اپران لک درباکتری ها

اصطلاحات مربوط به اپران:

1. اپران (Operan): در باکتری ها آنزیم های مسئول یک مسیر متابولیک، معمولاً در یک کمپلکس کارآمد (Functional) گرد هم می آیند و با همدیگر تنظیم می شوند.
2. ژن های ساختمانی(structural gene): به ژنی گفته می شود که آنزیم را کد می کند، معمولاً ژن های ساختمانی در اپران کنار هم قرار می گیرند و حاصل این کار این می شود که باکتری mRNA های چند ژنی (پلی سیستولی) تولید می کند.
3. راه انداز/ پروموتور(Promoter): محل اتصال آنزیم RNA پلیمراز است که RNA پلیمراز قبل شروع رونویسی باید به آن متصل شود.
4. اپراتور(Operator): محل اتصال پروتئین تنظیمی سرکوب گر (مهارکننده) است.
5. سرکوب گر(Repressor): کارش اتصال به اپراتور و جلوگیری از ژن توسط RNA پلیمراز است.
6. ژن تنظیمی(Regulatory Gene): سرکوب گر را می سازد (کد می کند).

توجه: گاهی اوقات در تعریف اپران چهار جزء (6و4و3و2) را با هم می آورند و گاهی سه جزء (4و3و2) را محسوب می کنند و ژن تنظیمی راجزء اپران نمی دانند.

منطق (Rationale) حضور اپران در باکتری ها چیست؟

بیشتر اوقات چندین آنزیم برای یک سیر متابولیک لازم است و بهتر آنکه این آنزیم ها باهم تولید شوند.

اپران لک: اپران لک جزء اپران های قابل القاست و اولین اپرانی بوده که کشف شده است و مسیر متابولیک آن شامل مسیری است که باعث تجزیه ی لاکتوز می شود. (لاکتوز=گلوکز+گالاکتوز)

اپران لک شامل سه ژن ساختمانی است: 1. Lac-z: آنزیم –galactosidaseβ را کد می کند. این آنزیم باعث شکستن لاکتوز به گلوکز و گالاکتوز می شود

2.Lac-y : یک پمپ (آنزیم) غشایی به نام galactoside permease را کد می کند. این پمپ وظیفه ی گرفتن لاکتوز از خارج و آوردن آن به داخل سلول را دارد.

3.Lac-a : آنزیم thiogalactoside را کد میکند و احتمال می دهند که وظیفه آن از بین بردن مواد سمی باشد که آنزیم galactoside permease وارد سلول می کند.

لاکتوز به وسیله galactoside permease از خارج سلول به داخل می آید، سپس به Repressor می چسبد و شکل آن را عوض می کند. در این حالت بر خلاف حالت قبلی که RNA پلیمراز به راحتی روی اپران حرکت کرده و RNA پلی سیستولی تولید می کند. در این مثال، لاکتوز القاکننده نام دارد.

– عدم حضور لاکتوز در سلول به دلیل عدم نیاز به –galactosideβ تعداد کپی های mRNA  کد کننده –galactosideβ یکی و تعداد کپی های آن کمتر از 5 تاست ولی با افزودن لاکتوز به محیط مقدار آنزیم تقریباً هزار برابر می شود.

در زیر مشاهده می کنید به علت نبود لاکتوز مقدار mRNA و آنزیم بسیار کم است، اما با افزودن  لاکتوز به سرعت این مقدار رشد کرده و mRNA به حدود 100برابر و مقدار آنزیم –galactosideβ هزار برابر می شود که باحذف لاکتوز از محیط mRNA به سرعت کاهش یافته و مقدار آنزیم ثابت می شود و پس از مدتی آنزیم نیز تجزیه می شود و مقدارش به حالت اول باز می گردد.

 

* کنترل منفی در اپران لک به وسیله ی مهارکننده صورت می گیرد اما کنترل مثبت اپران لک با کم شدن تعداد گلوکز در سلول،  cAMP ها یا  (سیکلیکAMP)ها در سلول زیاد می شود و سپس به پروتئین هایی به نامCAP که در سلول قرار دارند می چسبند و باعث می شود که این کمپلکس حاصل از توانایی آن را پیدا کند که به ناحیه تنظیمی اپران متصل شود؛ این اتصال باعث می شود که شکل فضایی DNA طوری تغییر کند که تمایل RNAپلیمراز نسبت به پروموتور بیشتر شود.

 

در حالت اول: گلوکوزی موجود، ولی لاکتوزی وجود نداردç اپران لک خاموش است به علت فعال بودن Repressor (فعال بودن کنترل منفی) و پروتئین CAP غیر فعال (غیر فعال بودن کنترل مثبت)ç نسخه برداری انجام نمی شود.

درحالت دوم: گلوکوز و لاکتوز هر دو در محیط وجود دارد ç استفاده از مولکول ساده تر (گلوکز) ç Repressor به علت وجود لاکتوز غیر فعال می شود (کنترل منفی غیر فعال) ç پروتئین CAP به علت وجود گلوکز غیر فعال است (کنترل مثبت غیر فعال)ç نسخه برداری خیلی کم

در حالت سوم: عدم گلوکز و حضور لاکتوز ç افزایش مقدار CMP ç تشکیل کمپلکس cAMP-CAP (کنترل مثبت فعال) ç Repressor به علت وجود لاکتوز غیر فعال است (کنترل منفی غیر فعال) ç نسخه برداری خیلی زیاد