Оперон Определение
Оперон – это группа функционально связанных генов, которые контролируются общим оператор, Опероны состоят из множества генов, сгруппированных вместе с промотором и оператором. Опероны присутствуют в прокариотах (бактерии и археи), но отсутствуют у эукариот. В некоторых ситуациях множественные опероны контролируются одним и тем же регуляторным белком; в этих случаях опероны образуют регулон. Опероны были впервые определены как способ ген контроль над выражением в 1961 году Франсуа Жакобом и Жаком Моно.
Структура оперона
Опероны – это области ДНК, которые содержат кластеры родственных генов. Они состоят из промоторной области, оператора и множества родственных генов. Оператор может быть расположен либо внутри промотора, либо между промотором и генами. РНК-полимераза посвященные транскрипция путем связывания с областью промотора. Местоположение оператора важно, так как его регулирование позволяет или предотвращает транскрипцию генов в мРНК.
Оперон Функция
Оперон представляет собой полный пакет для экспрессии генов и синтеза полипептидов. Комбинируя родственные гены, все полипептиды, необходимые для определенной функции, синтезируются в ответ на один стимул. Например, бактерия Escherichia coli содержит ряд генов, сгруппированных в опероны и регулоны: Лак оперон который участвует в деградации лактозы, оперон Trp, который участвует в биосинтезе триптофана, и оперон His, который участвует в биосинтезе гистидина. Эти опероны включаются, когда нужны генные продукты.
Опероны могут находиться под отрицательным или положительным контролем. Отрицательный контроль включает в себя отключение оперона в присутствии репрессора; это может быть либо подавляемым, либо индуцибельным. Репрессируемый оперон – это тот, который обычно включен, но который может быть подавлен в присутствии репрессора. молекула, Репрессор связывается с оператором таким образом, что движение или связывание РНК-полимеразы блокируется и транскрипция не может продолжаться. Индуцибельный оперон – это тот, который обычно выключен. При отсутствии индуктора оператор блокируется молекулой-репрессором. Когда индуктор присутствует, он взаимодействует с белком-репрессором, освобождая его от оператора и позволяя транскрипции продолжаться. Репрессируемые опероны обычно участвуют в анаболических путях или синтезе важного компонента, тогда как индуцибельные опероны обычно участвуют в катаболических путях или расщеплении питательных веществ. Положительный контроль оперона – это когда экспрессия гена стимулируется присутствием регуляторного белка.
Лак Оперон
Lac оперон является классическим примером оперона и отвечает за разложение лактозы молочного белка. Оперон Lac является индуцибельным опероном; в отсутствие лактозы оператор блокируется белком-репрессором. Оперон состоит из промотора с оператором и трех генов (lacZ, lacY и lacA), которые кодируют β-галактозидазу, пермеазу и трансацетилазу. Три гена участвуют в расщеплении лактозы на ее метаболиты: β-галактозидаза расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу, тогда как два других белка помогают в метаболическом процессе. Экспрессия оперона Lac контролируется регуляторным геном lacI, расположенным непосредственно рядом с промоторной областью. LacI кодирует аллостерический репрессорный белок, который удерживает оперон Lac в выключенном состоянии.
Для включения оперона Lac молекула-индуктор должна инактивировать репрессорный белок. Молекула-индуктор в этой системе – это алолактоза, изомер лактозы. Когда лактоза и ее изомер присутствуют в клетка аллолактоза будет связываться с аллостерическими участками белка-репрессора, изменяя его конформацию и делая его неактивным. Когда репрессорный белок отсоединяется от оператора, РНК-полимераза может связываться с промотором, может происходить транскрипция и могут быть синтезированы три гена деградации лактозы.
Оперон Lac также находится под положительной регуляцией генов. Хотя удаление белка-репрессора в присутствии лактозы необходимо для синтеза генов lacZ, lacY и lacA, экспрессия гена будет оставаться низкой. Уровень экспрессии гена контролируется количеством предпочтительного источника энергии, глюкозы, в клетке. Этот контроль регулируется аллостерическим регуляторным белком, белком-активатором катаболита (CAP). Когда уровень глюкозы в клетке низок, органическая молекула циклического АМФ находится в высокой концентрации. Циклический AMP активирует CAP, связываясь с аллостерическими сайтами, вызывая присоединение CAP к промотору Lac-оперона. В отличие от белков-репрессоров, связывание CAP с опероном Lac стимулирует экспрессию генов. Когда уровни глюкозы в клетке увеличиваются, уровни циклического АМФ в клетке снижаются, и белок-активатор диссоциирует от промотора. Транскрипция вернется к низким уровням или выключится, если репрессорный белок снова присоединится.
Трп Оперон
Оперон Trp отвечает за синтез аминокислоты тритофан, когда он не доступен в окружающей среде. Оперон Trp состоит из промотора с оператором и пяти генов, которые кодируют ферменты для синтеза триптофана. Оперон Trp регулируется регуляторным геном trpR, геном, который расположен на расстоянии от оперона Trp.
Оперон Trp является примером репрессируемого оперона; он включен, если не выключен белком-репрессором. Белок-репрессор синтезируется с помощью trpR. Хотя репрессорный белок всегда присутствует в клетке, он синтезируется в неактивной форме. Когда присутствует корепрессор, в данном случае триптофан, он связывается с белком-репрессором в аллостерическом сайте. Это изменяет конформацию белка, так что он может связываться с оператором и блокировать транскрипцию, предотвращая связывание РНК-полимеразы с промотором. Таким образом, клетка экономит энергию, не производя триптофан, когда он уже присутствует.
викторина
1. Какие из следующих организмов содержат опероны?A. дрожжиB. двустворчатыеC. деревьяD. археи
Ответ на вопрос № 1
D верно. Опероны присутствуют в ДНК прокариот. Это включает в себя археи и бактерии, но они не найдены в грибы, животные или растения.
2. Как регулируется оперон Lac?A. положительный контрольB. отрицательный контрольC. индуцируемогоD. все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 2
D верно. Оперон Lac контролируется как положительной, так и отрицательной регуляцией. Для позитивной регуляции требуется присутствие белка-активатора, CAP, для того, чтобы транскрипция происходила на более чем очень низких уровнях. Для негативного регулирования требуется удаление белка-репрессора с помощью молекулы-индуктора аллолактозы.
3. Репрессируемые опероны находятся под положительным или отрицательным контролем?A. положительныйB. отрицательный
Ответ на вопрос № 3
В верно. Репрессируемые опероны – это опероны, которые естественным образом «включены», если только репрессорный белок не отключает их. Поскольку активный репрессорный белок предотвращает экспрессию генов, говорят, что он находится под отрицательным контролем.
Ссылки
- Кэмпбелл, Н. А. и Рис, Дж. Б. (2005). Биология, 7-й. редактор Глава 18. Сан-Франциско, Калифорния: Бенджамин Каммингс. ISBN: 0-8053-7171-0.
- Madigan, M.T., & Martinko, J.M. (2006). Биология микроорганизмов, 11-й. редактор Chs. 8 и 10. Аппер-Седл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN: 0-13-144329-1.