الكابت

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
أوبيرون اللاكتوز : 1 : بوليميراز الحمض النووي الريبي، 2 : مثبط اللاكتوز ، 3 : المحفز، 4 : المشغل، 5 : اللاكتوز، 6 : lacZ، 7 : lacY، 8 : lacA. في الأعلى : يكون الجين غير نشط. لا يوجد لاكتوز لتثبيط المثبط، لذا يرتبط المثبط بالمشغل، مما يعيق ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي بالمحفز وإنتاج اللاكتوز. في الأسفل : يكون الجين نشطًا. يثبط اللاكتوز المثبط، مما يسمح لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالارتباط بالمحفز، والتعبير عن الجينات المسؤولة عن تصنيع اللاكتوز. في النهاية، يهضم اللاكتوز كل اللاكتوز، حتى لا يتبقى منه شيء ليرتبط بالمثبط. عندها سيرتبط المثبط بالمشغل، مما يوقف إنتاج اللاكتوز.

في علم الوراثة الجزيئية ، يُعرف الكابت بأنه بروتين يرتبط بالحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ويمنع التعبير عن جين واحد أو أكثر عن طريق الارتباط بالمُشغِّل أو الكابتات المرتبطة به . يمنع الكابت المرتبط بالحمض النووي (DNA) ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA) بالمُحفِّز ، وبالتالي يمنع نسخ الجينات إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). أما الكابت المرتبط بالحمض النووي الريبوزي (RNA)، فيرتبط بالحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ويمنع ترجمته إلى بروتين. يُطلق على هذا الحجب أو التثبيط للتعبير اسم الكبت.

وظيفة

في حال وجود مُحفِّز ، وهو جزيء يُحفِّز التعبير الجيني، فإنه يتفاعل مع البروتين الكابت ويفصله عن المُشغِّل. عندئذٍ، يستطيع بوليميراز الحمض النووي الريبي نسخ الرسالة (التعبير عن الجين). أما المُثبِّط المُساعد فهو جزيء يرتبط بالبروتين الكابت ويُجبره على الارتباط بالمُشغِّل بإحكام، مما يُقلِّل من عملية النسخ.

يُطلق على الكابت الذي يرتبط بكابت مساعد اسم الكابت غير النشط . ومن أنواع الكابت غير النشط كابت التربتوفان ، وهو بروتين أيضي مهم في البكتيريا. تُعد آلية الكبت المذكورة أعلاه نوعًا من آليات التغذية الراجعة، لأنها لا تسمح بحدوث النسخ إلا في حال توفر شرط معين: وجود مُحفز أو مُحفزات محددة. في المقابل، يرتبط الكابت النشط مباشرةً بمنطقة التشغيل لكبت التعبير الجيني.

على الرغم من شيوع وجود مثبطات التعبير الجيني في بدائيات النوى، إلا أنها نادرة في حقيقيات النوى. علاوة على ذلك، فإن معظم مثبطات التعبير الجيني المعروفة في حقيقيات النوى توجد في كائنات بسيطة (مثل الخميرة)، وتعمل من خلال التفاعل المباشر مع المنشطات. [ 1 ] وهذا يختلف عن مثبطات التعبير الجيني في بدائيات النوى التي يمكنها أيضًا تغيير بنية الحمض النووي DNA أو الحمض النووي الريبوزي RNA.

يحتوي الجينوم حقيقي النواة على مناطق من الحمض النووي تُعرف باسم " المثبطات ". وهي عبارة عن تسلسلات من الحمض النووي ترتبط بـ"المثبطات" لكبح الجين جزئيًا أو كليًا. يمكن أن تقع المثبطات على بعد عدة قواعد قبل أو بعد المحفز الفعلي للجين. كما يمكن أن تحتوي المثبطات على موقعي ارتباط: أحدهما لمنطقة المثبط والآخر للمحفز . يؤدي هذا إلى التفاف الكروموسوم، مما يسمح لمنطقة المحفز ومنطقة المثبط بالتقارب.

أمثلة على الكابتات

مثبط أوبيرون اللاكتوز

يحتوي أوبيرون lacZYA على جينات تُشفّر البروتينات اللازمة لتحليل اللاكتوز. [ 2 ] يُشفّر جين lacI بروتينًا يُسمى "المثبط" أو "مثبط اللاكتوز"، والذي يعمل على تثبيط أوبيرون اللاكتوز. [ 2 ] يقع جين lacI مباشرةً قبل جين lacZYA ، ولكنه يُنسخ من مُحفّز lacI . [ 2 ] يُصنّع جين lacI بروتين مثبط اللاكتوز LacI . يقوم بروتين مثبط اللاكتوز LacI بتثبيط lacZYA عن طريق الارتباط بتسلسل المُشغّل lacO . [ 2 ]

يُعبَّر عن مثبط اللاكتوز بشكلٍ دائم ، ويرتبط عادةً بمنطقة المُشغِّل في المُحفِّز ، مما يُعيق قدرة بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNAP) على بدء نسخ أوبيرون اللاكتوز . [ 2 ] في وجود المُحفِّز ألولاكتوز ، يُغيِّر المثبط شكله، ويُقلِّل من قوة ارتباطه بالحمض النووي، وينفصل عن تسلسل الحمض النووي للمُشغِّل في منطقة المُحفِّز لأوبيرون اللاكتوز. عندئذٍ، يصبح بوليميراز الحمض النووي الريبي قادرًا على الارتباط بالمُحفِّز وبدء نسخ جين lacZYA . [ 2 ]

مثبط أوبيرون ميت

من الأمثلة على البروتينات الكابتة بروتين الميثيونين الكابت MetJ. يتفاعل MetJ مع قواعد الحمض النووي DNA عبر وحدة بنائية من نوع الشريط-اللولب-اللولب (RHH). [ 3 ] يتكون MetJ من وحدتين فرعيتين متماثلتين ، تُشكل كل منهما شريط بيتا ولولب ألفا . تتحد أشرطة بيتا لكل وحدة فرعية لتكوين صفيحة بيتا متوازية عكسيًا ترتبط بمشغل الحمض النووي DNA ("صندوق Met") في أخدوده الرئيسي. بمجرد الارتباط، يتفاعل ثنائي MetJ مع ثنائي MetJ آخر مرتبط بالسلسلة المكملة للمشغل عبر لوالب ألفا الخاصة به. يرتبط AdoMet بجيب في MetJ لا يتداخل مع موقع ارتباط الحمض النووي DNA.

يحتوي صندوق الميثيونين على تسلسل الحمض النووي AGACGTCT، وهو تسلسل متناظر (يُظهر تناظرًا ثنائيًا ) يسمح بالتعرف على نفس التسلسل على أي من سلسلتي الحمض النووي. يحتوي الوصل بين السيتوزين والجوانين في منتصف صندوق الميثيونين على رابطة بيريميدين-بيورين تُصبح ملتفة بشكل موجب، مُشكلةً انحناءً في العمود الفقري للفوسفودايستر . بهذه الطريقة يتحقق البروتين من موقع التعرف، إذ يسمح ذلك لجزيء الحمض النووي المزدوج بمتابعة شكل البروتين. بمعنى آخر، يحدث التعرف من خلال قراءة غير مباشرة للمعايير البنيوية للحمض النووي، وليس عبر التعرف على تسلسل قواعد محدد.

يحتوي كل ثنائي من بروتين MetJ على موقعي ارتباط للعامل المساعد S-أدينوزيل ميثيونين (SAM)، وهو أحد نواتج عملية التخليق الحيوي للميثيونين. عند وجود SAM، يرتبط ببروتين MetJ، مما يزيد من انجذابه لموقع التشغيل الخاص به، وبالتالي يوقف نسخ الجينات المشاركة في تخليق الميثيونين. وعندما ينخفض ​​تركيز SAM، ينفصل البروتين الكابت عن موقع التشغيل، مما يسمح بإنتاج المزيد من الميثيونين.

مثبط أوبيرون L-أرابينوز

يحتوي أوبيرون L-أرابينوز على جينات تُشفّر إنزيمات هضم الأرابينوز. تعمل هذه الإنزيمات على تكسير الأرابينوز كمصدر بديل للطاقة عند انخفاض مستوى الجلوكوز أو انعدامه. [ 4 ] يتكون الأوبيرون من جين مُثبِّط تنظيمي (araC)، وثلاثة مواقع تحكم (ara02، ara01، araI1، وaraI2)، ومُحفِّزين (Parac/ParaBAD)، وثلاثة جينات هيكلية (araBAD). بمجرد إنتاجه، يعمل araC كمُثبِّط من خلال الارتباط بمنطقة araI لتكوين حلقة تمنع البوليميراز من الارتباط بالمُحفِّز ونسخ الجينات الهيكلية إلى بروتينات.

في غياب الأرابينوز و araC (المثبط)، لا يبدأ تكوين الحلقة، ويكون التعبير الجيني البنيوي أقل. في غياب الأرابينوز مع وجود araC، تُشكّل مناطق araC ثنائيات، وترتبط لتقريب نطاقي ara02 و araI1 من بعضهما البعض عبر تكوين الحلقة. [ 5 ] في وجود كل من الأرابينوز و araC، يرتبط araC بالأرابينوز ويعمل كمنشط. هذا التغيير البنيوي في araC يمنعه من تكوين الحلقة، ويُعزز الجزء الجيني الخطي استقطاب بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى منطقة araBAD البنيوية. [ 4 ]

بنية أوبيرون L-أرابينوز في بكتيريا الإشريكية القولونية. تم تحميل العمل بواسطة Yiktingg1 على ويكيميديا ​​كومنز. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:L-arabinose_structure.png#filehistory

+

الموضع C المتدفق (المثبط اللاجيني)

يُعدّ أوبيرون FLC موقعًا جينيًا محفوظًا في حقيقيات النوى، ويرتبط سلبًا بالإزهار عبر كبح الجينات اللازمة لتطور النسيج الإنشائي اللازم للانتقال إلى الحالة الزهرية في نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) . وقد ثبت أن التعبير عن جين FLC يُنظّم بوجود بروتين FRIGIDA ، ويرتبط عكسيًا بانخفاض درجات الحرارة، مما يؤدي إلى منع التزهير الربيعي . [ 6 ] وتعتمد درجة انخفاض التعبير على درجة الحرارة ومدة التعرض مع تقدم الفصول. وبعد تثبيط التعبير عن جين FLC، يصبح الإزهار ممكنًا. ويشمل تنظيم التعبير عن جين FLC عوامل وراثية وعوامل فوق جينية ، مثل مثيلة الهيستون ومثيلة الحمض النووي . [ 7 ] علاوة على ذلك، تعمل العديد من الجينات كعوامل مساعدة ، أي كعوامل نسخ سلبية لجينات FLC. [ 8 ] كما تمتلك جينات FLC عددًا كبيرًا من الجينات المتماثلة عبر الأنواع، مما يسمح بتكيفات محددة في نطاق واسع من المناخات. [ 9 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كلارك، ديفيد ب.؛ بازديرنيك، نانيت ج.؛ ماكجيهي، ميشيل ر. (2019-01-01)، "الفصل 17 - تنظيم النسخ في حقيقيات النوى" ، في كلارك، ديفيد ب.؛ بازديرنيك، نانيت ج.؛ ماكجيهي، ميشيل ر. (محررون)، البيولوجيا الجزيئية (الطبعة الثالثة) ، أكاديميك سيل، الصفحات 560-580 ، ISBN  978-0-12-813288-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-12-02
  2. 1 2 3 4 5 6 سلونكزوسكي، جوان، وجون واتكينز. فوستر. علم الأحياء الدقيقة: علم متطور. نيويورك: دبليو دبليو نورتون وشركاه، 2009. مطبوع.
  3. ↑ سومرز وفيليبس (1992). "البنية البلورية لمركب الكابت-المشغل met بدقة 2.8 أنغستروم تكشف عن تعرف الحمض النووي بواسطة خيوط بيتا". مجلة نيتشر . 359 (6394): 387-393 . Bibcode : 1992Natur.359..387S . doi : 10.1038/359387a0 . PMID 1406951. S2CID 29799322 .  
  4. 1 2 فويت ، دونالد (2011). الكيمياء الحيوية . فويت ، جوديث ج. ( الطبعة الرابعة). هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. رقم ISBN  978-0-470-57095-1. OCLC 690489261 . 
  5. ↑ هارمر، تارا؛ وو، مارتن؛ شليف، روبرت (16 يناير 2001). "دور الصلابة في تكوين وفك حلقات الحمض النووي بواسطة AraC" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 98 (2): 427-431 . Bibcode : 2001PNAS...98..427H . doi : 10.1073/pnas.98.2.427 . ISSN 0027-8424 . PMC 14602. PMID 11209047 .   
  6. ^ شيندو، تشيكاكو؛ أرانزانا، ماريا خوسيه؛ ليستر، كلير؛ باكستر، كاثرين. نيكولز، كولن؛ نوردبورج، ماغنوس. دين ، كارولين (يونيو 2005). "دور فريجيدا وموضع الإزهار C في تحديد التباين في وقت تزهير نبات الأرابيدوبسيس" . فسيولوجيا النبات . 138 (2): 1163–1173 . دوى : 10.1104/pp.105.061309 . ISSN 0032-0889 . بمك 1150429 . بميد 15908596 .   
  7. ^ يوهانسون، يو. الغرب، J.؛ ليستر، سي. مايكلز، S .؛ أماسينو، ر.؛ دين، سي. (2000-10-13). "التحليل الجزيئي لفريجيدا، أحد المحددات الرئيسية للتنوع الطبيعي في وقت ازدهار نبات الأرابيدوبسيس". علوم . 290 (5490): 344– 347. بيب كود : 2000Sci...290..344J . دوى : 10.1126/science.290.5490.344 . ISSN 0036-8075 . بميد 11030654 .  
  8. ↑ فينيغان، إي. جين؛ كوفاك، كاثرين أ.؛ جاليجوت، إستيل؛ شيلدون، كانديس س.؛ بيكوك، دبليو. جيمس؛ دينيس، إليزابيث س. (2005). "يحدث انخفاض تنظيم التعبير عن جين FLOWERING LOCUS C (FLC) في النباتات ذات المستويات المنخفضة من مثيلة الحمض النووي، وعن طريق التوريد، بآليات متميزة". مجلة النبات . 44 (3): 420-432 . doi : 10.1111/j.1365-313X.2005.02541.x . ISSN 1365-313X . PMID 16236152 .  
  9. ^ شارما، نيها؛ رولينز، فيليب؛ داو، مارييلا؛ ماجن، توماس. دوشي، نيكلاس. تورفس، ساني؛ كوفمان، كيرستين؛ رود، أنتجي؛ جوتن ، كوين (فبراير 2017). "المكان المزهر C Homolog عبارة عن مثبط منظم للنشر في Brachypodium ويتم تنظيمه على البارد في القمح 1 [ مفتوح ] " . فسيولوجيا النبات . 173 (2): 1301–1315 . دوى : 10.1104/pp.16.01161 . ISSN 0032-0889 . بمك 5291021 . بميد 28034954 .