بما أن كل أوبرون يحتوي على موقع مشغل واحد ، لذا يمكن أن يرتبط بروتين تنظيمي يدعى بالكابح repressor بهذا الموقع ويمنع الاستنساخ وعندما يغيب التربتوفان من البيئة يكون الكابح غير فعال. يرتبط إنزيم RNA polymerase بموقع البروموتر، ثم يمضي قدماً على شريط الـ DNA القالب مستنسخاً جينات إنزيمات التخليق الحيوي للتربتوفان (tryptophan biosynthesis enzymes). وعندما يوجد التربتوفان في البيئة، عندها لا يحتاج الكائن الحي أن يخلق تربتوفان أكثر عندها يرتبط التربتوفان بالكابح وينشطه. وعندما يرتبط الكابح المنشط بالمشغل operator الواقع ضمن بروموتر التربتوفان ويوقف الاستنساخ.

يحتوي أوبرون التربتوفان على خمس جينات تركيبية (trpE و trpD و trpC و trpB و trpA) تشترك هذه الجينات الخمس في إنتاج مكونات تركيبية لثلاثة إنزيمات. تحول هذه الإنزيمات مركب الـ chorismate إلى تربتوفان. يحتوي أول جين تركيبي trpE على منطقة 5' الغير قابلة للترجمة 5'- untranslated region   والتي تختصر  5-UTR وهي المنطقة التي على الرغم من استنساخها إلا أنها لا تشفر لأي من تلك الإنزيمات (شكل 1). وبدلاً من ذلك، تلعب منطقة 5-UTR دوراً مهماً في آلية تنظيمية أخرى، والتي ستناقش في أدناه.

شكل (1) التركيب الجيني لأوبرون التربتوفان في بكتريا القولون (تصميم المؤلف).

يقع بروموتر التربتوفان قبل upstream الجينات التركيبية للتربتوفان. عندما يكون مستوى التربتوفان واطئا، يرتبط إنزيم الـ RNA polymerase بالبروموتر ويستنسخ خمس جينات تركيبية إلى جزيئة mRNA مفردة، والتي يتم ترجمتها بعد ذلك إلى الإنزيمات التي تحول الـ chorismate إلى تربتوفان. يقع الجين التنظيمي trpR بمسافة معينة بعيداً عن أوبرون التربتوفان ، والذي يشفر عن الكابح والذي لا يستطيع لوحده أن يرتبط بال DNA (شكل 2).

شكل (2) : السيطرة على تخليق الحامض الأميني تربتوفان في بكتريا القولون من خلال السيطرة على أوبرون التربتوفان في كلا مستويي التربتوفان الواطئ والعالي (تصميم المؤلف).

وكما هو الحال بالنسبة لكابح اللاكتوز، يمتلك كابح التربتوفان موقعين للارتباط، الأول يرتبط بالموقع المشغل operator site بينما يرتبط الثاني بالتربتوفان (المنشط). يسبب الارتباط بالتربتوفان تغييراً في هيئة الكابح بحيث يجعله قادراً على الارتباط بالـ DNA عند الموقع المشغل، وهذا يتداخل مع البروموتر ليكبح استنساخ جينات أوبرون التربتوفان. وعندما ينشغل البروموتر بكابح التربتوفان، لا يمكن لإنزيم polymerase RNA من أن يرتبط بالبروموتر ولا يمكن استنساخ الجينات التركيبية. ولهذا السبب، عندما تقل المستويات الخلوية لتربتوفان يحدث الاستنساخ ويتم تخليق المزيد من التربتوفان. وعندما تزداد المستويات الخلوية للتربتوفان، يتثبط تخليق التربتوفان ولا يمكن أن يحدث تخليق المزيد منه.

إن كابح الـ tryptophan هو بروتين تنظيمي يتخذ هيئة تدعى helix-turn-helix. إن لهذه الهيئة دور أساسي في تنظيم عمل الكابح، فعندما يغيب الـ tryptophan من البيئة يكون الكابح بهيئة غير فعالة (inactive conformation) ، ولا يمكن أن يرتبط بالـ DNA ليمنع الاستنساخ. وعندما يكون الـ tryptophan متوفراً ، ترتبط جزيئتان منه بجزيئة الكابح. إن هذا يبدّل من اتجاه هيئة الكابح helix-turn-helix motif)) بشكل يجعلها مؤهلة للارتباط بالأخاديد الـ DNA الكبيرة major grooves المتجاورة، وهكذا يحدث تخليق الـ tryptophan عند الحاجة، ولكنه يكبح عندما يتوفر الـ tryptophan (شكل 3).

شكل (3) ارتباط التربتوفان بالبروتين الكابح للتربتوفان (tryptophan repressor protein) يغير من هيئة الأخير يمكن هذا التغيير التركيبي من ارتباط البروتين المنظم للجين باحكام بتسلسلات المشغل (operator) ، في الحالة رقم (1) يقوم الكابح بمنع استنساخ الجينات المشفرة للانزيمات الضرورية لانتاج التربتوفان (trp operon) ويساعده في ذلك تركيبه الثلاثي الأبعاد والذي هو من نوع helix-turn-helix .وفي الحالة رقم (2) يقوم الارتباط بالتربتوفان بزيادة المسافة الحاصلة بين منطقتي التمييز في حلزوني هذا البروتين، وهذا يسمح للكابح من أن يتوافق بشكل مريح مع المشغل وهذا يسمح بعمل الجينات المكبوحة في الحالة السابقة (تصميم المؤلف).

وكما هو الحال في كابح اللاكتوز lac repressor يرتبط كابح الـ tryptophan بموقع يتداخل بها مع موقع الارتباط بالإنزيم RNA polymerase binding site .

إن الفرق الأساسي بين عمل كابح اللاكتوز lac repressor وكابح التربتوفان tryptophan repressor يتعلق بوظيفة الجزيئة المؤثرة الصغيرة small effecter molecule .ففي حالة اللاكتوز، فان الجزيئة المؤثرة المتمثلة باللاكتوز lactose تعمل كمضاد للكابح antirepressor مسببة في تحرر الكابح من المشغل operator .وفي حالة التربتوفان، فان الجزيئة المؤثرة والمتمثلة بالتربتوفان tryptophan تعمل كمساعد للكابح corepressor، حاثة على ارتباط الكابح repressor بالمشغل operator.

مواضيع ذات صلة

الإضعاف :التوقف المبكر للاستنساخ (Attenuation: the premature termination of transcription)

Gel Electrophoresis Assay of Eukaryotic Replication Origins

Constancy of the E. coli DNA Elongation Rate

Bidirectional Replication from E. coli Origins

أوبرون اللاكتوز lac operon

اكتشاف الأوبرون

مثبطات تخليق البروتين .... وسيلة للعلاج

تحوير سلاسل الأحماض الأمينية الجانبية للبروتين (Amino acids side chains modifications)

تحوير التركيب البروتيني ثلاثي الأبعاد (Three dimensional structure modifications)

Error and Damage Correction

فروقات بدء الترجمة بين بدائية وحقيقية النواة

فك رموز الشفرة الوراثية cracking the genetic code