एक ऑपेरॉन में क्रमिक रूप से आदेशित जीन का एक समूह होता है जो एक दूसरे को नियंत्रित करते हैं, जो प्रोटीन को कार्यात्मक रूप से संबंधित करते हैं, और जो बैक्टीरिया और "पैतृक" जीनोम के जीनोम में पाए जाते हैं।
इस विनियामक तंत्र का वर्णन एफ। जैकब और जे। मोनोड ने 1961 में किया था, एक ऐसा तथ्य जिसने उन्हें 1965 में फिजियोलॉजी और मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार दिया था। इन शोधकर्ताओं ने जीन के माध्यम से ऑपरेटर्स के संचालन का प्रस्ताव और प्रदर्शन किया जो उस कोड के लिए कोड था। लैक्टोज के उपयोग के लिए Escherichia कोलाई द्वारा आवश्यक एंजाइम।
एक डीएनए के ग्राफिक आरेख में जीन के साथ किनारा होता है जिसमें लैक्टोज ऑपेरॉन (प्रमोटर, ऑपरेटर, लैज, लैकी, लैका और टर्मिनेटर) शामिल होते हैं (स्रोत: लुलुल ~ कॉमन्सविकि वाया विकिमीडिया कॉमन्स)
प्रत्येक कोशिका की आवश्यकता के अनुसार प्रोटीन संश्लेषण में समन्वय के लिए ऑपरेटर्स जिम्मेदार होते हैं, अर्थात वे केवल उस समय और सटीक स्थान पर प्रोटीन उत्पन्न करने के लिए व्यक्त किए जाते हैं, जहाँ उनकी आवश्यकता होती है।
ऑपेरॉन के भीतर निहित जीन आम तौर पर संरचनात्मक जीन होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे महत्वपूर्ण एंजाइमों के लिए कोड करते हैं जो सीधे कोशिका के भीतर चयापचय मार्गों में शामिल होते हैं। ये अमीनो एसिड का संश्लेषण हो सकता है, एटीपी, कार्बोहाइड्रेट, आदि के रूप में ऊर्जा।
युकेरियोटिक जीवों में ऑपरेशंस भी आमतौर पर पाए जाते हैं, हालांकि, प्रोकैरियोटिक जीवों के विपरीत, यूकेरियोट्स में ऑपेरॉन के क्षेत्र को एक दूत आरएनए अणु के रूप में स्थानांतरित नहीं किया जाता है।
खोज
फ्रांस्वा जेकब और जैक्स मोनोड द्वारा किए गए ऑपरेशंस के बारे में पहला महत्वपूर्ण अग्रिम "एंजाइमैटिक अनुकूलन" की समस्या को संबोधित करना था, जिसमें केवल एक विशिष्ट एंजाइम की उपस्थिति में शामिल था, जब सेल एक सब्सट्रेट की उपस्थिति में था।
सब्सट्रेट्स को कोशिकाओं की ऐसी प्रतिक्रिया कई वर्षों से बैक्टीरिया में देखी गई थी। हालांकि, शोधकर्ताओं ने सोचा कि सेल ने कैसे निर्धारित किया कि उस सब्सट्रेट को मेटाबोलाइज करने के लिए इसे किस एंजाइम को संश्लेषित करना था।
जैकब और मोनोड ने पाया कि बैक्टीरिया कोशिकाएं, गैलेक्टोज जैसे कार्बोहाइड्रेट की उपस्थिति में, सामान्य परिस्थितियों की तुलना में 100 गुना अधिक id-गैलेक्टोसिडेस का उत्पादन करती हैं। यह एंजाइम β-galactosides को तोड़ने के लिए जिम्मेदार है ताकि सेल उन्हें चयापचय रूप से उपयोग करे।
इसलिए, दोनों शोधकर्ताओं ने गैलेक्टोसाइड-प्रकार के कार्बोहाइड्रेट को "inducers" कहा, क्योंकि वे β-galactosidase के संश्लेषण में वृद्धि को प्रेरित करने के लिए जिम्मेदार थे।
इसी तरह, जैकब और मोनोड ने तीन जीनों के साथ एक आनुवंशिक क्षेत्र पाया जो कि समन्वित तरीके से नियंत्रित किया गया था: जेड जीन, एंजाइम β-galactosidase के लिए कोडिंग; वाई जीन, एंजाइम लैक्टोज परमेस (गैलेक्टोसाइड्स के परिवहन) के लिए कोडिंग; और जीन ए, जो एंजाइम ट्रांसएसेटाइलस के लिए कोड है, जो गैलेक्टोसाइड्स के आत्मसात के लिए भी आवश्यक है।
बाद के आनुवंशिक विश्लेषणों के माध्यम से, जैकब और मोनोड ने लैक्टोज ऑपेरॉन के आनुवंशिक नियंत्रण के सभी पहलुओं को स्पष्ट किया, यह निष्कर्ष निकाला कि जीन जेड, वाई और ए के खंड समन्वित अभिव्यक्ति के साथ एक एकल आनुवांशिक इकाई का गठन करते हैं, जिसे उन्होंने "ओपेरा" के रूप में परिभाषित किया था।
ऑपरन मॉडल
ऑपेरॉन मॉडल को पहली बार 1965 में जैकब और मोनोड द्वारा जीन के विनियमन के बारे में बताया गया था, जो एक ऊर्जा स्रोत के रूप में लैक्टोज को मेटाबोलाइज करने के लिए एस्चेरिचिया कोलाई में आवश्यक एंजाइमों के लिए ट्रांसमिट और ट्रांसलेट किए गए हैं। ।
इन शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया कि जीन या ऐसे जीन के समूह के प्रतिलेखन जो लगातार दो तत्वों द्वारा नियंत्रित होते हैं: 1) एक नियामक जीन या दमनकर्ता जीन 2) और एक ऑपरेटर जीन या ऑपरेटर अनुक्रम।
ऑपरेटर जीन हमेशा संरचनात्मक जीन (एस) के बगल में स्थित होता है, जिसकी अभिव्यक्ति यह विनियमन के लिए जिम्मेदार होती है, जबकि "रेप्रेसर" नामक प्रोटीन के लिए रिप्रेसेंट जीन कोड जो ऑपरेटर को बांधता है और इसके ट्रांसक्रिप्शन को रोकता है।
प्रतिलेखन को दमित किया जाता है जब रिप्रेसर को ऑपरेटर जीन से जोड़ा जाता है। इस प्रकार, जीन की आनुवंशिक अभिव्यक्ति जो लैक्टोज को आत्मसात करने के लिए आवश्यक एंजाइमों को एनकोड करती है, व्यक्त नहीं की जाती है और इसलिए, डिसाक्राइड को मेटाबोलाइज नहीं कर सकता है।
लैक्टोज ऑपेरॉन के कार्यात्मक आरेख इसके विभिन्न नियंत्रण तत्वों के माध्यम से। यह जीव विज्ञान शिक्षकों द्वारा इन जीनों के कामकाज को सिखाने के लिए उपयोग किया जाने वाला "मॉडल" ऑपेरॉन है (स्रोत: टेरेसेक। जी 3प्रो इमेज से प्राप्त कार्य। एलेजैंड्रो पोर्टो द्वारा स्पेनिश अनुवाद। विया विकिमीडिया कॉमन्स)
वर्तमान में यह ज्ञात है कि ऑपरेटर के लिए रिप्रेसर का बंधन स्टिक मैकेनिज्म के साथ रोकता है, कि आरएनए पोलीमरेज़ प्रमोटर साइट से बांधता है ताकि यह जीन को स्थानांतरित करना शुरू कर दे।
प्रमोटर साइट "साइट" है जिसे आरएनए पोलीमरेज़ जीन को बांधने और स्थानांतरित करने के लिए पहचानता है। जैसा कि यह बांध नहीं सकता, यह अनुक्रम में किसी भी जीन को स्थानांतरित नहीं कर सकता है।
ऑपरेटर जीन अनुक्रम के एक आनुवंशिक क्षेत्र के बीच स्थित है जिसे प्रवर्तक और संरचनात्मक जीन के रूप में जाना जाता है। हालांकि, जैकब और मोनोड ने अपने समय में इस क्षेत्र की पहचान नहीं की।
अब यह ज्ञात है कि पूर्ण अनुक्रम जिसमें संरचनात्मक जीन या जीन शामिल हैं, ऑपरेटर और प्रमोटर, सार में एक "ऑपेरॉन" का गठन करता है।
संचालकों का वर्गीकरण
ऑपरेशन्स को केवल तीन अलग-अलग श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है जो उनके विनियमित होने के तरीके पर निर्भर करते हैं, अर्थात, कुछ को लगातार (संवैधानिक) व्यक्त किया जाता है, दूसरों को सक्रिय करने के लिए कुछ विशिष्ट अणु या कारक की आवश्यकता होती है (इंसुबल) और अन्य को लगातार व्यक्त किया जाता है जब तक कि inducer व्यक्त किया गया है (दमनकारी)।
तीन प्रकार के संचालक हैं:
Inducible operon
इस प्रकार के संचालनों को वातावरण में अणुओं द्वारा नियंत्रित किया जाता है जैसे अमीनो एसिड, शर्करा, मेटाबोलाइट्स इत्यादि। इन अणुओं को inducers के रूप में जाना जाता है। यदि अणु जो एक निर्माता के रूप में कार्य करता है, नहीं पाया जाता है, तो ऑपेरॉन के जीन सक्रिय रूप से संचरित नहीं होते हैं।
अमिट ऑपरेशंस में, नि: शुल्क दमनकर्ता ऑपरेटर को बांधता है और ऑपेरॉन में पाए जाने वाले जीन के प्रतिलेखन को रोकता है। जब इंड्यूसर रिप्रेसर को बांधता है, तो एक कॉम्प्लेक्स बनता है जो रिप्रेसेंट से बंध नहीं सकता है और इस तरह ऑपेरॉन के जीन का अनुवाद किया जाता है।
दमनकारी संचालक
ये ऑपेरोन विशिष्ट अणुओं पर निर्भर करते हैं: अमीनो एसिड, शर्करा, कोफ़ेक्टर या प्रतिलेखन कारक, अन्य। इन्हें कोरप्रेसर्स के रूप में जाना जाता है और प्रेरकों के लिए बिल्कुल विपरीत तरीके से कार्य करते हैं।
जब कोरप्रेशर रिप्रेसेंट से बांधता है तभी प्रतिलेखन रुकता है और इस तरह ऑपेरॉन के भीतर निहित जीन का प्रतिलेखन नहीं होता है। फिर एक दमनकारी ऑपेरॉन का प्रतिलेखन केवल कोरपॉसर की उपस्थिति के साथ बंद हो जाता है।
संचालक संचालक
इस प्रकार के संचालनों को विनियमित नहीं किया जाता है। वे लगातार सक्रिय रूप से स्थानांतरित हो रहे हैं और, इन जीनों के अनुक्रम को प्रभावित करने वाले किसी भी उत्परिवर्तन की स्थिति में, उन कोशिकाओं का जीवन प्रभावित होता है जो प्रभावित हो सकते हैं और, सामान्य रूप से, क्रमादेशित कोशिका मृत्यु को ट्रिगर कर सकते हैं।
उदाहरण
ऑपेरॉन के कार्य का सबसे पहला और सबसे व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त उदाहरण लैक (लैक्टोज) ऑपेरॉन है। यह प्रणाली मोनोसेकेराइड ग्लूकोज और गैलेक्टोज में लैक्टोज को बदलने के लिए जिम्मेदार है। इस प्रक्रिया में तीन एंजाइम क्रिया करते हैं:
- --galactosidase, लैक्टोज को ग्लूकोज और गैलेक्टोज में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है।
- लैक्टोज परमेस, सेल के इंटीरियर के लिए बाह्य माध्यम से लैक्टोज के परिवहन के लिए जिम्मेदार और
- ट्रांससीटाइलस, जो सिस्टम से संबंधित है, लेकिन एक अज्ञात फ़ंक्शन है
Escherichia कोलाई से ट्रप (ट्रिप्टोफैन) ऑप्रेटोफैन संश्लेषण को नियंत्रित करता है, जिसमें कोरसिमिक एसिड होता है। इस ऑपेरॉन के भीतर पाँच प्रोटीनों के लिए जीन होते हैं जिनका उपयोग तीन एंजाइमों के उत्पादन के लिए किया जाता है:
- जीन ई और डी द्वारा एन्कोड किया गया पहला एंजाइम, ट्रिप्टोफैन मार्ग के पहले दो प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करता है और इसे एंथ्रानिलिएट सिंथेटेज़ के रूप में जाना जाता है
- दूसरा एंजाइम ग्लिसरॉलफॉस्फेट है और एंथ्रानिलेट सिंथेटेज़ के बाद के चरणों को उत्प्रेरित करता है
- तीसरा और अंतिम एंजाइम ट्रिप्टोफैन सिंथेटेज़ है, जो इंडो-ग्लिसरॉल फ़ॉस्फ़ेट और सेरीन से ट्रिप्टोफैन के उत्पादन के लिए जिम्मेदार है (यह एंजाइम जीन बी और ए का एक उत्पाद है)
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