Հիմնական նյութ
Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. կենսաբանություն) > Բաժին 5
Դաս 2: Գենային կարգավորումԳեների կարգավորումը բակտերիաներում․ ակնարկ։
Օպերոններ, ԴՆԹ-ի կարգավորող հաջորդականություններ, կարգավորող գեներ․ ակնարկ։ Ճնշող և ակտիվացնող սպիտակուցներ։
Հիմնական դրույթներ
- Բակտերիաների գեները հաճախ գտնվում են օպերոններում։ Օպերոնում գտնվող գեները տրանսկրիպցիայի են ենթարկվում խմբով և ունեն մեկ պրոմոտեր։
- Յուրաքանչյուր օպերոն պարունակում է ԴՆԹ-ի կարգավորող հաջորդականություններ, որտեղ միանում են կարգավորող սպիտակուցները՝ նպաստելով կամ արգելակելով տրանսկրիպցիան։
- Կարգավորող սպիտակուցները հաճախ միանում են փոքր մոլեկուլների, որոնք կարող են սպիտակուցն ակտիվացնել կամ ապակտիվացնել՝ փոխելով ԴՆԹ-ին միանալու վերջինիս հատկությունը։
- Որոշ օպերոններ խթանվող են, այսինքն՝ կարող են ակտիվացնել որոշակի փոքր մոլեկուլի առկայությամբ: Մյուսները ճնշվող են և փոքր մոլեկուլի միջոցով կարող են անջատվել:
Ներածություն
Մենք հակված ենք բակտերիաների մասին պարզ կարծիքի: Բայց նույնիսկ ամենապարզ բակտերիաները բարդ խնդիր ունեն, երբ բանը հասնում է գեների կարգավորմանը: Քո աղիքում կամ ատամների վրա եղած բակտերիաներն ունեն գենոմներ, որոնք պարունակում են հազարավոր տարբեր գեներ: Այս գեների մեծ մասը կոդավորում է սպիտակուցներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր դերը որևէ գործընթացում, ինչպիսիք են վառելիքի նյութափոխանակությունը, բջիջների կառուցվածքի պահպանումը և վիրուսներից պաշտպանվելը:
Այս սպիտակուցների մի մասը մշտակես կարևոր է, իսկ մյուս մասը՝ միայն որոշակի պայմաններում: Այսպիսով՝ բջիջներն անընդհատ էքսպրեսիայի չեն ենթարկում իրենց գենոմի բոլոր գեները: Գենոմը կաորպես խոհարարական գիրք, որում շատ տարբեր բաղադրատոմսեր կան: Բջիջը կօգտագործի միայն այն բաղադրատոմսերը (էքսպրեսիայի կենթարկի այն գեները), որոնք համապատասխանում են դրա ներկայիս կարիքներին:
Ինչպե՞ս է կարգավորվում գենի էքսպրեսիան։
Գոյություն ունեն գեների կարգավորման տարբեր ձևեր, այսինքն՝ մեխանիզմներ, որոնք վերահսկում են, թե որ գեները պիտի էքսպրեսիայի ենթարկվեն և ինչ մակարդակներում: Սակայն, շատ գեների կարգավորումը տեղի է ունենում տրանսկրիպցիայի մակարդակում:
Բակտերիաները ունեն հատուկ կարգավորող մոլեկուլներ, որոնք վերահսկում են՝ արդյոք որոշակի գենը տրանսկրիպցիայի կենթարկվի տՌՆԹ-ի։ Հաճախ այդ մոլեկուլները գործում են՝ կապվելով տվյալ գենին մոտ գտնվող ԴՆԹ-ին և օգնելով կամ արգելափակելով տրանսկրիպցիա իրականացնող ֆերմենտին՝ ՌՆԹ պոլիմերազին: Եկ ավելի մանրամասն ուսումնասիրենք, թե ինչպես են գեները կարգավորվում բակտերիաներում։
Բակտերիաներում գեները հաճախ հանդես են գալիս օպերոններով
Բակտերիաներում որոշակի գեներ քրոմոսոմի վրա հաճախ հանդիպում են կլաստերներով՝ խմբերով, որտեղ դրանք էքսպրեսիայի են ենթարկվում մեկ պրոմոտերից (ՌՆԹ պոլիմերազի միանալու հատվածը)՝ որպես մեկ միավոր: Մեկ պրոմոտերի վերահսկողության տակ գտնվող գեների այդպիսի խումբը հայտնի է որպես օպերոն: Օպերոնները տարածված են բակտերիաներում, բայց հազվադեպ են հանդիպում կորիզավորներում, ինչպիսիք են մարդիկ:
Ընդհանուր առմամբ, օպերոնը պարունակում է գեներ, որոնք գործում են նույն գործընթացում: Օրինակ՝ lac operon-ը, որ լավ ուսումնասիրված է, պարունակում է գեներ, որոնք կոդավորում են սպիտակուցներ, որոնք մասնակցում են որոշակի շաքարի՝ լակտոզի ընդունմանը և նյութափոխանակությանը: Օպերոնները բջջին թույլ են տալիս արդյունավետ կերպով էքսպրեսիայի ենթարկել գեների հավաքածուներ, որոնց արտադրանքը միաժամանակ է անհրաժեշտ:
Օպերոնի անատոմիան
Օպերոնները պարզապես կազմված չեն գեների կոդավորող հաջորդականություններից։ Փոխարենը, դրանք պարունակում են նաև ԴՆԹ-ի կարգավորող հաջորդականություններ, որոնք վերահսկում են օպերոնի տրանսկրիպցիան: Սովորաբար, այս հաջորդականությունները կարգավորող սպիտակուցների միացման տեղն են, որոնք վերահսկում են օպերոնի տրանսկրիպցիան: Պրոմոտերը կամ այն տեղը, որտեղ կապվում է ՌՆԹ պոլիմերազը, ԴՆԹ-ի կարգավորող հաջորդականության օրինակներից մեկն է:
Օպերոններից շատերը, բացի պրոմոտերից, ունեն ԴՆԹ-ի այլ կարգավորող հաջորդականություններ: Այս հաջորդականությունները կարգավորող սպիտակուցների միացման տեղն են, որոնք «վեր» կամ «վար» են շրջում օպերոնի էքսպրեսիան։
- Կարգավորող որոշ սպիտակուցներ ռեպրեսորներ են, որոնք միանում են ԴՆԹ-ի հատվածներին՝ օպերատորներին։ Օպերատորին միանալուց հետո ռեպրեսորը նվազեցնում է տրանսկրիպցիան (օրինակ՝ արգելափակելով ԴՆԹ-ի շղթայի երկայնքով ՌՆԹ պոլիմերազի տեղաշարժվելը)։
- Կարգավորող որոշ սպիտակուցներ ակտիվատորներ են։ Երբ ակտիվատորը միանում է ԴՆԹ-ի վրա գտնվող իր միացման տեղում, այն մեծացնում է օպերոնի տրանսկրիպցիան (օրինակ՝ օգնում է ՌՆԹ պոլիմերազին միանալ պրոմոտերին)։
Որտեղի՞ց են գալիս կարգավորող սպիտակուցները: Օրգանիզմում արտադրված ցանկացած այլ սպիտակուցի նման, դրանք նույնպես կոդավորվում են բակտերիաների գենոմում եղած գեներով: Կարգավորող սպիտակուցները կոդավորող գեները երբեմն կոչվում են կարգավորող գեներ:
Կարգավորող շատ սպիտակուցներ իրենք իրենց կարող են «միացնել» կամ «անջատել» հատուկ փոքր մոլեկուլների միջոցով: Այդ փոքր մոլեկուլը կապվում է սպիտակուցին՝ փոխելով վերջինիս ձևը և խաթարելով ԴՆԹ-ին կապելու ունակությունը: Օրինակ, ակտիվատորը կարող է ակտիվանալ (այսինքն, կարող է կապնել ԴՆԹ-ին) միայն այն դեպքում, երբ այն կցված է որոշակի փոքր մոլեկուլի:
Օպերոնները կարող են լինել խթանվող կամ ճնշվող
Որոշ օպերոններ սովորաբար «անջատված» են, բայց փոքր մոլեկուլի միջոցով կարող են «միացվել»: Այդ մոլեկուլը կոչվում է խթանող, իսկ օպերոնը՝ խթանվող:
- Օրինակ՝ lac օպերոնը խթանվող օպերոն է, որը կոդավորում է շաքարի լակտոզի նյութափոխանակության համար անհրաժեշտ ֆերմենտներ: Այն գործում է միայն շաքարի լակտոզի առկայության դեպքում (և այլ նախընտրելի շաքարները բացակայում են): Այս դեպքում խթանողը ալոլակտոզն է՝ լակտոզի փոփոխված ձևը:
Այլ օպերոնները սովորաբար «միացված են», բայց փոքր մոլեկուլի միջոցով կարող են «անջատվել»: Մոլեկուլը կոչվում է կոռեպրեսոր, իսկ օպերոնը՝ ճնշվող:
- Օրինակ՝ trp օպերոնը ճնշվող օպերոն է, որը կոդավորում է տրիպտոֆան ամինաթթվի սինթեզի ֆերմենտներ: Այս օպերոնը էքսպրեսիայի է ենթարկվում, բայց կարող է ճնշվել տրիպտոֆան ամինաթվի բարձր մակարդակի դեպքում: Կոռեպրեսորն այս դեպքում տրիպտոֆանն է:
Այս օրինակները մի կարևոր բանի մասին են վկայում. գենի կարգավորումը բակտերիաներին թույլ է տալիս արձագանքել իրենց շրջակա միջավայրի փոփոխություններին՝ փոխելով գենի էքսպրեսիան (այդպիսով փոխելով բջջում առկա սպիտակուցների հավաքածուն):
Որոշ գեներ և օպերոններ անընդհատ էքսպրեսիայի են ենթարկվում
Շատ գեներ մասնագիտացված դերեր ունեն և էքսպրեսիայի են ենթարկվում միայն որոշակի պայմաններում, ինչպես նկարագրված է վերևում: Սակայն, կան նաև գեներ, որոնց արտադրանքը բջջին անընդհատ անհրաժեշտ է հիմնական գործառույթները պահպանելու համար: Այս տնային տնտեսության գեները անընդհատ էքսպրեսիայի են ենթարկվում բնականոն աճի պայմաններում («կառուցողականորեն ակտիվ»): Տնային տնտեսության գեները ունեն պրոմոտերներ և ԴՆԹ-ի կարգավորող այլ հաջորդականություններ, որոնք ապահովում են մշտական էքսպրեսիա։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։