غوا أوبرون

الموسوعة الحرة

يُعدّ أوبيرون غوانوزين مسؤولاً عن تنظيم تخليق أحادي فوسفات الغوانوزين (GMP)، وهو نيوكليوتيد بيوريني، من أحادي فوسفات الإينوزين (IMP أو الإينوزينات). ويتكون من جينين بنيويين هما guaB (الذي يشفر إنزيم نازع هيدروجين IMP ) وguaA (الذي يشفر إنزيم سينثيتاز GMP)، بالإضافة إلى منطقة المحفز ومنطقة المشغل .

التخليق الحيوي للبيورين

تبدأ الخطوة الأولى الحاسمة في عملية تخليق البيورينات من 5-فوسفوريبوزيل-1 بيروفوسفات. يخضع هذا المركب لسلسلة من التفاعلات لتكوين إينوزين أحادي الفوسفات (IMP)، وهي نقطة تفرع مهمة في المسار. ثم يتفرع المسار لتكوين أدينيلوسكسينات، ثم أدينيلات (AMP) في أحد الفروع، وزانثيلات ( XMP)، ثم غوانيلات (GMP) في الفرع الآخر. يحفز إنزيم نازع هيدروجين الإينوزين أحادي الفوسفات (IMP ) تحويل الإينوزين أحادي الفوسفات (IMP) إلى زانثيلات (XMP)، بينما يحفز إنزيم سينثيتاز الغوانيلات (GMP) تحويل زانثيلات (XMP) إلى غوانيلات (GMP). [ 1 ] [ 2 ]

أنظمة

يجب أن يستجيب الأوبيرون للتغيرات في الحالة الأيضية للخلية. وهو يخضع للتحكم المعتمد على معدل النمو، والتحكم الصارم (التحكم أثناء مختلف الضغوط التي تتعرض لها الخلية)، وأنواع أخرى من التحكم. [ 3 ] ولذلك ، فإنه يوقف التخليق الحيوي إذا أمكن الحصول على الجوانين من الوسط الخارجي، ويزيد من تعبيره إذا كانت هناك حاجة إلى النيوكليوتيدات (على سبيل المثال أثناء تضاعف الحمض النووي)، ويوازن إنتاج GMP بالنسبة إلى AMP والنيوكليوتيدات البيريميدينية . نقطة التفرع عند IMP المذكورة أعلاه هي عقدة صلبة محكمة التحكم [ 4 ] لضمان إنتاج متوازن لـ AMP وGMP. يتم تثبيط أوبيرون gua بواسطة GMP ويتم تحفيزه بواسطة AMP. وبالمثل، يتم تثبيط تخليق AMP بواسطة AMP نفسه بينما يتم تنشيطه بواسطة GMP. يضمن هذا التحكم المزدوج وجود توازن في التدفق بين AMP وGMP، ويظل توزيع التدفق ثابتًا نسبيًا حتى في مواجهة الاضطرابات. سيتم مناقشة بعض الآليات التي يتم من خلالها تحقيق هذا التحكم أدناه.

تُعتبر نقطة التفرع عند IMP عقدة صلبة حيث يمنع ناتج أحد الفروع تكوينه ويحفز تكوين ناتج الفرع الآخر

بعض آليات تنظيم أوبيرون غوا

بما أن تضاعف الحمض النووي يتطلب إمدادًا من نيوكليوتيدات الجوانين، فلا بد من وجود تنسيق بين آلية تضاعف الحمض النووي ومجموعة جينات الجوانين (gua operon). إحدى الطرق التي يتم من خلالها ذلك هي بروتين DnaA. يتعرف DnaA على منشأ التضاعف، ويحفز فكًا موضعيًا لمنطقة الحمض النووي الغنية بالأدينين والثايمين، ثم يوجه إنزيم الهيليكاز DnaB إلى موقع دخوله. يُعد DnaA عامل بدء التضاعف الذي يُحفز تضاعف الحمض النووي إذا وُجد بتركيز كافٍ. [ 5 ]

تنظيم أوبرون غوا

عند حدوث التضاعف، يُشكّل منشأ التضاعف "مستودعًا" لبروتينات DnaA. وبالتالي، تُزال كبت الجينات التي تُثبّطها DnaA، مثل جينات أوبيرون gua. يوجد موقعان محتملان لارتباط DnaA، أحدهما على مُحفّز gua والآخر على بُعد 200 زوج قاعدي أسفل كودون بدء إنزيم نازع هيدروجين IMP على جين guaB. يُعتقد أن كلا التسلسلين الأول والثاني يؤديان دورًا، حيث يُعدّ التسلسل الثاني حيويًا، ويؤثر ارتباط الحمض النووي بهما سلبًا على نسخ الجين. [ 6 ]

أثناء نمو الكائن الحي في بيئات ذات معدلات نمو منخفضة، يرتبط cAMP ببروتين مستقبل cAMP مكونًا مُركبًا ذا خصائص تنظيمية. يرتبط هذا المُركب بمنطقة تقع على بُعد 100 زوج قاعدي قبل موقع بدء نسخ جين guaB، مما يؤدي إلى تثبيط أوبيرون gua. ولا يزال التفاعل بين هذا المُركب وإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) من مسافة تصل إلى 100 بت/ثانية موضع نقاش. ويشير أحد الآراء إلى وجود عامل تنظيمي غير معروف. وعلى أي حال، يُضفي هذا المُركب تحكمًا يعتمد على معدل النمو على منطقة المحفز للأوبيرون. [ 7 ]

يتحكم الكابت purR، المشفر بواسطة جينات purR، في تخليق الإنزيمات المشاركة في عملية تخليق البيورين . وقد تم العثور على مُشغِّل pur افتراضي بطول 16 زوجًا قاعديًا في مُحفِّز gua. يعمل الكابت purR مع كوابح أخرى، مثل الجوانين الذي يُعد كابحًا في بكتيريا الإشريكية القولونية . [ 3 ]

يمتلك الجزء الرائد من mRNA الخاص بجين gua القدرة على تكوين بنية ثانوية مستقرة على شكل حلقة جذعية، تشمل أول 37 نيوكليوتيدًا من النسخة. ونظرًا لأن موقع ارتباط الريبوسوم محصور داخل الحلقة الجذعية، فقد تُشارك هذه البنية في تنظيم عملية الترجمة. [ 3 ]

يقع مُحفِّز gua مُلاصقًا لمُحفِّز xseA (الذي يُشفِّر إنزيم إصلاح عدم تطابق القواعد، إكسونوكلياز VII). [ 3 ] قد يكون لهذا التقارب الشديد بين المُحفِّزين أهمية تنظيمية، وسيؤدي إلى إعاقة فراغية حيث تحاول جزيئات بوليميراز الحمض النووي الريبي الارتباط في الوقت نفسه. سيؤدي تعطيل أحد المُحفِّزين بطبيعة الحال إلى زيادة التعبير عن المُحفِّز الآخر. تشمل الآليات الأخرى عامل تحفيز الانقلاب (FIS) الذي يُعيق ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي فراغيًا. لكن دور FIS لم يُدرس بشكل كافٍ بعد. [ 8 ]

المتماثلات في حقيقيات النوى

بما أن المسار الأيضي محفوظ عبر الأنواع، فإن الجينات متشابهة أيضًا. وقد أُجريت دراسات مستفيضة حول التنظيم في خميرة Saccharomyces cerevisiae . تتوافق عائلة جينات IMD وجين gua1 في الخميرة مع جيني guaB وguaA. هنا، جينات IMD فقط هي الحساسة للجوانين، وليس gua1، على عكس بدائيات النوى حيث يكون الأوبيرون بأكمله حساسًا. حمض الميكوفينوليك، وهو دواء مثبط لإنزيم نازع هيدروجين IMP، هو محفز لجين IMD2 (وبالتالي، من المحتمل أن يكون لـ IMD2 نشاط دوائي ذاتي). [ 9 ] جانب آخر يختلف فيه التنظيم في حقيقيات النوى اختلافًا كبيرًا هو أن حقيقيات النوى لديها تنظيم تفاضلي للفروع المؤدية إلى AMP وGMP. على سبيل المثال، في الخميرة، تكون جينات تخليق AMP ضعيفة التثبيط بواسطة الجوانين، بينما لا تتأثر جينات تخليق GMP بالأدينين، وفي البشر، يتم تثبيط تخليق إنزيم نازع هيدروجين IMP في وجود الجوانوزين وليس الأدينوزين.

مراجع

  1. ↑ ديفيد ل. نيلسون؛ مايكل م. كوكس. مبادئ لينينجر في الكيمياء الحيوية (  الطبعة الرابعة).
  2. ↑ جيريمي إم بيرج؛ جون إل تيموتشكو؛ لوبيرت ستراير (2007). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الخامسة). دبليو إتش فريمان وشركاه. 
  3. 1 2 3 4 درابل، ويليام؛ إيان ديفيز (1992). "التحكم الصارم والمعتمد على معدل النمو في أوبيرون غوا في الإشريكية القولونية K-12" (ملف PDF) . علم الأحياء الدقيقة . 142 (9): 2429-2437 . doi : 10.1099/00221287-142-9-2429 . PMID 8828209 . 
  4. ↑ ستيفانوبولوس، غريغوري؛ جوزيف ج. فالينو (21 يونيو 1991). "صلابة الشبكة والهندسة الأيضية في الإفراط في إنتاج المستقلبات". مجلة ساينس . 252 (5013): 1675-1681 . Bibcode : 1991Sci...252.1675S . doi : 10.1126/ science.1904627 . JSTOR 2876337. PMID 1904627. S2CID 18595524 .   
  5. ↑ ويجل، كريستوف؛ ميسر، والتر (1997). "مركب بروتين dnaA مع الأصل الكروموسومي لبكتيريا الإشريكية القولونية (oriC) ومواقع أخرى" . علم الأحياء الدقيقة الجزيئي . 24 (1): 1-6 . doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.3171678.x . PMID 9140960 . 
  6. ^ تسفا-سيلاسي، فيسهاي؛ درابل ، ويليام تي (1 يناير 1992). "تنظيم عمل غوا من الإشريكية القولونية بواسطة بروتين DnaA". الوراثة الجزيئية والعامة . 231 (2): 256-264 . دوى : 10.1007 / BF00279799 . بميد 1736096 . 
  7. ↑ حسنين، سيد؛ توماس، مارك؛ بوسبي، إس جيه (أكتوبر 2009). "تثبيط مُحفِّز جين guaB في بكتيريا الإشريكية القولونية بواسطة بروتين مستقبل AMP الحلقي المرتبط بالمنطقة المجاورة" . مجلة علم البكتيريا . 191 (19): 6094-6104 . doi : 10.1128/jb.00672-09 . PMC 2747903. PMID 19633076 .  
  8. ↑ حسنين، سيد؛ مارك س. توماس (يونيو 2008). "تثبيط مُحفِّز جين guaB في بكتيريا الإشريكية القولونية بواسطة FIS" . علم الأحياء الدقيقة . 154 (6): 1729-1738 . doi : 10.1099/mic.0.2008/016774-0 . PMC 2885671. PMID 18524927 .  
  9. ↑ هايل، جيه دبليو؛ شو، آر جيه؛ راينز، دي. (1 أغسطس 2003). "الفروق الوظيفية بين جينات نازعة هيدروجين IMP في توفير مقاومة الميكوفينولات والقدرة على إنتاج الجوانين في الخميرة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 278 (31): 28470-28478 . doi : 10.1074/jbc.M303736200 . PMC 3367515. PMID 12746440 .