اپرون تریپتوفان

مقدمه‌ای بر اپرون تریپتوفان

بسیاری از ژن‌های کدکننده پروتئین در باکتری‌ها در اپرون‌هایی که به‌عنوان واحدهای رونویسی که به طور هماهنگ تنظیم می‌شوند، در کنار هم قرار می‌گیرند.

جیکوب و مونود در سال 1961 مدل اپرون را برای تنظیم رونویسی پیشنهاد کردند.

مدل اپرون سه بخش را پیشنهاد می‌کند:

1. مجموعه‌ای از ژن‌های ساختاری (یعنی ژن‌هایی که پروتئین‌های تنظیم‌شده را کد می‌کنند).
2. مکان عملگر، که یک توالی DNA است که رونویسی ژن‌های ساختاری را تنظیم می‌کند.
3. یک ژن تنظیم کننده که پروتئینی را کد می‌کند که توالی عملگر را تشخیص می‌دهد.

بنابراین اپرون‌ها خوشه‌هایی از ژن‌های ساختاری هستند که تحت کنترل یک مکان اپراتور و ژن تنظیم کننده هستند. اپرون بیان ژن‌های ساختاری را به طور هماهنگ کنترل می‌کند.

اپرون تریپتوفان

اپرون تریپتوفان تنظیم رونویسی ژن مسئول بیوسنتز تریپتوفان را انجام می‌دهد.

اپرون تریپتوفان (trp) حاوی پنج ژن ساختاری است که آنزیم‌های بیوسنتز تریپتوفان را با یک پروموتر بالادستی trp (Ptrp) و توالی عملگر trp (Otrp) کد می‌کنند.

ژن‌های ساختاری عبارتند از: TrpE، TrpD، TrpC، TrpB و TrpA

1. TrpE: آنزیم Anthranilate synthase I را کد می‌کند
2. trpD: آنزیم Anthranilate synthase II را کد می‌کند
3. trpC: آنزیم N-5’-Phosphoribosyl anthranilate isomerase و Indole-3-glycerolphosphate synthase را کد می‌کند
4. TrpB: آنزیم تریپتوفان سنتاز-B را کد می‌کند
5. trpA: آنزیم تریپتوفان سنتاز-A را رمزگذاری می‌کند

ناحیه عملگر trp تا حدی با پروموتر trp همپوشانی دارد.

اپرون به گونه‌ای تنظیم می‌شود تا رونویسی زمانی رخ دهد که تریپتوفان در سلول نباشد.

در غیاب تریپتوفان

در غیاب تریپتوفان، یک پروتئین سرکوبگر trp که توسط یک اپرون جداگانه، trpR رمزگذاری شده است، سنتز می‌شود و یک دایمر را تشکیل می‌دهد.

با این حال، این غیرفعال است و بنابراین قادر به اتصال به عملگر trp نیست و ژن‌های ساختاری اپرون trp رونویسی می‌شوند.

در حضور تریپتوفان

هنگامی که تریپتوفان وجود داشته باشد، آنزیم‌های بیوسنتزکننده تریپتوفان مورد استفاده قرار نمی‌گیرند و بنابراین بیان این ژن‌ها خاموش می‌شود.

این امر با اتصال تریپتوفان به رپرسور برای فعال کردن آن به دست می‌آید، به طوری که به اپراتور متصل می‌شود و رونویسی ژن‌های ساختاری را متوقف می‌کند.

اتصال پروتئین رپرسور به اپراتور روی پروموتر همپوشانی دارد، بنابراین RNA پلیمراز نمی‌تواند به پروموتر متصل شود. بنابراین رونویسی متوقف می‌شود.

در این جا، تریپتوفان به عنوان یک سرکوب کننده کمکی عمل می‌کند. این یک مکانیسم کنترل منفی است، زیرا رپرسور باند از رونویسی جلوگیری می‌کند.

تضعیف اپرون تریپتوفان

مکانیسم دوم به نام تضعیف نیز برای کنترل بیان اپرون trp استفاده می‌شود.

انتهای 5′ mRNA پلی سیسترونیک رونویسی شده از اپرون trp دارای یک توالی رهبر در بالادست ناحیه کد کننده ژن ساختاری trpE است.

این توالی رهبر یک پپتید رهبر 14 آمینواسیدی است که تریپتوفان را کد می‌کند.

عملکرد دنباله رهبر تنظیم دقیق بیان اپرون trp بر اساس در دسترس بودن تریپتوفان در داخل سلول است.

دنباله رهبر شامل چهار ناحیه (با شماره 1-4) است که می‌توانند انواع ساختارهای ثانویه ساقه-حلقه جفت پایه (“سنجاق سری”) را تشکیل دهند.

مناطق عبارتند از: منطقه 1، منطقه 2، منطقه 3 و منطقه 4. منطقه 3 هم مکمل منطقه 2 و هم منطقه 4 است.

اگر ناحیه 3 و ناحیه 4 با یکدیگر جفت شوند، ساختاری حلقه مانند به نام تضعیف کننده تشکیل می‌دهند و به عنوان پایان رونویسی عمل می‌کند. اگر جفت شدن بین ناحیه 3 و ناحیه 2 رخ دهد، چنین تضعیف کننده‌ای شکل نمی‌گیرد تا رونویسی ادامه یابد.

تضعیف به این واقعیت بستگی دارد که در باکتری‌ها، ریبوزوم‌ها به mRNA سنتز می‌شوند و ترجمه حتی قبل از تکمیل رونویسی کل mRNA شروع می‌شود.

وقتی تریپوفان فراوان باشد

هنگامی که تریپتوفان فراوان است، ریبوزوم‌ها به mRNA پلی‌سیسترونیک متصل می‌شوند و شروع به ترجمه دنباله رهبر می‌کنند.

اکنون، دو کدون trp برای پپتید رهبر در توالی 1 و کدون توقف ترجمه بین توالی 1 و 2 قرار دارد.

در طول ترجمه، ریبوزوم‌ها از پشت RNA پلیمراز بسیار نزدیک می‌آیند و پپتید رهبر را سنتز می‌کنند و در نهایت ترجمه بین توالی‌های 1 و 2 متوقف می‌شود.

در این مرحله، موقعیت ریبوزوم از تعامل توالی 2 با دنباله 3 جلوگیری می‌کند.

در عوض 3 جفت پایه را با دنباله 4 دنبال می‌کند تا یک حلقه ساقه 3:4 را تشکیل دهد که به عنوان پایان دهنده رونویسی عمل می‌کند.

بنابراین، هنگامی که تریپتوفان وجود دارد، از رونویسی بیشتر اپرون trp جلوگیری می‌شود.

در کمبود تریپتوفان

با این حال، اگر با کمبود تریپتوفان مواجه باشد، ریبوزوم در دو کدون trp موجود در دنباله 1 مکث می‌کند.

این باعث می‌شود که دنباله 2 با جفت پایه آزاد با دنباله 3 یک ساختار 2:3 تشکیل دهد (که anti-terminator نیز نامیده می‌شود)، بنابراین ساختار 3:4 نمی‌تواند تشکیل شود و رونویسی تا انتهای اپرون trp ادامه می‌یابد.

از این رو در دسترس بودن تریپتوفان کنترل می‌کند که آیا رونویسی این اپرون زودتر متوقف شود (تضعیف) یا به سنتز یک mRNA پلی‌سیسترونیک کامل ادامه دهد.

تنظیم Trp Operon

به طور کلی، برای اپرون trp، سرکوب از طریق سرکوبگر trp تعیین می‌کند که آیا رونویسی رخ خواهد داد یا نه و تضعیف و سپس رونویسی دقیق را تنظیم می‌کند.

همچنین بخوانید:

• آموزش استخراج پلاسمید نوترکیب
• ترانسفورماسیون

منبع

مترجم: شقایق مرتاضی