लैक ऑपेरॉन

लैक ऑपेरॉन (लैक्टोज ऑपेरॉन) प्रोकैरियोट्स में जीन विनियमन का एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया उदाहरण है, विशेष रूप से ई. कोली बैक्टीरिया में। यह बताता है कि बैक्टीरिया पर्यावरण में लैक्टोज, एक शर्करा, की उपलब्धता के जवाब में जीन को कैसे चालू और बंद कर सकते हैं।

लैक ऑपेरॉन ई. कोली में जीन का एक समूह है जो लैक्टोज के पाचन और चयापचय के लिए जिम्मेदार है। जब लैक्टोज मौजूद होता है, तो ऑपेरॉन एंजाइम बनाने के लिए सक्रिय हो जाता है जो लैक्टोज को सरल शर्करा (ग्लूकोज और गैलेक्टोज) में तोड़ देता है, जिसे फिर ऊर्जा स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

लैक ऑपेरॉन की संरचना

लैक ऑपेरॉन में निम्नलिखित घटक होते हैं:

संरचनात्मक जीन: ये वास्तविक जीन हैं जो लैक्टोज चयापचय में शामिल एंजाइमों के लिए कोड करते हैं:

lacZ: β-गैलेक्टोसिडेस के लिए कोड, एक एंजाइम जो लैक्टोज को ग्लूकोज और गैलेक्टोज में तोड़ता है।

lacY: परमीज़ के लिए कोड, एक प्रोटीन जो लैक्टोज को जीवाणु कोशिका में प्रवेश करने में मदद करता है।

lacA: ट्रांसएसिटाइलेस के लिए कोड, जिसकी भूमिका लैक्टोज चयापचय में कम स्पष्ट है लेकिन माना जाता है कि यह उप-उत्पादों को डिटॉक्सीफाई करने में मदद करता है।

विनियामक तत्व

• प्रमोटर (P): यह एक साइट है जहाँ RNA पॉलीमरेज़ संरचनात्मक जीन के प्रतिलेखन को आरंभ करने के लिए बंधता है।
• ऑपरेटर (O): यह एक DNA अनुक्रम है जो स्विच के रूप में कार्य करता है। इसे एक रिप्रेसर प्रोटीन द्वारा बांधा जा सकता है, जो ऑपेरॉन को "बंद" कर देता है।
• रेगुलेटर जीन (lacI): यह जीन लैक रिप्रेसर प्रोटीन का उत्पादन करता है, जो ऑपरेटर से जुड़ सकता है और लैक्टोज के अनुपस्थित होने पर प्रतिलेखन को रोक सकता है।

लैक ऑपेरॉन विनियमन का तंत्र

लैक ऑपेरॉन का विनियमन लैक्टोज और ग्लूकोज की उपस्थिति या अनुपस्थिति पर आधारित है:

1. जब लैक्टोज अनुपस्थित होता है:

• लैक रिप्रेसर (लैकI जीन द्वारा निर्मित) ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ता है।
• यह RNA पोलीमरेज़ को प्रमोटर से बंधने से रोकता है, संरचनात्मक जीन के प्रतिलेखन को रोकता है।
• लैक्टोज चयापचय के लिए कोई एंजाइम नहीं बनते हैं।

2. जब लैक्टोज मौजूद होता है:

• लैक्टोज एलोलैक्टोज में परिवर्तित हो जाता है, जो एक प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
• एलोलैक्टोज लैक रिप्रेसर से जुड़ता है, अपना आकार बदलता है ताकि यह अब ऑपरेटर से बंध न सके।
• यह RNA पोलीमरेज़ को प्रमोटर से बंधने और संरचनात्मक जीन को प्रतिलेखित करने की अनुमति देता है।
• एंजाइम (β-गैलेक्टोसिडेस, परमीज़ और ट्रांसएसिटाइलेस) का उत्पादन होता है, जिससे जीवाणु लैक्टोज को चयापचय कर पाता है।

3. कैटाबोलाइट दमन (ग्लूकोज प्रभाव):

• लेक ऑपेरॉन ग्लूकोज की उपस्थिति से भी प्रभावित होता है।
• जब ग्लूकोज मौजूद होता है, भले ही लैक्टोज उपलब्ध हो, तो ऊर्जा को संरक्षित करने के लिए लैक ऑपेरॉन को दबा दिया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ग्लूकोज एक पसंदीदा ऊर्जा स्रोत है।
• जब ग्लूकोज का स्तर कम होता है, तो साइक्लिक एएमपी (सीएएमपी) नामक अणु कैटाबोलाइट एक्टिवेटर प्रोटीन (सीएपी) से बंधता है, जो प्रमोटर से आरएनए पॉलीमरेज़ के बंधन को बढ़ाता है, जिससे लैक ऑपेरॉन जीन का प्रतिलेखन बढ़ जाता है।

प्रेरणीय ऑपेरॉन

लेक ऑपेरॉन को प्रेरणीय ऑपेरॉन के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि यह सामान्य रूप से "बंद" होता है लेकिन एक प्रेरक (लैक्टोज) की उपस्थिति में इसे "चालू" किया जा सकता है। यह सुनिश्चित करता है कि लैक्टोज चयापचय के लिए एंजाइम केवल तभी उत्पादित होते हैं जब लैक्टोज उपलब्ध होता है, जिससे जीवाणु के लिए ऊर्जा की बचत होती है।

लैक ऑपेरॉन में जीन विनियमन का सारांश

• लैक्टोज की अनुपस्थिति में: लैक रिप्रेसर ऑपरेटर से जुड़ता है, प्रतिलेखन को अवरुद्ध करता है।
• लैक्टोज की उपस्थिति में: एलोलैक्टोज लैक रिप्रेसर से जुड़ता है, इसे प्रतिलेखन को अवरुद्ध करने से रोकता है, और ऑपेरॉन को "चालू" कर दिया जाता है।
• जब ग्लूकोज मौजूद होता है: ऑपेरॉन को कैटाबोलाइट दमन के कारण लैक्टोज की उपस्थिति में भी दबा दिया जाता है।

लैक ऑपेरॉन का महत्व

ऊर्जा दक्षता: ऑपेरॉन प्रणाली बैक्टीरिया को ऊर्जा-कुशल होने की अनुमति देती है, केवल लैक्टोज उपलब्ध होने पर एंजाइम का उत्पादन करती है।

जीन विनियमन का मॉडल: लैक ऑपेरॉन उन पहले उदाहरणों में से एक है जिसने दिखाया कि पर्यावरणीय परिवर्तनों के जवाब में जीन को कैसे विनियमित किया जा सकता है। इसने यह समझने में मदद की कि प्रतिलेखन कारक, प्रमोटर और ऑपरेटर कैसे काम करते हैं।

अभ्यास प्रश्न

• लैक ऑपेरॉन क्या है और यह कहाँ पाया जाता है?
• लैक ऑपेरॉन के संरचनात्मक जीन का नाम बताइए और उनके कार्यों का उल्लेख कीजिए।
• लैक ऑपेरॉन में ऑपरेटर की क्या भूमिका है?
• लैक ऑपेरॉन के विनियमन में लैक रिप्रेसर प्रोटीन की क्या भूमिका है?
• प्रेरणीय ऑपेरॉन क्या है? लैक ऑपेरॉन इस अवधारणा का उदाहरण कैसे देता है?

प्रक्रिया-आधारित प्रश्न

• लैक्टोज की अनुपस्थिति में लैक ऑपेरॉन में प्रतिलेखन विनियमन की प्रक्रिया की व्याख्या करें।
• उस तंत्र का वर्णन करें जिसके द्वारा लैक्टोज लैक ऑपेरॉन को प्रेरित करता है।
• लैक ऑपेरॉन प्रणाली में एलोलैक्टोज की क्या भूमिका है?
• लैक्टोज की उपस्थिति और अनुपस्थिति में आरएनए पॉलीमरेज़ लैक ऑपेरॉन के साथ कैसे बातचीत करता है?
• लैक्टोज और ग्लूकोज दोनों द्वारा लैक ऑपेरॉन का प्रतिलेखन कैसे विनियमित होता है?