10. जीन अभिव्यक्ति का नियमन (Regulation of Gene Exppression)

जीन अभिव्यक्ति का नियमन :-

आण्विक जीव विज्ञान सम्बंधित आधुनिक अध्ययन करने के अंतर्गत जीन को प्रेरित या दमित करके एंजाइम की उत्पत्ति को संचालित किया जाता है | इसके साथ ही जीन को निष्क्रिय या अवरुद्ध करके प्रोटीन संश्लेषण में अनुलेखन व अनुवादन जैसी प्रक्रियाओं को भी निष्क्रिय किया जा सकता है | इस प्रकार जीनों द्वारा किसी उपापचयी परिपथ की अभिक्रियाओं के नियन्त्रण को जीन अभिव्यक्ति कहते है |

जीन की अभिवयक्ति का यह नियमन प्रोकैरियोट एवं यूकैरियोट सजीवों में अलग-अलग प्रक्रियों द्वारा संचालित होता है जो निम्न प्रकार है -

(i) यूकैरियोट में जीन नियमन :-

यूकैरियोट में जीन नियमन निम्न स्तर पर हो सकता है -

(a) अनुलेखन स्तर (प्रारंभिक अनुलेखन का निर्माण)

(b) संसाधन स्तर (सम्बन्धन का नियमन)

(c) m-RNA का केन्द्रक से कोशिकाद्रव्य में अभिगमन

(d) स्थानान्तरण स्तर

जीन कोशिका में अभिव्यक्त होकर एक विशेष कार्य को सम्पादित करते है |

(ii) प्रोकैरियोट में जीन नियमन :-

प्रोकैरियोट में जीन नियमन निम्न स्तर पर हो सकता है -

E.coli में स्थित एंजाइम  बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज, डाई सैकेराइड लैक्टोज का जल अपघटन कर गैलेक्टोज व ग्लूकोस का निर्माण करते है | जिसे जीवाणु उर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करते है |

डाई सैकेराइड लैक्टोज बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज गैलेक्टोज + ग्लूकोस

लैक्टोज जो जीवाणु के ऊर्जा का स्रोत है कि अनुपस्थिति में बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज एंजाइम का संश्लेषण नहीं होता है | अतः यह एक उपापचयी शरीर क्रियात्मक स्थिति है जो जीन की अभिव्यक्ति को नियमित करती है |

एक भ्रूण का व्यस्क जीव में विकास एवं विभेदन जीन के विभिन्न समूह की अभिव्यक्ति नियमन का परिणाम है |

प्रोकैरियोट सजीवों में उपस्थित नियमनकारी जीन निम्न दो प्रक्रियाओं द्वारा जीनों की क्रियाशीलता का नियमन करते है |

(i) प्रेरण   (ii) दमन

प्रोकैरियोटिक में जीन अभिव्यक्ति के नियमन के लिए कुछ प्रभावी स्थल होते है जो अनुलेखन प्रारंभन दर को नियमित करते है |

अनुलेखन इकाई में एक निश्चित उन्नायक के साथ RNA पोलीमेरेज की क्रियाशीलता अतिरिक्त प्रोटीन की पारस्परिक क्रिया द्वारा नियमित होती है जो प्रारम्भक स्थल को पहचानने में सहायता देती है | ये नियामक प्रोटीन प्रेरण एवं दमनकारी दोनों रूप में कार्य कर सकती है |

प्रोकैरियोट DNA में प्रोमोटर स्थल या उन्नायक स्थल की उपलब्धता प्रोटीन की विशेष अनुकार्मों से अन्योन्य क्रिया द्वारा निर्मित होती है जिसे ऑपरेटर या प्रचालक कहते है |

अधिकतर ऑपेरोन (प्रचालेक) में ऑपरेटर (प्रचालक) स्थल प्रोमोटर भाग के पास स्थित होते है | ऐसी स्थिति में ऑपरेटर के अनुक्रम (नाइट्रोजनी क्षार) दमनकारी प्रोटीन से बंध जाते है | प्रत्येक ऑपेरोन का अपना एक विशिष्ट ऑपरेटर एवं दमनकारी प्रोटीन होता है |

eg. लैक ऑपेरोन लैक ऑपरेटर से मिलता है | यह विशेष रूप से लैक दमनकारी से अन्योन्य क्रिया करता है |

लैक ऑपेरोन मॉडल (The Lac Operon Model) :-

सर्वप्रथम आनुवंशिकविज्ञ फ्रेक्वस जैकब एवं जैव रसायनविज्ञ जैकब मोनाड ने E.coli जीवाणु का अध्ययन करने पर प्रोकैरियोट के जीन नियमन को समझाने के लिए ऑपेरोन मॉडल प्रस्तुत किया | उन्होंने E.coli में बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज एंजाइम के संश्लेषण से सम्बंधित प्रेरण तंत्र का अध्ययन करते हुए जीन नियमन की प्रेरण एवं दमन अवधारणा विकसित की |

E.coli का लैक ऑपेरोन मॉडल मुख्यतः एंजाइम बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज के संश्लेषण कार्य पर आधारित है | यह एंजाइम लैक्टोज शर्करा का विघटन ग्लूकोज एवं गैलेक्टोज में करता है | इसलिए इसे लैक ऑपेरोन मॉडल कहते है |

लैक ऑपेरोन में एक वर्तुलाकार DNA होता है जिसमे जीवाणु का आनुवंशिक पदार्थ स्थित होता है | इस ऑपेरोन में चार मुख्य घटक पाए जाते है जो समन्वित रूप से कार्य करते है, ये घटक निम्न है -

(i) संरचनात्मक जीन (Structural gene)

(ii) नियामक जीन (Regulator gene)

(iii) प्रचालक जीन (Operator gene)

(iv) उन्नायक जीन (Promotor gene)

(i) नियामक जीन (Regulator gene) :-

यह ऑपेरोन मॉडल में पाए जाने वाली विशेष प्रकार की जीन है जो प्रोमोटर जीन के पहले स्थित होती है | इनका विशेष कार्य संरचनात्मक जीन को नियंत्रित करना है | ये आवश्यकता अनुसार दमनकारी पदार्थ उत्पन्न करती है | इस प्रोटीनीय पदार्थ को 'i' (inhibitor gene) कहते है | इस प्रकार यह जीन एंजाइमी प्रोटीनों की संरचना का निर्धारण न करके अन्य जीनों जैसे संरचनात्मक जीन एवं प्रोमोटर जीन की अभिव्यक्ति का नियमन करते है |

(ii) संरचनात्मक जीन (Structural gene) :-

यह ऑपेरोन का प्रमुख कार्यकारी घटक  है जो प्रोटीन के लिए कोड निर्धारित करती है | E.coli के लैक ऑपेरोन में तीन प्रकार की संरचनात्मक जीन क्रमशः z, y एवं a पाई जाती है | ये जीन पोली सिस्ट्रोनिक m-RNA अणु का अनुलेखन करते है |

z जीन बीटा (β)-गैलेक्टोसाइडेज एंजाइम को कोडित करता है जो डाइसैकेराइड लैक्टोज के जल अपघटन से ग्लूकोज एवं गैलेक्टोज का निर्माण करता है |

y जीन परमिएज का कूटलेखन करता है जो लैक्टोज के कोशिका में प्रवेश को आसान बनाता है |

a जीन के द्वारा ट्रान्स एसीटायलेज का कूट लेखन किया जाता है जो लैक्टोज प्रेरण के समय बहुत थोड़ी मात्रा में उपलब्ध रहता है |

इस प्रकार से लैक ऑपेरोन के तीनों जीन के उत्पाद लैक्टोज उपापचयी के लिए आवश्यक है |

(iii) प्रचालक जीन (Operator gene) :-

यह प्रथम संरचनात्मक जीन के पास स्थित होती है | मॉडल में कार्य विभाजन के अनुसार प्रचालक (operator) जीन अनुलेखन क्रिया का दमन करता है एवं संरचनात्मक जीन पर ऋणात्मक नियन्त्रण करता है |

(iv) उन्नायक जीन (Promotor gene) :-

यह ऑपरेटर जीन के आगे पाए जाने वाला ऑपेरोन का विशिष्ट भाग है क्योंकि एंजाइम RNA पोलीमेरेज इससे सम्बद्ध रहता है | इसका कार्य प्रोटीन निर्माण नहीं होता है अपितु पोलीमेरेज की उपस्थिति के कारण प्रोमोटर जीन, संरचनात्मक जीन के अनुलेखन का प्रारंभन करता है |

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