مقدمه

فعالیتهای محصولات ژنی می‌‌تواند به طرق مختلف تحت کنترل قرار گیرد. از آنجایی که هیچ ارگانیسم زنده‌ای در آن واحد به بیان تمام ژنهای خود نیازمند نمی‌‌باشد فعالیت متابولیکی یک سلول ، همچنین می‌‌تواند بوسیله کنترل سنتز آنزیم‌ها و دیگر ماکرومولکولها تنظیم شود کنترل تحت عنوان تنظیم بیان ژن نامیده می‌‌شود. سرعت سنتز یک محصول ژنی می‌‌تواند در هر مرحله‌ای از جریان اطلاعات بیولوژیکی کنترل شود. به عنوان مثال ، مقدار RNA کامل تولید شده به فراوانی نقاط شروع نسخه برداری ، سرعت طویل شدن RNA ، کارآیی خاتمه نسخه برداری و سرعت مراحل مختلف تکامل RNA بستگی دارد.





مقدار پروتئین تولید شده توسط سلول نیز به ، پایداری mRNA تکامل یافته ، فراوانی نقاط شروع ترجمه ، سرعت طویل شدن زنجیره پلی پپتیدی ، کار آیی خاتمه ترجمه و کارایی تغییرات پس از ترجمه وابسته است. در طی میلیونها سال تکامل ، هر سلول بنا به متابولیسم خود بیان خاصی پیدا کرده است، به عنوان مثال در یک سلول برای تولید میزان بالایی از پروتئین ، آن سلول واجد پروموتور قوی و مناسبی برای انجام این کار شده است.

سلولها همچنین دارای ژنهایی می‌‌باشند که فعالیت آنها در رابطه با محیط تنظیم می‌‌شوند. راههای مختلفی برای بان هر نوع ژن وجود دارد ولی چون سیستم‌های کنترل در باکتریها و بویژه در باسیل کولی بررسی شده است که در این باکتری چگونگی تنظیم متابولیسم لاکتوز بررسی شده بطور خلاصه در زیر توصیح آن می‌‌پردازیم.

بیان اپرون لاکتوز (کنترل منفی)

باکتریها ، معمولا کربن مورد نیاز رشد خود را بوسیله کاتابولیز کردن قندهای پنتوز یا هگزوز از طریق راه گلیکولیز بدست می‌‌آورند. E.Coli غالبا گلوکز را به عنوان تنها منبع کربن ، مورد استفاده قرار می‌‌دهد، ولی قادر است از قندهای دیگر شامل β گالاکتوزیدها مانند لاکتوز نیز نیاز خود را برآورده نمایند. آنزیم‌های لازم برای جذب و مصرف B- گالاکتوزید ، جز در حضور سوبسترا سنتز نمی‌‌شوند البته در حضور منبع بهتری مانند گلوکز ، حتی با وجود B- گالاکتوزید این گونه آنزیم‌ها در مقادیر اندک سنتز می‌‌شوند سنتز آنزیم‌های لازم برای مصرف B- گالاکتوزید، هر سطح شروع نسخه برداری کنترل می‌‌شود. کاتابولیسم B- گالاکتوزیدها بوسیله Eali به سه پروتئین نیاز دارد.

1. لاکتوزپرمه آز: توسط ژن LacY کد می‌‌شود و به غشا می‌‌چسبد.
   
   
2. B- گالاکتوزیداز: آنزیم تترامری است که توسط ژن LacZ کد می‌‌شود.
   
   
3. تیوگالاکتوزید ترانس استیلاز: دایمری است که توسط ژن laca کد می‌‌شود.
   
   

ابتدا β گالاکتوزید ، توسط لاکتوز پرمه آز وارد غشا می‌‌شود. اکثر دی ساکاریدها به قندهای شش کربنی هیدرولیز می‌‌شوند این کار توسط β گالاکتوزیداز انجام می‌‌گیرد ولی β گالاکتوزیدهایی که فاقد متابولیسم می‌‌باشند، ابتدا توسط تیوگالاکتوزید ترانس استیلاز ، استیله و سپس از غشای پلاسمایی به بیرون رانده می‌‌شود. هر سه ژن A , Y , Z که این پروتئینها راکد می‌‌کنند، در یک mRNA سیسترونیک نسخه برداری می‌‌شوند. بیان این سه ژن توسط اپرن لاکتوز و اپرن لاکتوز بوسیله پرسور لاکتوز کنترل می‌‌شود.

رپرسور لاکتوز تترامری با وزن مولکولی 38600 می‌‌باشد که توسط ژن LacI نسخه برداری و ترجمه می‌‌شود. این ژن ، قبل از اپرون لاکتوز قرار دارد. اپرون لاکتوز از 2 اپراتور O² , O¹ تشکیل شده است. اپراتور O₁ بین پروموتر اپرون لاکتوز و ژن Z و ²O در ژن Z واقع شده است. در عدم حضور لاکتوز پرسور که یک تترامر می‌‌باشد در آن واحد با O¹ و O² باند می‌‌شود در یک لوپ متشکل از 401 جفت باز را در DNA تشکیل می‌‌دهد، تشکیل چنین لوپی مانع از بیان ران می‌‌شود.

در غیاب لاکتوز ، رپرسور لاکتوز O² , O¹ باند می‌‌شود. و بیان ژن لاکتوز را از طریق ممانعت عمل RNA پلیمراز ، متوقف می‌‌کند لاکتوز ، به عنوان یک القا کننده می‌‌تواند با رپرسور لاکتوز ترکیب شود و شکل فضایی آن را تغییر دهد. بنابراین در حضور لاکتوز ، رپرسور از اپراتور جدا ژن بیان می‌‌شود. لازم به ذکر است که لاکتوز ، خود به تنهایی قابلیت القایی ندارد، بلکه به محض ورود به آلولاکتوز تبدیل می‌‌شود و این ماده دارای خاصیت القایی ست. اما گالاکتوزیل گلیسرول خود به تنهایی خاصیت القایی دارد.

کنترل اپرون لاکتوز بوسیله فعال کننده

نسخه برداری ژن لاکتوز نه تنها به حضور لاکتوز بستگی دارد بلکه حضور گلوکز در محیط کشت نیز می‌‌تواند بیان ژن لاکتوز را تحت تاثیر قرار دهد. وقتی لاکتوز به تنهایی در محیط باشد اپرون لاکتوز صد در صد بیان می‌‌شود، ولی وجود گلوکز 50 مرتبه بیان آن را کاهش می‌‌دهد. به مهار بیان ژن لاکتوز در اثر حضور گلوکز مهار کاتابولیت می‌‌گویند. بیان بسیاری از آنزیم‌ها به این گونه کنترل می‌‌شود. این گونه کنترل ، تحت تاثیر پروتئین آلوستیکی است که به CAMP باند می‌‌شود و این پروتئین ، پروتئنی گیرنده CAMP نامیده می‌‌شود.

به صورت وجود گلوکز در محیط کشت E.Coli و CAMP کم و پروتئین گیرنده (CRP) غیر فعال می‌‌شود. در نتیجه پروتئین گیرنده نمی‌‌تواند با DNA ترکیب شود. در غیاب گلوکز CAMP زیاد و CRP به CAMP باند می‌‌شود و بنابراین CRP - CAMP تولید می‌‌شود. این کمپلکس بر پروموتر لاکتوز می‌‌چسبد و افزایش فعالیت RNA پلی مرازی روی پروموتر لاکتوز را سبب می‌‌شود. CRP دیمری با وزن مولکولی 22500 است که یک انتهای آن با DNA و انتهای دیگر با CAMP باند می‌‌شود.

بنابراین وجود CAMP -CRP ، فعال کننده بیان ژن لاکتوز است ولی CAMP در حضور گلوکز کاهش می‌‌یابد. باند CRP-CAMP روی پروموتر ، همیشه با افزایش بیان همراه نمی‌‌باشد و در بعضی موادر باعث توقف بیان ژن می‌‌شود. به عنوان مثال باند شدن CPR-CAMP به پروموتر ژن CRP بلوکه شدن ژن CRP را سبب می‌‌شود. بنابراین افزایش غلظت CRP - CAMP در داخل سلول ، بیان ژن کنترل کننده پروتئین CRP را بصورت منفی تحت تاثیر قرار می‌‌دهد و در نتیجه تولید پروتئین CRP متوقف می‌‌شود. چنین تنظیمی را خود تنظیمی یا اتورگولاسیون می‌‌گویند.

مباحث مرتبط با عنوان

• ترجمه یا بیوسنتز انواع پروتئین
• تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها
• ژن
• ژنتیک
• ژنتیک پایه
• ژنتیک پزشکی و انسانی
• ژنتیک مولکولی
• ساختمان DNA
• ساختمان RNA
• سنتز طبیعی پروتئین
• گلوکز
• همانند سازی ماده ژنتیکی