प्रोकैरियोट्स में जीन का संगठन और विनियमन

प्रोकैरियोट्स में जीन का संगठन और विनियमन!

एक जीव में विभिन्न जीन विभिन्न प्रोटीनों के संश्लेषण के लिए होते हैं जिनकी अलग-अलग समय पर आवश्यकता होती है।

जीव के जीवन चक्र में अलग-अलग समय पर विशिष्ट एंजाइमों की आवश्यकता होती है। हालांकि, जीवन चक्र में हर समय, प्रत्येक कोशिका में जीन का एक ही सेट होता है। इसलिए यह आवश्यक है कि ऐसे तंत्र हों जो किसी विशेष समय पर केवल वांछित जीनों को कार्य कर सकें और अन्य जीनों की गतिविधि को प्रतिबंधित कर सकें। विभिन्न प्रकार के तंत्र अब ज्ञात हैं जो प्रतिलेखन, mRNA और अनुवाद के प्रसंस्करण सहित विभिन्न स्तरों पर जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करते हैं।

प्रोकैरियोट्स में जीन विनियमन:

बैक्टीरियल जीन की अभिव्यक्ति की दर मुख्य रूप से mRNA संश्लेषण (प्रतिलेखन) के स्तर पर नियंत्रित की जाती है। विनियमन दीक्षा और mRNA प्रतिलेखन की समाप्ति दोनों पर हो सकता है।

ई। कोलाई में लाख ऑपेरॉन का विनियमन:

जैकब और मोनोड, दो फ्रांसीसी माइक्रोबायोलॉजिस्ट, ने ई.कोली पर अपनी जांच के आधार पर जीन नियमन के लिए पहला मॉडल सुझाया, जिसे 1961 में ऑपेरॉन मॉडल कहा जाता है। इस जीवाणु में तीन एंजाइम होते हैं, जो चीनी लैक्टोज के टूटने का कारण बनते हैं, बी- गैलेक्टोसिडेज़, परमेज़ और ट्रांसएसेटिलेज़।

जब ई। कोलाई कोशिकाओं को एक कार्बन स्रोत पर लैक्टोज के अलावा उगाया जाता है, तो इन तीनों प्रोटीनों का लेवलस मौजूद होने पर इनकी तुलना में कम-शायद 1/1000 स्तर कम होता है। इसलिए लैक्टोज को इन प्रोटीनों का एक निर्माता माना जाता है। प्रारंभिक अध्ययनों ने स्थापित किया कि प्रेरण प्रक्रिया में gal-galactosidase का डे नोवो संश्लेषण शामिल है और कुछ पहले से मौजूद एंजाइमों की सक्रियता नहीं है।

जैकब और मोनोड ने लैक्टोज जीन के ऐसे विनियमन की व्याख्या करने के लिए एक ऑपेरॉन मॉडल सामने रखा।

लाख ऑपेरॉन में तीन संरचनात्मक जीन होते हैं जिनमें निम्नलिखित शामिल हैं:

(i) जीन लाख z (3063 बीपी) एंजाइम पी गैलेक्टोसिडेज के लिए कोड, जो एक टेट्रामर के रूप में सक्रिय है और सेल में उपयोग किए जाने के लिए ग्लूकोज और गैलेक्टोज में लैक्टोज को तोड़ता है;

(ii) β गैलेक्टोज पर्मेस के लिए जीन लाख y (800 बीपी) कोड, जो एक झिल्ली बाध्य प्रोटीन है और चयापचयों के परिवहन में मदद करता है और

(iii) जीन लैक a (800 बीपी) जो कि पी गैलेक्टोज ट्रांसएसेटाइलस के लिए कोड है, एक एंजाइम जो एसिटाइल-सीओए से एसिटाइल समूह को पी गैलेक्टोसाइड्स में स्थानांतरित करता है।

इन जीनों और उनसे सटे क्रम में, संचालक जीन होते हैं जो प्रोटीन के लिए कोड नहीं करते हैं, लेकिन तीन संरचनात्मक जीनों पर नियंत्रण रखते हैं जिससे तीन एंजाइमों के लिए mRNA के प्रतिलेखन की अनुमति मिलती है। इसे ऑपरेटर जीन 'ओ' कहा जाता है।

प्रमोटर जीन ऑपरेटर के ठीक ऊपर स्थित है और आरएनए पोलीमरेज़ के लिए बाध्यकारी साइट प्रदान करता है जो प्रतिलेखन करता है। ऑपरेटर जीन डीएनए के एक अन्य खंड के नियंत्रण में है, जिसे नियामक जीन कहा जाता है जो ऑपरेटर और संरचनात्मक जीन के अलावा स्थित है।

नियामक एक प्रोटीन को निर्दिष्ट करने के लिए लगता है जिसे रिप्रेसर कहा जाता है जो ऑपरेटर जीन के साथ बांधता है और, इसे निष्क्रिय करता है। यह प्रमोटर को बाध्य एंजाइमों को संरचनात्मक जीन की प्रगति से रोकता है और इसलिए प्रतिलेखन नहीं हो सकता है। ऑपरेटर, प्रमोटर और संरचनात्मक जीन को एक ऑपेरॉन कहा जाता है।

कभी-कभी, साइटोप्लाज्म में पदार्थ जिसे इंड्यूसर पदार्थ कहा जाता है, दमनकारी अणुओं के साथ बाँध सकता है। जैकब और मोनोड की प्रणाली में यह पाया गया कि लैक्टोज इस तरह से दमनकारी के साथ बातचीत करता है, इसे बांधता है और ऑपरेटर जीन को संरचनात्मक जीन को 'स्विच' करने की अनुमति देता है जो तब एमआरएनए का उत्पादन करता है जो एंजाइम के संश्लेषण को निर्धारित करता है जो लैक्टोज के टूटने को उत्प्रेरित करता है।

जैसा कि लैक्टोज को चयापचय किया जाता है, दमनकारी अणुओं को मुक्त कर दिया जाता है, जो संरचनात्मक जीन के संचालक और प्रतिलेखन से बंध जाता है, अर्थात वे बंद हो जाते हैं। ऑपरेटर जीन इस प्रकार संरचनात्मक जीन के पूरे समूह के लिए एक स्विच तंत्र के रूप में कार्य करता है जिसके साथ यह जुड़ा हुआ है।

दमनकर्ता:

रेगुलेटर जीन द्वारा निर्मित रिप्रेसेर प्रोटीन होते हैं जो संबंधित ऑपरेटर जीन से जुड़ते हैं और चार समान सबयूनिट होते हैं जो दो सममित खांचे बनाने के लिए जुड़ते हैं। जाहिरा तौर पर, रिप्रेसर्स एलोस्टरिक प्रोटीन के समूह से संबंधित हैं जो विशिष्ट अणुओं के साथ बातचीत पर अपना आकार बदलते हैं।

चूंकि दमनक प्रतिवर्ती रूप से दोनों लाख डीएनए और इंड्यूसर एलोलैक्टोज को बांधता है, इसलिए इसमें दो अलग-अलग बाध्यकारी साइटें दिखाई देती हैं। Inducer की अनुपस्थिति में, डीएनए बाध्यकारी साइट सक्रिय है और दमनकर्ता लाख डीएनए को बांधता है।

लेकिन जब एलोलैक्टोज रेप्रेसर अणु को बांधता है तो डीएनए बाइंडिंग साइट को निष्क्रिय अवस्था में बदल दिया जाता है, और रिप्रेसेंट को अब लाख डीएनए में नहीं बांधा जा सकता है। दमनकर्ता को लाख डीएनए में बाँधने से लाख जीनों के प्रतिलेखन में बाधा आती है, जबकि लाख डीएनए से इसकी रिहाई (इंडीकेटर के साथ बातचीत के बाद) उनके प्रतिलेखन की अनुमति देती है।

द इंस्‍पेक्‍टर्स या इंडसर्स:

ऑपरेटर के लिए दमनकारी बंधन की आत्मीयता को inducer या सह-दमनकर्ता द्वारा नियंत्रित किया जाता है, छोटे अणुओं को भी प्रभावकार कहा जाता है। एक स्पष्ट प्रभावक वह यौगिक है जो एक पर्याप्त सांद्रता में मौजूद होने पर प्रभावकार के रूप में कार्य करता है।

कई मामलों में, एक स्पष्ट प्रभावकार को सेल द्वारा दूसरे यौगिक में परिवर्तित किया जा सकता है जो प्रभावकार के रूप में कार्य करता है; इस तरह के एक कारक को वास्तविक प्रभावकार के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, ई। कोलाई में लैक्टोज लैक ओपेरोन का स्पष्ट प्रभाव है, लेकिन वास्तविक प्रभावकार एलोलैक्टोज है।

नकारात्मक नियंत्रण:

नकारात्मक नियंत्रण में, ऑपरेटर डीएनए के साथ एक विशिष्ट प्रोटीन (रेप्रेसर) का जुड़ाव ऑपेरॉन के प्रतिलेखन को रोकता है। माना जाता है कि ऑपरेटर डीएनए के विन्यास में बदलाव के कारण प्रतिलेखन को रोका जा सकता है, ताकि आरएनए पोलीमरेज़ अपना कार्य करने में असमर्थ हो।

चूंकि इस तरह की प्रणाली में जीन कार्रवाई का विनियमन एक प्रतिगामी द्वारा प्रतिलेखन की रोकथाम के द्वारा प्राप्त किया जाता है, इसे नकारात्मक नियंत्रण के रूप में जाना जाता है। नकारात्मक नियंत्रण प्रणाली को दो श्रेणियों में बांटा गया है, (i) अमिट और (ii) दमनकारी।

Inducible नकारात्मक नियंत्रण:

इस प्रणाली में, एंजाइम उत्पादन केवल एक निर्माता (प्रभावकार) की उपस्थिति में शुरू होता है, आमतौर पर संबंधित चयापचय पथ का सब्सट्रेट। Inducer की अनुपस्थिति में, एंजाइम उत्पादन अवरुद्ध होता है अर्थात, ऑपेरॉन के जीन को दमित किया जाता है। ई। कोलाई का लाख ऑपेरॉन एक प्रेरक ऑपेरॉन है, और सब्सट्रेट उपयोग से संबंधित कई अन्य ऑपेरॉन शो इंडक्शन हैं।

दमनकारी नकारात्मक नियंत्रण:

इस प्रणाली में, ऑपेरॉन सामान्य रूप से कार्यात्मक है, अर्थात्, उदास और संबंधित एंजाइम और कोशिका द्वारा निर्मित। सह-दमनकर्ता (प्रभावकार) की उपस्थिति आम तौर पर संबंधित बायोसिंथेटिक मार्ग के अंत-उत्पाद एंजाइम उत्पादन को रोकती है, अर्थात, ऑपेरॉन को दोहराती है।

बायोसिंथेटिक रास्ते जैसे कि हिस्टिडीन, ट्रिप्टोफैन और कई अन्य अमीनो एसिड आदि के संश्लेषण से संबंधित ऑपरेशन्स दमनकारी नकारात्मक नियंत्रण दिखाते हैं। इस प्रणाली में नियामक जीन एक निष्क्रिय रिप्रेसर का उत्पादन करता है जो ऑपरेटर जीन को बांधने में असमर्थ है।

निष्क्रिय दमनकर्ता, जिसे एपोरेपरर के रूप में भी जाना जाता है, केवल तभी सक्रिय दमनक बन जाता है जब वह प्रभावकार अणु को बांधता है। सक्रिय रिप्रेसर ऑपरेटर जीन को संलग्न करता है और ऑपेरॉन के प्रतिलेखन को रोकता है।

सकारात्मक नियंत्रण:

प्रतिलेखन के सकारात्मक नियंत्रण में, एक विशिष्ट प्रोटीन का सहयोग, जिसे प्रमोटर जीन में डीएनए के एक खंड के लिए उत्प्रेरक के रूप में कहा जाता है या आरएनए पोलीमरेज़ को ऑपेरॉन के प्रतिलेखन में सक्षम बनाता है। माना जाता है कि उत्प्रेरक का प्रचारक प्रभाव प्रतिलेखन सर्जक क्षेत्र में डीएनए कॉन्फ़िगरेशन पर इसके प्रभाव के कारण होता है, जो तब आरएनए पोलीमरेज़ की कार्रवाई के लिए अधिक अनुकूल हो जाता है। सकारात्मक नियंत्रण या तो अदम्य है या दमनकारी है।

Inducible सकारात्मक नियंत्रण:

इस प्रणाली में, एक्टिवेटर निष्क्रिय अवस्था में होता है और प्रमोटर डीएनए से जुड़ने में असमर्थ होता है। सक्रिय प्रवर्तक का उत्पादन करने वाले एक विशिष्ट इंडीकेटर के साथ बातचीत करने के बाद ही, प्रवर्तक प्रमोटर को बांधता है। ई। कोलाई के कैटोबोलिक संवेदी संचालक, जैसे कि अरबिनोज (आरा) और गैलेक्टोज (गैल) के क्षरण के लिए एंजाइम का उत्पादन करने वाले ऑपेरॉन इस तरह के नियंत्रण का उदाहरण देते हैं।

दमनकारी सकारात्मक नियंत्रण:

इस प्रणाली में, सक्रियकर्ता प्रमोटर जीन को ऑपेरॉन के प्रतिलेखन की अनुमति देता है। प्रभावकारक, एक कोरस्पेक्टर के साथ एक इंटरैक्शन, एक्टीवेटर के कॉन्फ़िगरेशन को बदल देता है ताकि यह प्रमोटर को ऑपेरशन के दमन के कारण बांधने में असमर्थ हो।