EN operon består af en gruppe sekventielt ordnede gener, der regulerer hinanden, der koder for proteiner, der er funktionelt beslægtede, og som findes i hele genomet af bakterier og de "forfædre" genomer.
Denne reguleringsmekanisme blev beskrevet af F. Jacob og J. Monod i 1961, en kendsgerning, der gav dem Nobelprisen i fysiologi og medicin i 1965. Disse forskere foreslog og demonstrerede driften af operoner gennem de gener, der koder for de enzymer, der kræves af Escherichia coli til brug af lactose.
Operoner har ansvaret for at koordinere proteinsyntese i henhold til behovene i hver celle, dvs. de udtrykkes kun for at generere proteiner på det tidspunkt og det nøjagtige sted, hvor de er nødvendige..
Generne indeholdt i operoner er generelt strukturelle gener, hvilket betyder at de koder for vigtige enzymer, der er direkte involveret i metaboliske veje i cellen. Disse kan være syntesen af aminosyrer, energi i form af ATP, kulhydrater osv..
Operoner findes også almindeligt i eukaryote organismer, men i modsætning til prokaryote organismer transkriberes ikke regionen af operon i eukaryoter som et enkelt messenger-RNA-molekyle..
Artikelindeks
Det første vigtige fremskridt med hensyn til operoner foretaget af François Jacob og Jacques Monod var at fokusere på problemet med "enzymatisk tilpasning", som kun bestod i udseendet af et specifikt enzym, når cellen var i nærværelse af et substrat.
En sådan reaktion fra celler på substrater var blevet observeret i bakterier i mange år. Forskerne undrede sig imidlertid over, hvordan cellen bestemte nøjagtigt, hvilket enzym den skulle syntetisere for at metabolisere det substrat..
Jacob og Monod observerede, at bakterieceller i nærværelse af galactose-lignende kulhydrater producerede 100 gange mere β-galactosidase end under normale forhold. Dette enzym er ansvarlig for nedbrydning af β-galactosider, så cellen bruger dem metabolisk.
Således kaldte begge forskere galactosid-type kulhydrater som "inducere", da de var ansvarlige for at inducere en stigning i syntesen af β-galactosidase.
Ligeledes fandt Jacob og Monod en genetisk region med tre gener, der blev kontrolleret på en koordineret måde: Z-genet, der koder for β-galactosidase-enzymet; Y-genet, der koder for enzymet lactosepermease (galactosidtransport); og gen A, som koder for enzymet transacetylase, hvilket også er essentielt for assimilering af galactosider.
Gennem efterfølgende genetiske analyser afklarede Jacob og Monod alle aspekter af den genetiske kontrol af lactoseoperonen og konkluderede, at segmentet af generne Z, Y og A udgør en enkelt genetisk enhed med koordineret ekspression, hvilket var det, de definerede som "operon".
Operonmodellen blev først beskrevet nøjagtigt i 1965 af Jacob og Monod for at forklare reguleringen af gener, der transkriberes og oversættes til de enzymer, der kræves i Escherichia coli for at metabolisere lactose som energikilde.
Disse forskere foreslog, at transkriptionerne af genet eller af det sæt gener, der er placeret efter hinanden, reguleres af to elementer: 1) et regulatorisk gen eller repressorgenet 2) og et operatorgen eller operatørsekvens.
Operatorgenet findes altid ved siden af det strukturelle gen, hvis ekspression er ansvarlig for regulering, mens repressorgenet koder for et protein kaldet "repressor", der binder til operatøren og forhindrer dets transkription..
Transkription undertrykkes, når repressoren er knyttet til operatorgenet. På denne måde udtrykkes den genetiske ekspression af de gener, der koder for de enzymer, der er nødvendige for at assimilere lactose, ikke og kan derfor ikke metabolisere disaccharidet..
På nuværende tidspunkt er det kendt, at binding af repressoren til operatøren med steriske mekanismer forhindrer, at RNA-polymerasen binder til promotorstedet, så den begynder at transkribe gener.
Promotorstedet er det "sted", som RNA-polymerase genkender for at binde og transkribere gener. Da det ikke kan binde, kan det ikke transkribe nogen af generne i sekvensen.
Operatorgenet ligger mellem en genetisk region af sekvensen kendt som promotoren og de strukturelle gener. Imidlertid identificerede Jacob og Monod ikke denne region på deres tid.
Det er i øjeblikket kendt, at den komplette sekvens, der inkluderer det strukturelle gen eller generne, operatoren og promotoren, i det væsentlige er, hvad der udgør et "operon".
Operoner klassificeres kun i tre forskellige kategorier, der afhænger af den måde, de reguleres på, dvs. nogle udtrykkes kontinuerligt (konstituerende), andre har brug for et bestemt molekyle eller en faktor for at aktivere (inducerbar), og andre udtrykkes kontinuerligt, indtil at induceren er udtrykt (undertrykkelig).
De tre typer operoner er:
Operoner af denne type reguleres af molekyler i miljøet såsom aminosyrer, sukkerarter, metabolitter osv. Disse molekyler er kendt som inducere. Hvis molekylet, der fungerer som en inducer ikke findes, transkriberes ikke operongenerne aktivt.
I inducerbare operoner binder den frie repressor til operatøren og forhindrer transkription af de gener, der findes i operonen. Når induktoren binder til repressoren, dannes et kompleks, der ikke kan binde til repressoren, og derfor oversættes generne til operonen.
Disse operoner afhænger blandt andet af specifikke molekyler: aminosyrer, sukkerarter, kofaktorer eller transkriptionsfaktorer. Disse er kendt som corepressorer og fungerer på en helt modsat måde til induktorer..
Først når corepressoren binder sig til repressoren, stopper transkriptionen, og transkriptionen af generne indeholdt i operonen forekommer således ikke. Derefter stopper transkriptionen af en undertrykkelig operon kun med tilstedeværelsen af corepressoren.
Disse typer af operoner er ikke reguleret. De transkriberes konstant aktivt, og i tilfælde af en mutation, der påvirker sekvensen af disse gener, kan cellernes levetid påvirkes og generelt udløse programmeret celledød..
Det tidligste og mest anerkendte eksempel på en operons funktion er Operon lac (lactose). Dette system er ansvarlig for at omdanne lactose, et disaccharid, til monosacchariderne glucose og galactose. Tre enzymer virker i denne proces:
- Β-galactosidase, ansvarlig for omdannelse af lactose til glucose og galactose.
- Laktosepermease, ansvarlig for transport af lactose fra det ekstracellulære medium til det indre af cellen og
- Transketylase, som hører til systemet, men har en ukendt funktion
Operonen trp (tryptophan) af Escherichia coli styrer syntesen af tryptophan med chorisminsyre som en forløber. Inden for dette operon er generne til fem proteiner, der bruges til produktion af tre enzymer:
- Det første enzym, kodet af generne E og D, katalyserer de to første reaktioner i tryptophanvejen og er kendt som anthranilatsyntetase.
- Det andet enzym er glycerolphosphat, og det katalyserer de nedstrøms trin af anthranilatsyntetase.
- Det tredje og sidste enzym er tryptophansyntetase, der er ansvarlig for at producere tryptophan fra indol-glycerolphosphat og serin (dette enzym er et produkt af generne B og A)
Endnu ingen kommentarer