन ऑपरेटर से जुड़ता है और डाउनस्ट्रीम संरचनात्मक जीनों के प्रतिलेखन को अवरुद्ध करता है; जब एक इंड्यूसर (एक मेटाबोलाइट जो संकेत देता है कि सब्सट्रेट मौजूद है) रिप्रेसर से जुड़ता है, तो रिप्रेसर ऑपरेटर को छोड़ देता है और प्रतिलेखन आगे बढ़ता है। एक रिप्रेसिबल ओपेरॉन जैसे कि ट्रिप ओपेरॉन में, नियामक प्रोटीन ऑपरेटर से तभी जुड़ता है जब एक प्रभावक (एक कोरप्रेसर, अक्सर अंतिम उत्पाद) मौजूद होता है, जब उत्पाद प्रचुर मात्रा में होता है तो जीन बंद हो जाते हैं। सकारात्मक नियंत्रण एक्टिवेटर प्रोटीन जोड़ता है जो प्रतिलेखन को बढ़ाता है, जैसे कि कैटाबोलाइट दमन में जहां एक चक्रीय-एएमपी-बाउंड एक्टिवेटर आरएनए पोलीमरेज़ को कमजोर प्रमोटरों तक भर्ती करता है। क्योंकि क्लस्टर्ड जीन एक प्रमोटर साझा करते हैं, वे एक एकल पॉलीसिस्ट्रोनिक मैसेंजर आरएनए पर प्रतिलेखित होते हैं और एक साथ व्यक्त होते हैं, एक अर्थव्यवस्था जो बैक्टीरिया के जीनों के प्रतिलेखन और अनुवाद के शुरुआती इलेक्ट्रॉन-माइक्रोस्कोपिक छवियों में सीधे देखी गई थी।

Clinical relevance

ओपेरॉन तर्क यह बताता है कि बैक्टीरिया चयापचय को कैसे विनियमित करते हैं और, संबंधित प्रणालियों में, विषाणु और एंटीबायोटिक-प्रतिरोध जीन, इसलिए यह सूक्ष्म जीव विज्ञान और संक्रमण जीव विज्ञान के लिए वैचारिक पृष्ठभूमि का हिस्सा बनता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और नैदानिक ​​या चिकित्सीय मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

ओपेरॉन अवधारणा एस्चेरिचिया कोलाई में लैक्टोज चयापचय के अध्ययनों से उभरी और जैकब और मोनोड के 1961 के पेपर में औपचारिक रूप दी गई, इस कार्य को 1965 में फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। 1970 में मिलर और सहयोगियों द्वारा प्रतिलेखन का प्रत्यक्ष अवलोकन ने जीवाणु जीन अभिव्यक्ति की युग्मित, पॉलीसिस्ट्रोनिक प्रकृति की पुष्टि की, और बाद के काम ने सकारात्मक नियंत्रण और भर्ती द्वारा विनियमन के सामान्य सिद्धांत को स्पष्ट किया।

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Mark Ptashne

Seminal works

• jacob-monod-1961
• miller-1970
• ptashne-1997

Frequently asked questions

एक इंड्यूसिबल और एक रिप्रेसिबल ओपेरॉन में क्या अंतर है?

एक इंड्यूसिबल ओपेरॉन (जैसे लैक) सामान्यतः बंद रहता है और एक इंड्यूसर द्वारा चालू किया जाता है; एक रिप्रेसिबल ओपेरॉन (जैसे ट्रिप) सामान्यतः चालू रहता है और जब एक कोरप्रेसर संकेत देता है कि उसका अंतिम उत्पाद प्रचुर मात्रा में है तो बंद हो जाता है।

ओपेरॉन बैक्टीरिया में आम क्यों हैं लेकिन यूकेरियोट्स में दुर्लभ क्यों हैं?

बैक्टीरिया के जीन समन्वित नियंत्रण के लिए एक पॉलीसिस्ट्रोनिक मैसेंजर आरएनए पर सह-प्रतिलेखित हो सकते हैं, जबकि यूकेरियोटिक प्रतिलेख सामान्यतः मोनोसिस्ट्रोनिक होते हैं और विनियमन क्रोमेटिन, एन्हान्सर और पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल चरणों में वितरित होता है।