மரபணு வெளிப்பாடும் ஒழுங்காக்கமும் — ஆபரான் கருத்து (Gene Expression & Operon)
ஏன் இது முக்கியம்? ஒரு செல் அனைத்து மரபணுக்களையும் எல்லா நேரத்திலும் இயக்கிக்கொண்டிருக்காது — தேவையான நேரத்தில் மட்டுமே சரியான மரபணுவை இயக்குவது ஆற்றல் சிக்கனம், வாழ்க்கை திறன். லாக் ஆபரான் இந்த சிக்கனத்தின் அழகிய எடுத்துக்காட்டு.
லாக்டோஸ் இல்லாதபோது — அடக்கி ஆபரேட்டரில் உட்கார்ந்திருக்கும்; லாக்டோஸ் வரும்போது — allolactose அடக்கியை விலக்கும்; குளுக்கோஸ் குறைவாக இருக்கும்போது — cAMP CRP உடன் சேர்ந்து வெளிப்பாட்டை அதிகரிக்கும்.
- மரபணு வெளிப்பாடு (gene expression) என்பதையும், அதன் இரு படிகளான ரான்ஸ்கிரிப்ஷன், மொழிபெயர்ப்பு என்பவற்றையும் விளக்குதல்.
- புரோகரியோட்டுகளில் பரம்பரையலகுக் கொத்துகள் ஒப்பரோன்களாக (operon) ஒழுங்கமைக்கப்படுவதை விபரித்தல்.
- தூண்டி, செயற்படுத்தி, கட்டமைப்புப் பரம்பரையலகுகள் ஆகியவற்றின் தொழில்களை வேறுபடுத்துதல்.
1. மரபணு வெளிப்பாடு என்றால் என்ன? (Gene Expression)
ஒரு பரம்பரையலகு (gene) வேலை செய்கின்றபோது அது தனது இயல்பைக் கட்டுப்படுத்துகின்றது; இதுவே பரம்பரையலகு வெளிப்படுத்தப்படுதல் எனப்படும். மரபணு வெளிப்பாடு (gene expression) என்பது ஒரு பரம்பரையலகில் சேமிக்கப்பட்ட தகவல் ஒரு செயற்படு பெறுபேற்றை (functional product) உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் செயன்முறையாகும். பரம்பரையலகின் இறுதிப் பெறுபேறு பெரும்பாலும் ஒரு பல்பெப்தைட்டு ஆகும்; இது பொருத்தமான மாற்றங்களின் பின் புரதமாகிறது. சில RNA மூலக்கூறுகளும் இறுதிப் பெறுபேறுகளாக நேரடியாகத் தொழிற்படுகின்றன — உதாரணமாக ரைபோசோமல் RNA (rRNA), கடத்து RNA (tRNA).
2. வெளிப்பாட்டின் இரு படிகள் (Two Steps)
Transcription and translation (protein synthesis)
Wikipedia → · CC
பல்பெப்தைட்டுத் தொகுப்பில் பரம்பரையலகு நேரடியாகப் புரதமாக மாற்றப்படுவதில்லை; செய்தி RNA (messenger RNA / mRNA) தகவலை DNA இலிருந்து புரதத்துக்குக் கடத்துகின்றது. இரு படிகள்:
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் (transcription): ஒரு DNA தொடரியை mRNA ஆகப் பிரதி எடுத்தல்.
- மொழிபெயர்ப்பு (translation): mRNA இல் உள்ள தகவலை அமினோஅமிலத் தொடராக மாற்றுதல்.
ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் பிரதியெடுப்பை ஒத்திருந்தாலும், இங்கு பிரதி ஒரு mRNA மூலக்கூறு; DNA இன் ஒரு இழை மட்டுமே (வார்ப்புரு இழை / template strand) பிரதி எடுக்கப்படுகிறது. பல்பகுப்பை வினையூக்கும் முதன்மை நொதியம் RNA பொலிமரேஸ் (RNA polymerase). ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் மூன்று படிகளில் முடிகின்றது — தொடக்கம் (தூண்டியில் RNA பொலிமரேஸ் பிணைதல்), நீளமாதல் (5′→3′ திசையில் நியூக்கிளியோட்டைடுகள் சேர்த்தல்), முடிவடைதல். மொழிபெயர்ப்பு குழியவுருவில் (cytosol) ரைபோசோம்களுடன் சேர்ந்து நிகழ்கின்றது.
3. மரபணுக் குறியீடு (Genetic Code)
mRNA codon table (genetic code)
Wikipedia → · CC
நியூக்கிளிக் அமிலத்தின் மொழியில் நான்கு எழுத்துகள் (நியூக்கிளியோட்டைடுகள்); புரதத்தின் மொழியில் 20 எழுத்துகள் (அமினோஅமிலங்கள்). எனவே ஒவ்வொரு அமினோஅமிலத்துக்கும் ஒரு முப்படி (triplet) நியூக்கிளியோட்டைடு தேவை. mRNA இல் ஒரு அமினோஅமிலத்தைக் குறிக்கும் அல்லது நிறுத்த அறிகுறி தரும் முப்படியே கோடோன் (codon). 4³ = 64 கோடோன்கள் உள்ளன: 61 கோடோன்கள் 20 அமினோஅமிலங்களைக் குறிக்கின்றன; ஏனைய மூன்று (UAA, UAG, UGA) "நிறுத்த" (stop) கோடோன்கள். AUG தொடக்கக் கோடோன் (start codon) ஆகும்; இது methionine ஐக் குறிக்கிறது.
4. ஒப்பரோன் கருத்து (The Operon)
Lac operon (E. coli)
Wikipedia → · CC
ஒரு உயிரிரசாயனப் பாதையில் பல படிகள் உள்ளன; ஒவ்வொரு படியும் ஒரு பரம்பரையலகால் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றது. யூக்கரியோட்டுகளில் இப்பரம்பரையலகுகள் பல நிறமூர்த்தங்களிடையே பரம்பியிருக்கும். ஆனால் புரோகரியோட்டுகளில் அவை நிறமூர்த்தத்தின் அதே பிரதேசத்தில் ஒன்றன்பின் ஒன்றாகக் கொத்துகளாக ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ளன. இக்கொத்துகள் ஒரு தனித்த கட்டுப்பாட்டுப் பிரதேசத்தினால் ஒன்றாகவே வெளிப்படுத்தப்பட்டு, ஒரே mRNA ஆக ரான்ஸ்கிரிப் பண்ணப்படுகின்றன. இந்த mRNA பல்வேறு பல்பெப்தைட்டுகளாக மொழிபெயர்க்கப்படும். புரோகரியோட்டுகளில் இவ்வாறு ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட பரம்பரையலகுக் கொத்துகளே ஒப்பரோன்கள் (operons) எனப்படுகின்றன.
ஒரு ஒப்பரோன் கொண்டிருப்பவை:
- தூண்டி (Promoter): RNA பொலிமரேஸ் பிணையும் கட்டுப்பாட்டுத் தானம்; ரான்ஸ்கிரிப்ஷனைத் தொடக்குகிறது.
- செயற்படுத்தி (Operator): ஒடுக்குப்பொருள் (repressor) பிணையக்கூடிய கட்டுப்பாட்டுத் தானம்; வெளிப்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
- கட்டமைப்புப் பரம்பரையலகுகள் (Structural genes): பாதையின் நொதியங்களைக் குறியீடு செய்யும் பரம்பரையலகுகள்; ஒரே mRNA ஆக ரான்ஸ்கிரிப் பண்ணப்படுகின்றன.
5. யூக்கரியோட் / புரோகரியோட் DNA ஒழுங்கமைப்பு
புரோகரியோட்டுகளில் நிறமூர்த்தத்தின் அனைத்து DNA துண்டங்களும் தொழிற்பாட்டுக்குரியவை — mRNA ஆக ரான்ஸ்கிரிப் பண்ணப்படுபவை அல்லது கட்டுப்பாட்டுப் பிரதேசங்களாகச் செயற்படுபவை. யூக்கரியோட்டுகளில் DNA இன் பெரும்பாகம் இனங்காணப்பட்ட தொழில் அற்றது; பரம்பரையலகுகளுக்கு இடையே உள்ள அத்தகைய துண்டங்கள் பரம்பரையலகிடை DNA (intergenic DNA) எனப்படுகின்றன. மேலும் பரம்பரையலகினுள், ரான்ஸ்கிரிப் செய்யப்படும் ஆனால் மொழிபெயர்க்கப்படாத தொடரிகள் இன்ரான்கள் (introns); பல்பெப்தைட்டுக்குக் குறியீடு தரும் தொடரிகள் எக்சான்கள் (exons). ரான்ஸ்கிரிப்ட்டு (pre-mRNA) பதனிடப்பட்டு இன்ரான்கள் நீக்கப்பட்டு எக்சான்கள் இணைக்கப்பட்டு முதிர் mRNA உருவாகின்றது.
| அம்சம் / Feature | புரோகரியோட் / Prokaryote | யூக்கரியோட் / Eukaryote |
|---|---|---|
| பரம்பரையலகு ஒழுங்கமைப்பு | ஒப்பரோன்களாகக் கொத்தாக | பல நிறமூர்த்தங்களிடையே பரம்பி |
| mRNA | பல்சிஸ்ட்ரோனிக் (ஒரே mRNA → பல பல்பெப்தைட்டு) | பெரும்பாலும் ஒரு பரம்பரையலகுக்கு ஒரு mRNA |
| DNA இன் தொழில் | அனைத்தும் தொழிற்பாட்டுக்குரியது | பெரும்பாகம் தொழில் அற்றது (intergenic DNA) |
| இன்ரான்கள் | அரிது | பொதுவானவை; பதனிடப்பட்டு நீக்கப்படும் |
Gene Regulation and the Operon
Amoeba Sisters
- DNA இரட்டிப்பாதல் / DNA replication
- ஒரு பரம்பரையலகின் தகவலை செயற்படு பெறுபேற்றாக மாற்றல் / Using a gene's information to make a functional product
- கலப்பிரிவு / Cell division
- புரத செரிமானம் / Protein digestion
- அயனி கடத்தல் / Ion transport
பதில் / Answer
- லிப்பிட் / Lipid
- பல்பெப்தைட்டு / Polypeptide
- மாப்பொருள் / Starch
- குளுக்கோஸ் / Glucose
- ATP
பதில் / Answer
- mRNA
- rRNA, tRNA
- pre-mRNA
- DNA
- குறியீடு / Codon
பதில் / Answer
- மொழிபெயர்ப்பு / Translation
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் / Transcription
- இரட்டிப்பாதல் / Replication
- பதனிடல் / Processing
- -
பதில் / Answer
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் / Transcription
- மொழிபெயர்ப்பு / Translation
- இரட்டிப்பாதல் / Replication
- பிறழ்வு / Mutation
- -
பதில் / Answer
- இரண்டும் / Both
- ஒரு இழை (வார்ப்புரு) மட்டும் / Only one (template)
- எதுவுமில்லை / None
- மூன்று / Three
- -
பதில் / Answer
- DNA பொலிமரேஸ் / DNA polymerase
- RNA பொலிமரேஸ் / RNA polymerase
- லிகேஸ் / Ligase
- ஹெலிக்கேஸ் / Helicase
- ப்ரைமேஸ் / Primase
பதில் / Answer
- செயற்படுத்தி / Operator
- தூண்டி (promoter) / Promoter
- கோடோன் / Codon
- ஆன்ட்டிகோடோன் / Anticodon
- தானம் / Locus
பதில் / Answer
- 3′→5′
- 5′→3′
- இருதிசை / Both ways
- தற்செயல் / Random
- -
பதில் / Answer
- 1
- 2
- 3 (முப்படி / triplet)
- 4
- 20
பதில் / Answer
- 20
- 61
- 64
- 4
- 16
பதில் / Answer
- 64
- 61
- 20
- 3
- 1
பதில் / Answer
- AUG, GUG, UUG
- UAA, UAG, UGA
- AAA, GGG, CCC
- UUU, CCC, GGG
- AUG மட்டும் / only AUG
பதில் / Answer
- UAA
- UGA
- AUG (methionine)
- UAG
- GGG
பதில் / Answer
- ஒவ்வொரு அங்கிக்கும் வேறு குறியீடு / Each organism has its own code
- ஏறக்குறைய எல்லா அங்கிகளும் ஒரே குறியீடு / Nearly all organisms share the same code
- குறியீடு மாறும் / The code changes
- குறியீடு இல்லை / There is no code
- -
பதில் / Answer
- எக்சான் / Exon
- ஒப்பரோன் (operon) / Operon
- இன்ரான் / Intron
- கோடோன் / Codon
- தானம் / Locus
பதில் / Answer
- யூக்கரியோட்டுகளில் / Eukaryotes
- புரோகரியோட்டுகளில் / Prokaryotes
- வைரசுகளில் மட்டும் / Only viruses
- தாவரங்களில் மட்டும் / Only plants
- -
பதில் / Answer
- RNA பொலிமரேஸ் / RNA polymerase
- ஒடுக்குப்பொருள் (repressor) / Repressor
- tRNA
- ரைபோசோம் / Ribosome
- தூண்டி / Promoter
பதில் / Answer
- கட்டமைப்புப் பரம்பரையலகுகள் (structural genes) / Structural genes
- தூண்டி / Promoter
- செயற்படுத்தி / Operator
- இன்ரான் / Intron
- -
பதில் / Answer
- ஒவ்வொரு பரம்பரையலகுக்கும் தனி mRNA / One per gene
- ஒரே mRNA / A single mRNA
- mRNA இல்லை / No mRNA
- இரண்டு / Two only
- -
பதில் / Answer
- lac ஒப்பரோன் (E. coli) / lac operon
- ரைபோசோம் / Ribosome
- குரோமற்றின் / Chromatin
- கதிர் / Spindle
- -
பதில் / Answer
- ஒரே இடத்தில் கொத்தாக / Clustered together
- பல நிறமூர்த்தங்களிடையே பரம்பி / Scattered among several chromosomes
- mRNA இல் / Inside the mRNA
- இல்லை / Absent
- -
பதில் / Answer
- எதிருரு / Allele
- தானம் (locus) / Locus
- கோடோன் / Codon
- ஒப்பரோன் / Operon
- -
பதில் / Answer
- எக்சான்கள் / Exons
- இன்ரான்கள் (introns) / Introns
- கோடோன்கள் / Codons
- தூண்டிகள் / Promoters
- -
பதில் / Answer
- இன்ரான்கள் / Introns
- எக்சான்கள் (exons) / Exons
- தூண்டி / Promoter
- intergenic DNA
- -
பதில் / Answer
- எக்சான் / Exon
- பரம்பரையலகிடை DNA (intergenic DNA) / Intergenic DNA
- ஒப்பரோன் / Operon
- கோடோன் / Codon
- -
பதில் / Answer
- பெரும்பாலும் தொழில் அற்றவை / Mostly non-functional
- அனைத்தும் தொழிற்பாட்டுக்குரியவை / All functional
- மொழிபெயர்க்கப்படாதவை / Never transcribed
- intron நிறைந்தவை / Full of introns
- -
பதில் / Answer
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் / Transcription
- RNA பதனிடல் (processing) / RNA processing
- மொழிபெயர்ப்பு / Translation
- இரட்டிப்பாதல் / Replication
- -
பதில் / Answer
- தொடர்புடைய நொதியத்தை உற்பத்தி செய்ய இயலாமை / Inability to make the related enzyme
- அதிக புரதம் / Excess protein
- வைரசுத் தொற்று / Viral infection
- ஊட்டச்சத்துக் குறைபாடு / Nutrient deficiency
- -
பதில் / Answer
- கருவில் / In the nucleus
- ரைபோசோம்களுடன் குழியவுருவில் / At ribosomes in the cytosol
- இழைமணியில் மட்டும் / Only in mitochondria
- கலச்சவ்வில் / At the plasma membrane
- -
பதில் / Answer
- மரபணு வெளிப்பாட்டின் இரு படிகளைப் பெயரிட்டு ஒவ்வொன்றையும் ஒரு வாக்கியத்தில் விளக்குக. / Name the two steps of gene expression and explain each in one sentence. (2)
- ஒப்பரோன் என்றால் என்ன? அது எங்கு காணப்படுகிறது? / What is an operon and where is it found? (2)
- ஒரு ஒப்பரோனின் மூன்று கூறுகளையும் அவற்றின் தொழிலையும் கூறுக. / State the three components of an operon and their functions. (3)
- மரபணுக் குறியீட்டில் மொத்த கோடோன்கள், அமினோஅமிலக் கோடோன்கள், நிறுத்தக் கோடோன்கள் எண்ணிக்கை யாது? / How many total, amino-acid and stop codons are there? (3)
மாதிரி விடை / Model answer
(ஆ) ஒரே கட்டுப்பாட்டுப் பிரதேசத்தினால் ஒன்றாக வெளிப்படுத்தப்படும் பரம்பரையலகுக் கொத்து; புரோகரியோட்டுகளில். (2)
(இ) தூண்டி — RNA பொலிமரேஸ் பிணையும் இடம்; செயற்படுத்தி — ஒடுக்குப்பொருள் பிணைந்து கட்டுப்படுத்தும் இடம்; கட்டமைப்புப் பரம்பரையலகுகள் — நொதியங்களைக் குறியீடு செய்து ஒரே mRNA ஆகின்றன. (3)
(ஈ) மொத்தம் 64; அமினோஅமிலம் 61; நிறுத்தம் 3 (UAA, UAG, UGA). (3)
மரபணு வெளிப்பாட்டை — அதன் படிகள், மரபணுக் குறியீடு, புரோகரியோட்டில் ஒப்பரோன் ஒழுங்கமைப்பு உள்ளடங்கலாக — விபரிக்க. / Describe gene expression, including its steps, the genetic code, and operon organisation in prokaryotes.
விடைக் குறிப்புகள் / Answer outline
• இரு படிகள் — ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் (RNA பொலிமரேஸ், ஒரு வார்ப்புரு இழை, 5′→3′, மூன்று படி) + மொழிபெயர்ப்பு (ரைபோசோம், tRNA, கோடோன்).
• மரபணுக் குறியீடு — முப்படி கோடோன், 64 கோடோன் (61 + 3 stop), AUG தொடக்கம், உலகளாவியத்தன்மை.
• ஒப்பரோன் — புரோகரியோட்டில் கொத்து; தூண்டி + செயற்படுத்தி + கட்டமைப்புப் பரம்பரையலகுகள்; ஒரே mRNA; lac ஒப்பரோன் உதாரணம்.
• யூக்கரியோட் வேறுபாடு — பரம்பி; intron/exon; intergenic DNA; pre-mRNA பதனிடல்.
பதில் / Show answer
- ஆபரான் = ஒன்றாக ஒழுங்காக்கப்படும் மரபணுக் கூட்டம்.
- lac ஆபரான் — லாக்டோஸ் இருக்கும்போது தூண்டப்படும்.
- ஒடுக்கி (repressor) + ஊக்கி கட்டுப்படுத்தும்.