ANGLISHT

BAKTERIOLOGJIA – KAPITULLI 9  

MEKANIZMAT RREGULLATORË GJENETIK  

Dr Gene Mayer

Përktheu: Dr. Lul Raka
Asistent i Mikrobiologjisë në Fakultetin e Mjekësisë të Universitetit të Prishtinës dhe Mikrobiolog në Departamentin e Mikrobiologjisë të Institutit Kombëtar të Shëndetësisë Publike të Kosovës- Prishtinë, Kosovë 

 

SPANJOLLISHT

E-MAIL DR LUL RAKA

Universiteti i Prishtinës

OBJEKTIVAT MËSIMOR
Diskutimi i strukturës dhe transkriptimit të gjeneve bakterore

Përshkrimi i mekanizmave molekularë që përdorin bakteret për rregullimin e aktiviteteve të gjeneve

Krahasimi ndërmjet operoneve indukuese dhe atyre represive

Përshkrimi i mekanizmave molekularë të përfshirë në represionin katabolit dhe atenuim
Diskutimi i mënyrave të rregullimit të enzimeve bakterore

Bakteret mund të sintetizojnë një numër të konsiderueshëm të proteinave. Mirëpo,ky proces nuk bëhet në mënyrë të vazhdueshme (të pandërprerë). Përkundrazi, bakteret iu adaptohen kushteve jetësore në ambientin e jashtëm dhe sintetizojnë vetëm ato prodhime të gjeneve që janë thelbësore për jetesë në atë ambient. P.sh. nëse në ambientin e jashtëm ka sasi të bollshme të triptofanit, atëherë bakteret nuk kanë nevojë të sintetizojnë enzimin që është i nevojshëm për prodhimin e triptofanit. Por, nëse ka mungesë të triptofanit, atëherë fillon prodhimi i këtyre enzimeve. Ngjashëm, nëse bakteret posedojnë gjenin për rezistencë ndaj një antibiotiku - nuk është e thënë që ai gjen doemos do të shprehet. Gjeni i rezistencës shprehet vetëm atëherë kur në ambient është i pranishëm antibiotiku për të cilin ai është rezistent.

FJALËT KYÇE
Ekspresioni i koordinuar i gjeneve
ARNi policistronik
Promoteri
Operoni
Operoni indukues
Indukuesi
Gjeni strukturor
Gjeni rregulator
Represori
Operatori
Kontrolla negative
Represioni katabolit
Proteina CAP
Kontrolla pozitive
Operoni represiv
 Korepresori
Aporepresori
Atenuimi
Regjioni prijës
Frenimi prapaveprues
Modifikimi epigjenetik

   Figura 1  Operoni i llaktozës

  Figura 2 Transkriptimi i gjeneve lac në prani dhe në mungesë të glukozës

1. Përkufizimi- gjenet indukuese janë ato gjene, në të cilat prania e substancës së caktuar (indukuesit) në ambient e nis ekspresionin e një apo më shumë gjeneve të përfshira në metabolizmin e asaj substance. P.sh. llaktoza e indukon ekspresionin e gjeneve lac. Pastaj, një antibiotik i caktuar mund ta indukojë ekspresionin e gjeneve të rezistencës ndaj tij. Indukimi është i shpeshtë tek rrugët metabolike që rezultojnë me katabolizmin e substancave dhe indukuesi është zakonisht substrati për atë rrugë.

2. Operoni i llaktozës – është ilustruar në figurën 1.

a. Gjenet strukturore – Operoni i llaktozës përmban tri gjene strukturore që kodojnë enzimet e përfshira në metabolizmin e llaktozës. Gjeni lac z kodon beta-galaktozidazën (një enzim që zbërthen llaktozën në glukozë dhe galaktozë); gjeni lac y kodon permeazat (që përfshihen në marrjen e llaktozës) dhe gjeni lac a kodon galaktozë-transacetilazën. Këto gjene përshkruhen nga një promoter i përbashkët në ARNi policistronik dhe pastaj përkthehet në tri enzimet përkatëse.

b. Gjeni rregullator - ekspresioni i gjeneve strukturore nuk varet vetëm nga prania apo mungesa e indukuesit, por kontrollohet edhe nga një gjen specifik rregullator. Gjeni rregullator mund të jetë në afërsi apo larg nga gjenet që rregullohen. Gjeni rregullator kodon për një proteinë specifike që quhet REPRESOR.

c. Operatori – represori vepron duke u lidhur në një regjion specifik të ADN-së të quajtur operator, i cili ndodhet në afërsi të gjeneve strukturore që rregullohen. Gjenet strukturore bashkë me regjionin e operatorit dhe promotorin quhen OPERON. Megjithatë, lidhja e represorit me operatorin parandalohet nga indukuesi, i cili po ashtu mund ta heq represorin që tashmë është lidhur për operator. Prandaj, në prani të indukuesit, represori është inaktiv dhe nuk lidhet për operator. Kjo rezulton me transkriptim të gjeneve strukturore. Në anën tjetër, në mungesë të indukuesit, represori bëhet aktiv dhe lidhet për operatorin, duke rezultuar në pengimin e transkriptimit të gjeneve strukturore. Ky lloj i kontrollit quhet KONTROLL NEGATIV, pasi që funksioni i produkteve të gjeneve rregullatore (represori) është çkyçja e transkriptimit të gjeneve strukturore.

d. Indukuesi – Transkriptimi i gjenit lac varet nga prania apo mungesa e indukuesit (laktoza ose β-gallaktozidet tjera) (figura 2).

p.sh.	+ indukuesi	ekspresion
	- indukuesi	s’ka ekspresion

CHIME
  Klikoni në imazh për të parë strukturën rrotabile molekulare të represorit lac të lidhur në ADN-në e operonit lac. Nevojitet Netscape dhe Chime, të cilën mund ta merrni këtu)

Figura 4   Efekti i glukozës në ekspresionin e proteinave të koduara nga operoni lac


  Figura 5 Efekti i glukozës në ekspresionin e proteinave të koduara nga operoni lac
 

3. Represioni katabolit (efekti i glukozës)

Shumica e operoneve indukuese nuk kontrollohen vetëm nga indukuesit e tyre përkatës dhe gjenet rregullatore, por ato po ashtu mund të kontrollohen edhe nga niveli i glukozës në ambient. Aftësia e glukozës për ta kontrolluar ekspresionin e një numri të operoneve indukuese quhet REPRESIONI KATABOLIT (figura 3).

Represioni katabolit vërehet kryesisht tek ato operone që janë të përfshirë në zbërthimin e komponimeve që përdoren si burime të energjisë. Pasi që glukoza është burimi i preferuar i energjisë për bakteret, aftësia e glukozës për ta rregulluar ekspresionin e operoneve të tjera mundëson që bakteret ta shfrytëzojnë glukozën si burimin kryesor të energjisë.

a. Mekanizmi - ekziston një lidhje e anasjelltë ndërmjet përqëndrimit të glukozës dhe të cAMP tek bakteret. Kur niveli i glukozës është i lartë, shkalla e cAMP është e ulët dhe anasjelltas. Ky raport ekziston sepse transporti i glukozës në qelizë e pengon enzimin adenilciklazë, e cila prodhon cAMP. Në qelizën bakterore cAMP lidhet me proteinën cAMP lidhëse që quhet CAP ose CRP. Kompleksi cAMP-CAP, por jo edhe proteina e lirë CAP, lidhen në një vend te promoterët e represionit katabolit të operoneve senzitive. Lidhja e këtij kompleksi e bën promoterin më efikas, duke e rritur nismën e transkriptimit nga promoteri përkatës (figurat 4 dhe 5)  Pasiqë roli i kompleksit CAP-cAMP është ta nisë (kyç) transkriptimin, ky lloj i kontrollit quhet KONTROLLA POZITIVE. Si rrjedhojë e këtij lloji të kontrollit është se për të arritur ekspresionin maksimal të represionit katabolit, në ambientin e jashtëm duhet të mungojë operoni sensitiv i glukozës dhe njëkohësisht të jetë i pranishëm indukuesi i operonit. Nëse në ambientin e jashtëm janë të pranishëm të dy këto përbërës, atëherë operoni nuk do të jetë maksimalisht i shprehur përderisa të metabolizohet glukoza. Nëse nuk është i pranishëm indukuesi, atëherë  është e qartë se nuk do të ketë ekspresion të operonit.

 

  Figura 7  Efekti i triptofanit në ekspresion nga operoni tryp

1. Përkufizimi – gjenet represive janë ato gjene në të cilat prania e substancës (korepresori) në ambientin e jashtëm e ndal (çkyç) ekspresionin e një apo më shumë gjeneve strukturore të përfshira në metabolizmin e asaj substance. P.sh. triptofani e ndal ekspresionin e gjeneve trp.

Represioni është i shpeshtë në rrugët metabolike që rezultojnë në biosintezën e një substance dhe korepresori është prodhim përfundimtar i rrugës metabolike të rregulluar.

2. Operoni i triptofanit – është ilustruar në figurën 6.

a. Gjenet strukturore – operoni i triptofanit përmban 5 gjene strukturore që kodojnë enzimet e përfshira në sintezën e triptofanit. Këto gjene transkriptohen nga një promoter i përbashkët në ARNi policistronik, që pastaj përkthehet për të dhënë këto 5 enzime. 

b. Gjeni rregulator –  ekspresioni i gjeneve strukturore nuk varet vetëm nga prania apo mungesa e korepresorit, por kontrollohet edhe nga gjeni specifik rregullator. Gjeni rregullator mund të lokalizohet në afërsi me gjenet që rregullohen apo mund të lokalizohet larg tyre. Gjeni rregullator kodon një produkt specifik proteinik që quhet REPRESOR (nganjëherë quhet aporepresor). Nëse sintetizohet represori, ai është inaktiv. Por, gjeni rregullator mund të aktivizohet me anë të krijimit të kompleksit bashkë me korepresorin (triptofani).

c. Operatori – kompleksi aktiv represor/korepresor vepron duke u lidhur me një regjion specifik të ADN-së që quhet operator dhe ndodhet afër gjeneve strukturore që rregullohen. Gjenet strukturore bashkë me regjionin operator dhe promoterin quhen OPERON. Prandaj, në prani të korepresorit, represori është aktiv dhe lidhet për operatorin, duke rezultuar me represionin e transkriptimit të gjeneve strukturore. E kundërta, në mungesë të korepresorit, represori është inaktiv  dhe nuk lidhet për operator duke rezultuar në transkriptimin e gjeneve strukturore. Ky lloj i kontrollit quhet KONTROLLË NEGATIVE pasiqë funksioni i prodhimit të gjenit rregullator (represori) është ta ndalë transkriptimin e gjeneve strukturore.

d. Korepresori – Transkriptimi i gjeneve të triptofanit varet nga prania ose mungesa e korepresorit (triptofanit)-figura 7.

p.sh.	+ korepresori	S’ka expresion
	- korepresori	ekspresion

 

  Figura 9  Formimi i unazave burimore

3. Atenuimi (dobësimi)

Shumë transkriptime të operonit represiv që nisin në promoter mund të përfundojnë para kohe në regjionin prijës që i paraprin gjenit të parë strukturor (d.m.th. polimeraza e ndal transkriptimin para se të arrijë tek gjeni i parë në operon). Ky fenomen quhet ATENUIM (DOBËSIM) ose përfundim i parakohsëm i transkriptimit. Edhepse kjo dukuri vërehet te disa operone, ajo më së mirë qartësohet tek operonet represibile të përfshira në biosintezën e aminoacideve. Në këto instanca atenuimi rregullohet nga prania e ARNt burimore (të përbashkëta) të aminoacetiluara. 

a. Mekanizmi (shiko figurën 8 )

Nëse transkriptimi niset nga promoteri, ai aktualisht fillon para se të krijohen gjeni i parë strukturor dhe transkripti i vargut prijës. Ky regjion i vargut prijës përmban sinjalin startues dhe përfundues për sintezën e proteinave. Pasiqë bakteret nuk kanë membranë bërthamore, transkriptimi dhe përkthimi (translacioni) mund të bëhën në të njejtën kohë. Prandaj, gjersa në njerën anë ARN polimeraza ta bëjë transkriptimin e regjionit të vargut prijës, në anën tjetër tashmë mund të krijohet një varg i shkurtër peptidik. Peptidi testues përmban disa komponenta në pjesën qëndrore të peptidit. Nëse ka sasi të mjaftueshme të triptofanil-ARN-t për ta përkthyer atë peptid testues, do të krijohet tërë peptidi dhe ribosomet do të mbërrijnë në sinjalin ndalues. Por, nëse nuk ka sasi të mjaftueshme për përkthim, ribosomi do të ndalet tek dy kodonet e triptofanit para se të arrijë te sinjali ndalues.

Sekuenca në vargun prijës të ARNi i përmban katër regjione, që kanë sekuenca komplementare (figura 9). Prandaj, mund të formohen struktura të ndryshme sekondare të unazave burimore. Regjioni 1 mund të formojë çifte bazash vetëm me regjionin 2; regjoni 2 mund të formojë këto çifte me regjionet 1 dhe 3; kurse 3 mund të formojë çifte bazash me 2 ose 4; regjioni 4 mund të formojë çifte vetëm me regjionin 3. Prandaj mund të formohen tri struktura të mundshme të unazave burimore në ARN.

regjioni 1:regjioni 2

regjioni 2:regjioni 3

regjioni 3:regjioni 4

Njëra nga strukturat e mundshme (regjioni 3 që çiftëzohet me regjionin 4) krijon sinjalin për ARN polimerazën për ta mbaruar transkriptimin (për ta dobësuar atë). Sidoqoftë, krijimi një strukture burimore dhe një unaze mund ta parandalojë krijimin e strukturave të tjera. Nëse regjioni 2 krijon çift me regjionin 1, atëherë nuk ka mundësi të bashkohet me regjionin 3. Ngjashëm nëse 3-shi çiftëzohet me 2 nuk ka mundësi të çiftëzohet me regjionin 4.

Aftësia e ribosomeve për ta përkthyer peptidin testues ndikon në krijimin e strukturave të ndryshme unazore (figura 10). Nëse ribosomet e mbërrijnë sinjalin ndalues për translacion, ato do ta mbulojnë regjionin 2. Pradaj, ky regjion nuk do të jetë në gjendje të krijojë çifte me regjionet e tjera. Kjo mundëson ndalimin e transkriptimit, sepse regjionit 3 i mundësohet çiftëzimi me regjionin 4. Nëse ka sasi të mjaftueshme të triptofanil-ARNt për përkthim të peptidit testues, do të shfaqet dobësimi dhe gjeni strukturor nuk do të transkriptohet. E kundërta, nëse nuk ka sasi të mjaftueshme të triptofanil-ARNt nuk do të ketë dobësim. Kjo ndodh sepse ribosomi do të ndalet te dy kodonet e triptofanit në regjionin 1, duke lejuar këshu të çiftëzohet me regjionin 3 dhe duke e parandaluar krijimin e sinjalit dobësues (d.m.th. çiftëzimin e regjionit 3 me atë 4). Prandaj, nuk do të ketë transkriptim të gjeneve strukturore.

Bakteret kanë mënyra të ndryshme për rregullimin e aktivitetit të enzimeve të tyre.

Frenimi prapaveprues (feedback) – aktivitetet e enzimeve bakterore shpesh i nënshtrohen frenimit prapaveprues. Zakonisht ky është prodhimi përfundimtar i rrugës metabolike që është njëkohësisht edhe frenues i procesit. Rregullimi i frenimit ndodh kryesisht me enzimin e parë në rrugën metabolike. 
 

Modifikimi epigjenetik – aktivitetet e enzimeve bakterore mund të regullohen edhe me anë të modifikimit kovalent të enzimeve. Këto modifikime quhen MODIFIKIME EPIGJENETIKE.

P.sh. adenilimi i glutamine-sintetazës.

Fosforilimi i glikogjen-sintetazës

Zakonisht këto modifikime janë reversibile andaj aktiviteti enzimatik përsëri mund të kthehet dhe të ndalet.

Kthehu në Seksionin e Bakteriologjisë të Mikrobiologjia dhe Imunologjia On-line

Faqja e përditësuar më  Sunday, February 15, 2015
Faqja mbahet nga  Richard Hunt