जीवविज्ञान परिभाषा में प्रवर्तक क्या है? प्रतिलेखन इकाइयों के रूप में ऑपेरॉन और ट्रांसक्रिप्टन

प्रतिलिपिडीएनए टेम्पलेट पर आरएनए का संश्लेषण है। प्रोकैरियोट्स में, सभी तीन प्रकार के आरएनए का संश्लेषण एक जटिल प्रोटीन कॉम्प्लेक्स - आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है।

एमआरएनए का संश्लेषण आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा डीएनए अणु में एक विशेष क्षेत्र की खोज से शुरू होता है, जो उस स्थान को इंगित करता है जहां प्रतिलेखन शुरू होता है - प्रमोटरप्रमोटर से बंधने के बाद, आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए हेलिक्स के आसन्न मोड़ को खोल देता है। इस बिंदु पर दो डीएनए स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं, और उनमें से एक पर एंजाइम एमआरएनए को संश्लेषित करता है। एक श्रृंखला में राइबोन्यूक्लियोटाइड्स का संयोजन डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स के साथ उनकी पूरकता के अनुपालन में होता है, और डीएनए टेम्पलेट स्ट्रैंड के संबंध में एंटीपैरेलल भी होता है। आरएनए पोलीमरेज़ केवल 5" सिरे से 3" सिरे तक पॉलीन्यूक्लियोटाइड को इकट्ठा करने में सक्षम है; दो डीएनए स्ट्रैंड में से केवल एक ही प्रतिलेखन के लिए टेम्पलेट के रूप में काम कर सकता है, अर्थात् वह जो अपने 3" सिरे (3" → के साथ एंजाइम का सामना कर रहा है) 5") ऐसी श्रृंखला को कोडोजेनिक कहा जाता है।

टर्मिनेटर- यह वह क्षेत्र है जहां आरएनए श्रृंखला की आगे की वृद्धि रुक ​​जाती है और यह डीएनए टेम्पलेट से मुक्त हो जाती है। आरएनए पोलीमरेज़ भी डीएनए से अलग हो जाता है, जो इसकी डबल-स्ट्रैंडेड संरचना को पुनर्स्थापित करता है।

डीएनए अणु का एक टुकड़ा, जिसमें एक प्रवर्तक, एक प्रतिलेखित अनुक्रम और एक टर्मिनेटर शामिल है, एक प्रतिलेखन इकाई बनाता है - प्रतिलिपि।

प्रोकैरियोट्स और बैक्टीरियोफेज में जीन गतिविधि को विनियमित करने के लिए ऑपेरॉन विनियमन (यानी, ट्रांसक्रिप्शनल स्तर पर विनियमन) मुख्य तंत्र है।

ओपेरोन - आनुवंशिक सामग्री का एक खंड, जिसका प्रतिलेखन एक दमनकारी प्रोटीन के नियंत्रण में प्रति आरएनए अणु में किया जाता है।

एक ऑपेरॉन में बारीकी से जुड़े संरचनात्मक जीन एन्कोडिंग प्रोटीन (एंजाइम) होते हैं जो मेटाबोलाइट के जैवसंश्लेषण के क्रमिक चरणों को पूरा करते हैं। प्रत्येक ऑपेरॉन में शामिल हैं: एक प्रमोटर, एक ऑपरेटर और एक टर्मिनेटर।

ऑपरेटर- न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम जो बांधता है दमनकारी प्रोटीनऔर नकारात्मक रूप से विनियमित करना TRANSCRIPTIONपड़ोसी जीन. ऑपरेटर प्रवर्तक और संरचनात्मक जीन के बीच स्थित होता है। यह एक विशेष प्रोटीन से जुड़ा हो सकता है - एक दमनकारी, जो आरएनए पोलीमरेज़ को डीएनए श्रृंखला के साथ बढ़ने से रोकता है और एंजाइमों के संश्लेषण को रोकता है। इस प्रकार, कोशिका में संबंधित दमनकारी प्रोटीन की उपस्थिति के आधार पर जीन को चालू और बंद किया जा सकता है।

दमनकारी- एक नियामक प्रोटीन जो ऑपेरॉन के जीन के प्रतिलेखन को दबा देता है, इसे ऑपरेटर (ऑपरेटर की नियामक साइट) से बांधने के परिणामस्वरूप नियंत्रित करता है। इससे संबंधित एमआरएनए का संश्लेषण बंद हो जाता है और परिणामस्वरूप, ऑपेरॉन द्वारा एन्कोड किए गए एंजाइमों का संश्लेषण बंद हो जाता है। रिप्रेसर को जीन नियामक के नियंत्रण में प्रति कोशिका 10 से 20 अणुओं की मात्रा में सक्रिय रूप में संश्लेषित किया जाता है, यानी, सीधे ऑपरेटर से जुड़ने में सक्षम, या निष्क्रिय रूपों में। एक सक्रिय दमनकर्ता का निर्माण प्रेरक एंजाइमों की विशेषता है, जिसका संश्लेषण तभी शुरू होता है जब विशिष्ट कम आणविक पदार्थ - प्रेरक - कोशिका में प्रवेश करते हैं . प्रारंभ करनेवाला- एक छोटा प्रभावकारी अणु जो एक नियामक प्रोटीन, या एक भौतिक कारक (प्रकाश, तापमान) से बंधता है जो निष्क्रिय अवस्था में मौजूद जीन की अभिव्यक्ति को उत्तेजित करता है।

सही प्रतिलेखन करने के लिए दो प्रकार के नियामक तत्वों की आवश्यकता होती है। प्रथम प्रकार के नियामक तत्व कहलाते हैं सीआईएस-नियामकों. वे किसी दिए गए गुणसूत्र पर विशिष्ट डीएनए अनुक्रम हैं। सिस-नियामक केवल आस-पास के जीन पर कार्य करते हैं। दूसरा प्रकार कहा जाता है ट्रांस-नियामकों.ये घुलनशील अणु (प्रोटीन और आरएनए सहित) हैं जो एक जीन द्वारा निर्मित होते हैं और उसी गुणसूत्र पर या अन्य गुणसूत्रों पर अन्य जीनों के साथ बातचीत करते हैं। यदि हम जीन प्रेरण की ओर मुड़ते हैं एलएसी-ओपेरॉन इ।कोलाई, तब हम याद कर सकते हैं कि दमनकारी जीन एक दमनकारी प्रोटीन का उत्पादन करता है जो जीन के लिए ऑपरेटर अनुक्रम के साथ बातचीत करता है एलएसी-ओपेरॉन. इस मामले में ऑपरेटर है सिस-एक नियामक तत्व, क्योंकि यह केवल नियंत्रित करता है एलएसी- अपने स्वयं के गुणसूत्र का ऑपेरॉन। (किसी अन्य गुणसूत्र पर एक उत्परिवर्ती संचालक अनुक्रम एक दमनकारी प्रोटीन संलग्न कर भी सकता है और नहीं भी।) इसके विपरीत, एक दमनकारी प्रोटीन है ट्रांस-नियामक. चूँकि यह एक गुणसूत्र द्वारा निर्मित होता है और इससे जुड़ता है सिस-दूसरे गुणसूत्र पर नियामक संचालक (चित्र 12.5)।

एमआरएनए एन्कोडिंग करने वाले यूकेरियोटिक जीन में दो प्रकार पाए जाते हैं सिस-नियामक डीएनए अनुक्रम - प्रमोटर और एन्हांसर ("एम्प्लीफायर")। प्रमोटरोंआमतौर पर उस स्थान के ठीक पहले स्थित होता है जहां से यह शुरू होता है

गिल्बर्ट एस. विकासात्मक जीव विज्ञान: 3 खंडों में। टी. 2: अनुवाद। अंग्रेज़ी से - एम.: मीर, 1994. - 235 पी.

142 _______________ अध्याय 12 _____________________________________________________________________________

चावल। 12.5. विभेदक जीन विनियमन की योजना इ. कोलाई; दिखाया सिस- और ट्रांस-नियामक तत्व. जंगली प्रकार की कोशिकाओं में, प्रेरक अवस्था की विशेषता इस तथ्य से होती है कि β-गैलेक्टोसिडेज़ के लिए आरएनए को लैक्टोज मौजूद होने तक स्थानांतरित नहीं किया जाता है। लैक्टोज की अनुपस्थिति में, दमनकारी प्रोटीन (आर) जीन द्वारा एन्कोड किया जाता है मैं, ऑपरेटर की वेबसाइट से जुड़ता है ( हे), जिससे प्रमोटर से आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा प्रतिलेखन बाधित होता है ( पी). यदि लैक्टोज मौजूद है, तो यह दमनकारी प्रोटीन से बंध जाता है, जिसके परिणामस्वरूप दमनकारी डीएनए से बंध नहीं पाता है और प्रतिलेखन जारी रहता है। इस दमनकारी की घुलनशील प्रकृति को म्यूटेंट पर प्रयोगों में प्रदर्शित किया गया था इ. कोलाई. जब अगुणित जीवाणु कोशिकाएं जीन ले जाती हैं मैं – , जीन के साथ आंशिक रूप से द्विगुणित हो जाते हैं मैंजंगली प्रकार ( मैं + ), एक जंगली-प्रकार का दमनकर्ता संश्लेषित किया जाता है, जो मूल ß-गैलेक्टोसिडेज़ जीन को प्रेरक बनाने में सक्षम है। यह दमनकारी प्रोटीन है ट्रांस-नियामक तत्व. प्रमोटर और ऑपरेटर अनुक्रम हैं सिस-नियामक तत्व.

चावल। 12.6. यूकेरियोटिक प्रोटीन-कोडिंग जीन के लिए एक विशिष्ट प्रवर्तक। प्रस्तुत जीन में एक TATA बॉक्स और तीन 5" प्रमोटर तत्व शामिल हैं। ऐसे 5' तत्वों के उदाहरण चित्र के निचले हिस्से में प्रस्तुत किए गए हैं। (मैनियाटिस एट अल के बाद, 1987।)

प्रतिलेखन, और लंबाई में लगभग 100 आधार जोड़े हैं। आरएनए पोलीमरेज़ II के बंधन और प्रतिलेखन की सटीक शुरुआत के लिए प्रमोटर क्षेत्र की आवश्यकता होती है। एन्हांसर उस विशेष प्रमोटर से प्रतिलेखन की दक्षता और दर को नियंत्रित करके प्रमोटर उपयोग को सक्रिय करता है। एन्हांसर केवल पड़े हुए लोगों को ही सक्रिय करते हैं सिस-प्रवर्तकों की स्थिति (अर्थात एक ही गुणसूत्र पर प्रवर्तक), लेकिन वे लंबी दूरी पर कार्य कर सकते हैं। इसके अलावा, वे न केवल जीन के 5" किनारे पर स्थित हो सकते हैं, बल्कि दूसरे डीएनए स्ट्रैंड पर भी स्थित हो सकते हैं (मैनियाटिस एट अल., 1987)।

अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में एमआरएनए को स्थानांतरित करने वाले जीन के प्रवर्तकों की संरचनाएं समान होती हैं। उनमें अनुक्रम AΤA (कभी-कभी TATA बॉक्स या कहा जाता है) होता है गोल्डबर्ग-होग्नेस बॉक्स), उस स्थान के 5" किनारे से लगभग 30 आधार जोड़े की दूरी पर स्थित है जहां प्रतिलेखन शुरू होता है, और एक या अधिक पूर्वकाल प्रवर्तक तत्व, 5" की ओर और भी आगे स्थित है। अपस्ट्रीम प्रमोटर तत्व आमतौर पर सीएएटी अनुक्रम का एक रूपांतर है, लेकिन अन्य प्रमोटर तत्वों की पहचान की गई है (ग्रॉस्च्डल और बिर्नस्टील, 1980; मैककेनाइट और टीजियन, 1986) (चित्र 12.6)।

पहली बार, क्लोन डीएनए के विशिष्ट प्रतिलेखन का परीक्षण करने के लिए प्रयोगों में β-ग्लोबिन जीन प्रमोटर का अध्ययन किया गया था। क्लोन किए गए जीन को सही ढंग से तब प्रतिलेखित किया जा सकता है जब उन्हें मेंढक ओसाइट्स या फ़ाइब्रोब्लास्ट के नाभिक में पेश किया जाता है या जब उन्हें सतह पर तैरनेवाला न्यूक्लियोटाइड्स (वासिलिक एट अल।, 1980) की उपस्थिति में शुद्ध आरएनए पोलीमरेज़ के साथ ऊष्मायन किया जाता है। एक बार जीन के प्रतिलेखन की पुष्टि हो जाने के बाद, प्रतिबंध एंजाइमों का उपयोग उस जीन या आसपास के क्षेत्रों में विशिष्ट विभाजन उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। इसके बाद यह निर्धारित किया जा सकता है कि संशोधित जीन का सही ढंग से प्रतिलेखन जारी है या नहीं। इन अध्ययनों के परिणामों से पता चला कि कैप साइट से पहले के पहले 109 बेस जोड़े ß-ग्लोबिन जीन के अधिकतम प्रतिलेखन के लिए पर्याप्त हैं (ग्रोसवेल्ड एट अल., 1982; डियर्क्स एट अल., 1983)।

अन्य शोधकर्ताओं ने प्रतिलेखन प्रारंभ (स्थिति -106) के 106वें आधार युग्म अपस्ट्रीम (5" की ओर से) से 475वें आधार युग्म (स्थिति +475) तक माउस ग्लोबिन जीन के एक क्षेत्र की क्लोनिंग करके इस निष्कर्ष को स्पष्ट किया है। पहला एक्सॉन (मायर्स एट अल., 1986)। इन क्लोनों को पेश करने के लिए इन विट्रो उत्परिवर्तन के अधीन किया गया था

प्रोकैरियोट्स में प्रतिलेखन की इकाई व्यक्तिगत जीन हो सकती है, लेकिन अधिकतर वे ऑपेरॉन नामक संरचनाओं में व्यवस्थित होते हैं। ऑपेरॉन में एक के पीछे एक स्थित संरचनात्मक जीन होते हैं, जिनके उत्पाद आमतौर पर एक ही चयापचय पथ में भाग लेते हैं। एक नियम के रूप में, एक ऑपेरॉन में नियामक तत्वों (नियामक जीन, प्रमोटर, ऑपरेटर) का एक सेट होता है, जो जीन प्रतिलेखन प्रक्रियाओं और संबंधित प्रोटीन के संश्लेषण का समन्वय सुनिश्चित करता है।

प्रमोटर डीएनए का एक भाग है जो आरएनए पोलीमरेज़ से जुड़ने के लिए जिम्मेदार होता है। प्रोकैरियोट्स के मामले में, प्रतिलेखन विनियमन के लिए सबसे महत्वपूर्ण अनुक्रम "--35" और "--10" निर्दिष्ट हैं। दीक्षा कोडन ("अपस्ट्रीम") से पहले स्थित न्यूक्लियोटाइड्स को "-" चिह्न के साथ लिखा जाता है, और दीक्षा कोडन (प्रारंभिक बिंदु) में पहले से शुरू होने वाले सभी न्यूक्लियोटाइड्स को "+" चिह्न के साथ लिखा जाता है। जिस दिशा में प्रतिलेखन प्रक्रिया चलती है उसे "डाउनस्ट्रीम" कहा जाता है।

निर्दिष्ट अनुक्रम "-35" (टीटीजीएसीए) आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा प्रमोटर की पहचान के लिए जिम्मेदार है, और अनुक्रम "-10" (या प्रिब्नो बॉक्स) वह स्थान है जहां से डीएनए डबल हेलिक्स का खुलना शुरू होता है। इस बॉक्स में अक्सर TATAAT बेस होते हैं। यह आधार अनुक्रम प्रायः प्रोकैरियोटिक प्रवर्तकों में पाया जाता है और इसे सर्वसम्मति कहा जाता है। TATA बॉक्स में एडेनिन और थाइमिन होते हैं, जिनके बीच केवल दो हाइड्रोजन बांड होते हैं, जो प्रमोटर के इस क्षेत्र में डीएनए श्रृंखलाओं को खोलने की सुविधा प्रदान करते हैं। इन प्रमोटर अनुक्रमों में बेस जोड़ी प्रतिस्थापन के मामले में, प्रतिलेखन प्रारंभ बिंदु की दक्षता और सही निर्धारण, जहां से आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम आरएनए संश्लेषण शुरू करता है, बाधित हो जाता है। प्रोकैरियोट्स में, प्रमोटर के साथ, अन्य नियामक क्षेत्र भी हैं: ये एक्टिवेटर और ऑपरेटर हैं।

ऑपरेटर डीएनए का एक भाग होता है, जिससे एक दमनकारी प्रोटीन जुड़ जाता है, जो आरएनए पोलीमरेज़ को प्रतिलेखन शुरू करने से रोकता है।

लैक्टोज ऑपेरॉन में, प्रमोटर (एक्टिवेटर) का बायां हिस्सा कैटाबोलाइट एक्टिवेटर प्रोटीन (BAK, या अंग्रेजी शब्दावली में CAP, कैटाबोलाइट एक्टिवेटर प्रोटीन) से बंधता है, और दायां हिस्सा आरएनए पोलीमरेज़ से बंधता है। बीएसी प्रोटीन, दमनकारी प्रोटीन के विपरीत, आरएनए पोलीमरेज़ को प्रतिलेखन शुरू करने में मदद करके एक सकारात्मक भूमिका निभाता है।

एंजाइमों और नियामक प्रोटीन के साथ नियामक साइटों की बातचीत के लिए विभिन्न विकल्प संभव हैं, और बाद वाले अणुओं के साथ जिन्हें प्रेरक (प्रभावक) कहा जाता है।

प्रोटीन जैवसंश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, 4 न्यूक्लियोटाइड्स (एक चार-अक्षर वर्णमाला) का उपयोग करके डीएनए में एन्कोड की गई आनुवंशिक जानकारी, एडाप्टर अणुओं ("अनुवादक") टीआरएनए का उपयोग करके प्रोटीन के अमीनो एसिड अनुक्रम (एक बीस-अक्षर वर्णमाला) में अनुवादित की जाती है। प्रोटीन बनाने वाले 20 अमीनो एसिड में से प्रत्येक को अपने स्वयं के टीआरएनए से जुड़ना चाहिए। ये प्रतिक्रियाएं साइटोसोल में होती हैं और बीस एपीकेज़ एंजाइम (एमिनोएसिल-टीआरएनए सिंथेटेस) द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। प्रत्येक एंजाइम में दोहरी समानता होती है: "अपने" अमीनो एसिड के लिए और इसके संबंधित टीआरएनए (एक या अधिक) के लिए। सक्रियण के लिए एटीपी ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।

इस प्रक्रिया में दो चरण होते हैं जो एंजाइम की सक्रिय साइट पर होते हैं। पहले चरण में, अमीनो एसिड और एटीपी की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप, एक अमीनोएसिल एडिनाइलेट बनता है, दूसरे में, अमीनोएसिल अवशेष संबंधित टीआरएनए में स्थानांतरित हो जाता है। प्रतिक्रियाओं की प्रगति:

1. अमीनो एसिड (आर) + एटीपी + एंजाइम (ईआर ई?) आर (एमिनोएसिल एडिनाइलेट) + एफपीएन

2. ईआर (एमिनोएसिल एडिनाइलेट) + टीआरएनएआर एमिनोएसिल-टीआरएनए + एएमपी + ई?रेपेसर

सारांश समीकरण:

अमीनो एसिड (आर) + टीआरएनएआर + एटीपी एमिनोएसिल-टीआरएनएआर + एएमपी + एफपीएन

अमीनोएसिल और टीआरएनए के बीच एस्टर बंधन उच्च-ऊर्जा है, पेप्टाइड बांड के संश्लेषण में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा।

तो, प्रोटीन जैवसंश्लेषण के लिए आवश्यक सभी सक्रिय अमीनो एसिड कोशिका के साइटोप्लाज्म में बनते हैं, जो उनके संबंधित एडेप्टर से जुड़े होते हैं? विभिन्न अमीनोएसिल-टीआरएनए (एए-टीआरएनए)।

टर्मिनेटर (डीएनए)- आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा आरएनए अणु के संश्लेषण और प्रतिलेखन परिसर के पृथक्करण को रोकने के संकेत के रूप में पहचाने जाने वाले डीएनए न्यूक्लियोटाइड का एक अनुक्रम।

प्रोकैरियोटिक न्यूक्लिक एसिड जीन प्रमोटर