ઑપેરોન મૉડેલ : એક એકમ તરીકે જનીનસમૂહ પ્રોટિન્સ કે ઉત્સેચકના સંશ્લેષણમાં ભાગ ભજવે છે. આ નિયમન કરનારા જનીનોના મૉડેલને ઑપરોન મૉડેલ કહે છે. જે જનીનોનો સમૂહ આ કાર્ય કરે છે. તેને પ્રચાલક અને નિયામક જનીનો કહે છે. રંગસૂત્રો(chromosomes)માં જોડાજોડ આવેલ પ્રયોજક (promotor), પ્રચાલક અને સંરચનાકીય જનીનોનો બનેલો ખંડ. તેની અભિવ્યક્તિ અને તેનું નિયમન એક એકમ તરીકે થાય છે. સંરચનાકીય જનીનોમાં વિશિષ્ટ પ્રોટીનો માટેના સંકેતો હોય છે. ઑપેરોન ડી.એન.એ.ની શ્રેણીરૂપ હોય છે. જેકૉબ અને મૉનેડે (1961) – એશ્ચેરિચિયા કોલિ (Escherichia coli) પ્રકારના સૂક્ષ્મ જીવાણુઓ ઉપરના સંશોધનના આધારે પ્રોટીનોના – ખાસ કરીને ઉત્સેચકોના – સંશ્લેષણનું નિયમન વરણાત્મક રીતે કેવી રીતે કરે છે તે સમજાવવા માટે સૂચવેલ મૉડેલ ઑપેરોન મૉડેલ તરીકે ઓળખાય છે. E. coli K12માં લૅક્ટોઝ શર્કરાના આથવણની ક્રિયાવિધિ અંગેના જનીનિક નિયંત્રણતંત્ર માટેના પ્રાયોગિક પુરાવા તેમણે પૂરા પાડ્યા હતા.
પ્રેરણીય (inducible) અને દમનીય (repressible) – આ બે પ્રકારના ઉત્સેચકોના આધારે ઑપેરોન મૉડેલ અનુસારની ક્રિયાવિધિ સમજી શકાઈ છે.
પ્રેરણીય ઉત્સેચકો : આ ઉત્સેચકો જટિલ પ્રક્રિયાર્થી (substrate) અણુના અપચય (catabolism) સાથે સંકળાયેલા છે. આ ઉત્સેચક તેને અનુરૂપ પ્રક્રિયાર્થીની હાજરીમાં જ પેદા થાય છે; દા. ત., b-ગેલૅક્ટોસિડેઝ ફક્ત લૅક્ટોઝની હાજરીમાં જ પેદા થાય છે. (તે લૅક્ટોઝનું ગ્લુકોઝ અને ગેલૅક્ટોઝમાં વિઘટન કરી શકે છે.)
પ્રોટીનના જનીનો એકત્ર મળીને સજીવોના કોષમાં માહિતીનું અનુલેખન (transcription) અને અનુવાદ (translation) કરે છે. આ માટે સંદેશવાહક m-RNAનું સર્જન કરી વિશિષ્ટ પ્રોટીનોનું (ઉત્સેચકોનું) નિર્માણ કરાય છે. આ સમગ્ર ક્રિયાવિધિ ઑપેરોન મૉડેલ મારફત સ્પષ્ટ રીતે સમજાવી શકાય છે.
ઑપેરોન એક કે વધુ બંધારણીય જનીનો(SG1, SG2 વગેરે)નું બનેલું હોય છે. તેના અનુલેખનનું પ્રચાલક બિન્દુપથ (locus) મારફત (o+operator) નિયમન થાય છે. પ્રક્રિયાર્થીની ગેરહાજરીમાં નિયામક (regulator) જનીન-અવરોધક ઉત્સેચક મારફત, એક અવરોધક ઘટક પેદા કરે છે. આ અવરોધક ઘટક પ્રચાલક બિન્દુપથ સાથે જોડાય છે, જેને કારણે ઉત્સેચક RNA – પૉલિમરેઝ પ્રયોજક જનીન સાથે જોડાઈને સંપર્ક સાધી શકતો નથી. બંધારણીય જનીનનો અને m-RNAનું ઉત્પાદન થતું નથી. પ્રક્રિયાર્થી(જેને પ્રેરક – inducer પણ કહે છે)ની હાજરીમાં અવરોધક ઘટક તેની સાથે જોડાતાં તે પ્રેરક – અવરોધક સંકીર્ણ (complex) બનાવે છે, જે નિષ્ક્રિય હોઈ પ્રચાલક બિન્દુપથ સાથે જોડાઈ શકતો નથી. જ્યારે પ્રયોજક સાથે જોડાયેલો RNA – પૉલિમરેઝ આગળ ખસીને બંધારણીય જનીન સાથે સંપર્ક સાધે છે. (જુઓ આકૃતિ) આ જોડાણક્રિયાની ઝડપ m-RNA(તથા છેવટે ઉત્સેચક)ના નિર્માણની ઝડપ નક્કી કરે છે. આ જોડાણ થતાં રચનાત્મક જનીનો અનુલેખન માટે ખુલ્લાં થાય છે અને m-RNAના સંકેતોની અસર હેઠળ પ્રક્રિયાર્થીના અપચય માટે વિશિષ્ટ ઉત્સેચક કોષરસમાં ઉત્પન્ન થાય છે. આમ ઑપેરોનનું કાર્ય ઉત્સેચકના સંશ્લેષણ-માર્ગનું ઉઘાડ-બંધ (on-off) પ્રકારનું ગણી શકાય.
(a) પ્રક્રિયાર્થીની ગેરહાજરી : નિયામક જનીન અવરોધક ઉત્પન્ન કરે છે જે પ્રચાલક સાથે જોડાય છે. પરિણામે RNA – પૉલિમરેઝ P+ સાથે જોડાઈને આગળ ખસી શકતો નથી, જેથી જનીનો નિષ્ક્રિય રહે છે.
(b) પ્રક્રિયાર્થીની હાજરીમાં : પ્રેરક (પ્રક્રિયાર્થી; દા. ત., લૅક્ટોઝ) અવરોધક સાથે જોડાવાથી તે પ્રચાલકનો સંપર્ક સાધી શકતો નથી, જેથી P+ સાથે સંકળાયેલ RNA – પૉલિમરેઝ આગળ ખસીને બંધારણાત્મક જનીનોને સક્રિય બનાવે છે.
દમનીય ઉત્સેચક : આ પ્રકારના ઉત્સેચકોના અભ્યાસ માટે Salmonella typhimurium જીવાણુ ઉદાહરણ તરીકે લેવાય છે. આ ઉત્સેચકો કોષના સંશ્લેષણકાર્ય સાથે સંકળાયેલા છે; દા. ત., હિસ્ટિડાઇન ઍમિનો-ઍસિડનું સંશ્લેષણ કરનાર ઉત્સેચકો કોષમાં હિસ્ટિડાઇનનું પ્રમાણ નજીવું બનતાં કાર્યશીલ થાય છે અને તેનું પ્રમાણ વધતાં ઉત્સેચકોનું કાર્ય અટકી પડે છે.
પ્રેરક ઉત્સેચકોના નિર્માણની ક્રિયાવિધિના સંદર્ભમાં દમનીય ઉત્સેચકોનું નિર્માણ એક મહત્વની બાબતમાં ભિન્ન હોય છે. અવરોધક ઘટક (R) પ્રચાલક બિન્દુપથ સાથે અંતિમ ઘટક – એટલે કે સહ-અવરોધક(co-repressor)ની ગેરહાજરીમાં જનીનો નિષ્ક્રિય રહેતા નથી. તેનો અર્થ એ થાય કે સહ-અવરોધકની ગેરહાજરીમાં અનુલેખન અને અનુવાદન ચાલુ રહે છે. અંતિમ ઘટકની હાજરીમાં તેનું પ્રચાલક બિન્દુપથ સાથે જોડાણ થાય છે અને અનુલેખન અટકી જાય છે. પ્રયોજક બિન્દુપથનું કાર્ય બન્ને પ્રકારના ઉત્સેચકના સંશ્લેષણમાં સમાન પ્રકારનું રહે છે.
ઑપેરોન મૉડેલ ક્રિયાવિધિ અનુસાર કોઈ પણ કોષમાં આવેલા ફક્ત 10 % જેટલાં જ જનીનો ઉત્સેચકોના સંશ્લેષણમાં ક્રિયાશીલ હોય છે. બાકીનાં 90 % નિષ્ક્રિય (turned off) હોય છે. સજીવને વિશિષ્ટ પ્રોટીનની જરૂરિયાત અમુક ચોક્કસ સમયે જ પડે છે; દા. ત., ખોરાક અન્નમાર્ગમાંથી પસાર થતો હોય ત્યારે અને જરૂર હોય તેટલા જ પ્રમાણમાં ખોરાકના પાચન સાથે સંકળાયેલા ઉત્સેચકોનું સંશ્લેષિત ઉત્પાદન પાચકરસના કોષોમાં થતું હોય છે. અમુક કોષોમાં માત્ર વિશિષ્ટ પ્રકારના પ્રોટીનની જરૂર પડે છે (દા.ત., લાલ રક્તના કોષો માટે હીમોગ્લોબિન). અનુવંશનિષ્ણાત આયુર્વિજ્ઞાનીઓએ અમુક રોગોમાં અપૂરતું પ્રોટીન કેમ બને છે તેનું સંશોધન કર્યું; દા. ત., થેલૅસિમિયામાં હીમોગ્લોબિન અપૂરતા પ્રમાણમાં બને છે.
હરિવદન હીરાલાલ પટેલ
ઓમપ્રકાશ સક્સેના
અનુ. અનિલ પંડ્યા