Gene Regulation, Operon Concept, Lac and Trp Operons
UPDATED ON:- 01-01-2024
जीन विनियमन, ऑपेरॉन अवधारणा, Lac और Trp ऑपेरोन्स (Gene Regulation, Operon Concept, Lac and Trp Operons):-
जीन नियमन (Gene Regulation):-
· जीन अभिव्यक्ति के परिणामस्वरूप पॉलीपेप्टाइड का निर्माण होता है।
(Gene expression results in the formation of a polypeptide.)
· यूकेरियोट्स में, विनियमन निम्नलिखित स्तर स्तर पर होता हैं: -
(In eukaryotes, the regulation includes the following levels:-)
i. अनुलेखन स्तर (प्राथमिक अनुलेख का निर्माण)
[Transcriptional level (formation of primary transcript)]
ii. संसाधन स्तर (स्प्लाइसिंग का विनियमन)
[Processing level (regulation of splicing)]
iii. केंद्रक से कोशिकाद्रव्य में mRNA का परिवहन
(Transport of mRNA from nucleus to the cytoplasm)
iv. अनुवादन स्तर।
(Translational level.)
· उपापचयी, कार्यिकीय और वातावरणीय दशाएँ भी जीन की अभिव्यक्ति का विनियमन करती हैं।
(The metabolic, physiological and environmental conditions regulate expression of genes.)
उदाहरण (E.g.)-
- E. coli में एंजाइम, बीटा-गैलेक्टोसाईडेज लैक्टोज को गैलेक्टोज और ग्लूकोज में जल अपघटित करता है। लैक्टोज की अनुपस्थिति में, बीटा-गैलेक्टोसाईडेज का संश्लेषण बंद हो जाता है।
(In E. coli the enzyme, beta-galactosidase hydrolyses lactose into galactose and glucose. In the absence of lactose, the synthesis of beta-galactosidase stops.)
- भ्रूण का वयस्क में विकास और विभेदन कई जीनों की अभिव्यक्ति का परिणाम होता है।
(The development and differentiation of embryo into adult are a result of the expression of several set of genes.)
ऑपेरॉन अवधारणा (Operon Concept):-
· "प्रत्येक उपापचय अभिक्रिया जीनों के एक समूह द्वारा नियंत्रित होती है"
(“Each metabolic reaction is controlled by a set of genes”)
· एक उपापचय अभिक्रिया को नियंत्रित करने वाले सभी जीन एक ऑपेरॉन का गठन करते हैं। उदा. Lac ऑपेरॉन, Trp ऑपेरॉन, Ara ऑपेरॉन, His ऑपेरॉन, Val ऑपेरॉन आदि।
(All the genes regulating a metabolic reaction constitute an Operon. E.g. lac operon, trp operon, ara operon, his operon, val operon etc.)
· जब जीवाणुओं के वृद्धि माध्यम में एक अभिकारक डाला जाता है, तो इसे उपापचयित करने के लिए जीनों का एक समूह सक्रिय हो जाता है। इसे प्रेरण कहते हैं।
(When a substrate is added to growth medium of bacteria, a set of genes is switched on to metabolize it. This is called induction.)
· जब एक मेटाबोलाइट (उत्पाद) डाला जाता है, तो इसका उत्पादन करने वाले जीन निष्क्रिय हो जाते हैं। इसे दमन कहा जाता है।
[When a metabolite (product) is added, the genes to produce it are turned off. This is called repression.]
E. coli में Lac ऑपेरॉन (Lac operon in E. coli):-
· ऑपेरॉन लैक्टोज उपापचय को नियंत्रित करता है। इसमें सम्मिलित हैं -
(The operon controlling lactose metabolism. It consists of -)
a) एक नियामक या अवरोधक (i) जीन [A regulatory or inhibitor (i) gene]:- यह दमनकारक के लिए कोड करता है।
(It codes for the repressor.)
b) तीन संरचनात्मक जीन (3 structural genes):-
i. z gene:- यह β-galactosidase के लिए कोड करता है जो लैक्टोज को गैलेक्टोज और ग्लूकोज में जल अपघटित कर देता है।
(It codes for β-galactosidase which hydrolyze lactose to galactose and glucose.)
ii. y gene:- यह परमिएज के लिए कोड करता है जो कोशिका की लैक्टोज के लिए पारगम्यता को बढ़ा देता है।
(It codes for permease which increase permeability of the cell to lactose.)
iii. a gene:- यह ट्रांसएसिटाइलेज के लिए कोड करता है।
(It codes for transacetylase.)
· ऑपेरॉन में उपस्थित जीन एक ही या संबंधित उपापचय पथ में एक साथ कार्य करते हैं। प्रत्येक ऑपेरॉन के लिए एक ऑपरेटर क्षेत्र होता है।
(The genes present in the operon function together in the same or related metabolic pathway. There is an operator region for each operon.)
· प्रेरक की अनुपस्थिति में (In the absence of inducer):-
यदि लैक्टोज (प्रेरक) उपस्थित नहीं है, तो Lac ऑपेरॉन निष्क्रिय रहता है। नियामक जीन दमनकारी प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए mRNA को संश्लेषित करता है; यह दमनकारी प्रोटीन ऑपरेटर जीन से बंध जाती है और RNA पॉलीमरेज की गति को रोक देती है। इसलिए संरचनात्मक जीन अभिव्यक्त नहीं हो पाते हैं।
[If there is no lactose (inducer), Lac operon remains switched off. The regulator gene synthesizes mRNA to produce the repressor protein; this protein binds to the operator genes and blocks RNA polymerase movement. So the structural genes are not expressed.]
· प्रेरक की उपस्थिती में (In the presence of inducer):-यदि वृद्धि माध्यम में लैक्टोज दिया जाता है, तो लैक्टोज को परमिएज की क्रिया द्वारा E. coli कोशिकाओं में लाया जाता है। लैक्टोज (प्रेरक) दमनकारी प्रोटीन से बंध जाता है। इसलिए दमनकारी प्रोटीन ऑपरेटर जीन से नहीं बंध सकती। ऑपरेटर जीन मुक्त हो जाता है और RNA पॉलीमरेज को प्रमोटर जीन के साथ बंधने के लिए प्रेरित करता है। तब संरचनात्मक जीनों का अनुलेखन प्रारम्भ हो जाता है। इसे प्रेरणकारी ऑपेरॉन भी कहते हैं। दमनकारक द्वारा Lac ऑपेरॉन के विनियमन को ऋणात्मक विनियमन कहा जाता है।
[If lactose is provided in the growth medium, the lactose is transported into the E. coli cells by the action of permease. Lactose (inducer) binds with repressor protein. So repressor protein cannot bind to operator gene. The operator gene becomes free and induces the RNA polymerase to bind with promoter gene. Then transcription of structural genes starts. It is also known as indusible operon. Regulation of lac operon by repressor is called negative regulation.]
E. coli में Trp ऑपेरॉन (Trp operon in E. coli):-
· E. coli जीवाणु में पाया जाने वाला Trp ऑपेरॉन, जीनों का एक समूह है जो अमीनो अम्ल ट्रिप्टोफेन के लिए जैवसंश्लेषित एंजाइमों को एनकोड करता है।
(The Trp operon, found in E. coli bacteria, is a group of genes that encode biosynthetic enzymes for the amino acid tryptophan. )
· Trp ऑपेरॉन को ट्रिप्टोफेन सह-दमनकारक द्वारा विनियमित किया जाता है। इसलिए इसे दमनकारी ऑपेरॉन भी कहते हैं। यह धनात्मक विनियमन है।
(The Trp operon is regulated by the tryptophan co-repressor. So it is also known as repressible operon. It is positive regulation.)
i. ट्रिप्टोफेन का स्तर कम होने पर Trp ऑपेरॉन अभिव्यक्त होता है ("चालू")।
[The Trp operon is expressed (turned "on") when tryptophan levels are low.]
ii. ट्रिप्टोफेन का स्तर उच्च होने पर Trp ऑपेरॉन को दमित हो जाता है ("बंद")।
[The trp operon is repressed (turned "off") when tryptophan levels are high.]
