Operon Definice
operon je skupina funkčně příbuzných genů, které jsou řízeny společným operátora. Operony se skládají z více genů seskupených společně s promotorem a operátorem. Operony jsou přítomny v prokaryotách (bakterie a archaea), ale v eukaryotách chybí. V některých situacích je více operanů řízeno stejným regulačním proteinem; v těchto případech operony tvoří regulon. Operany byly poprvé identifikovány jako způsob kontroly genové exprese v roce 1961 Françoisem Jacobem a Jacquesem Monodem.,
struktura operonu
Operony jsou oblasti DNA, které obsahují shluky příbuzných genů. Jsou tvořeny promotorovou oblastí, operátorem a více příbuznými geny. Operátor může být umístěn buď v promotoru, nebo mezi promotorem a geny. RNA polymeráza iniciuje transkripci vazbou na promotorovou oblast. Umístění operátora je důležité, protože jeho regulace umožňuje nebo zabraňuje transkripci genů na mRNA.,
Operon Funkce
operon je kompletní balíček pro genovou expresi a syntézu polypeptidů. Kombinací souvisejících genů jsou všechny polypeptidy potřebné pro specifickou funkci syntetizovány v reakci na jediný podnět. Například bakterie Escherichia coli obsahuje řadu genů, seskupený do operons a regulons: Lac operon, který se podílí na rozkladu laktózy, Trp operon, který je zapojen v biosyntéze tryptofanu a Jeho operace, které se účastní biosyntézy histidinu., Tyto operony jsou zapnuty, když jsou potřebné genové produkty.
Operony mohou být pod negativní nebo pozitivní kontrolou. Negativní kontrola zahrnuje vypnutí operonu v přítomnosti represoru; to může být buď represivní nebo indukovatelné. Represivní operon je ten, který je obvykle na, ale který může být potlačen v přítomnosti represorové molekuly. Represor se váže na operátora tak, že pohyb nebo vazba RNA polymerázy je blokována a transkripce nemůže pokračovat. Indukovatelný operon je ten, který je obvykle vypnutý., Při absenci induktoru je operátor blokován represorovou molekulou. Když je induktor přítomen, interaguje s represorovým proteinem, uvolňuje ho od operátora a umožňuje pokračovat v transkripci. Represivní operony se obecně podílejí na anabolických drahách nebo syntéze základní složky, zatímco indukovatelné operony se obecně podílejí na katabolických drahách nebo rozpadu živiny. Pozitivní kontrola operonu je, když je genová exprese stimulována přítomností regulačního proteinu.,
Lac Operon
Lac operon je klasickým příkladem operonu a je zodpovědný za degradaci laktózy mléčného proteinu. Lac operon je indukovatelný operon; v nepřítomnosti laktózy je operátor blokován represorovým proteinem. Na operon je tvořen promotorem s provozovatelem, a tři geny (lacZ, lacY a lacA), které kódují β-galaktosidázy, permeáza, a transacetylase., Tři geny se podílí na odbourávání laktózy do jeho metabolity: β-galaktosidázy přestávky laktózy dolů na glukózu a galaktózu, zatímco ostatní dva proteiny podpory v metabolických procesů. Exprese Lac operonu je řízena regulačním genem lacI, který se nachází bezprostředně vedle promotorové oblasti. LacI kóduje alosterický represorový protein, který udržuje Lac operon „mimo“.
aby byl Lac operon zapnutý, musí molekula induktoru inaktivovat represorový protein., Molekula induktoru v tomto systému je alolaktóza, izomer laktózy. Když se laktóza a její izomer jsou přítomny v buňce, allolactose bude vázat na allosterická místa na repressor protein, mění jeho konformaci a vykreslování neaktivní. Jako repressor protein se oddělí od operátora, RNA polymeráza se může vázat na promotor, transkripční může dojít, a tři laktózy degradační geny mohou být syntetizovány.
obrázek ukazuje strukturu Lac operon a přilehlé lacR repressor gen.,
Lac operon je také pod pozitivní genovou regulací. Zatímco odstranění represorového proteinu v přítomnosti laktózy je nutné pro syntézu genů lacZ, lacY a lacA, genová exprese zůstane nízká. Úroveň genové exprese je řízena množstvím preferovaného zdroje energie, glukózy, v buňce. Tato kontrola je regulována alosterickým regulačním proteinem, katabolitovým aktivátorovým proteinem (CAP). Když jsou hladiny glukózy v buňce nízké, cyklický AMP organické molekuly je ve vysoké koncentraci., Cyklický zesilovač aktivuje CAP vazbou na alosterická místa, což způsobí, že se CAP připojí k promotoru Lac operon. Na rozdíl od represorových proteinů, vazba uzávěru na Lac operon stimuluje genovou expresi. Když se hladiny glukózy v buňce zvýší, cyklické hladiny AMP v buňce se sníží a aktivátorový protein se oddělí od promotoru. Přepis se vrátí na nízké úrovně nebo se vypne, pokud se represorový protein znovu připojí.
obrázek zobrazuje Lac operon a jak je jeho genová exprese pod pozitivní i negativní kontrolou.,
Trp Operon
operon Trp je zodpovědný za syntézu aminokyselinového trytofanu, pokud není k dispozici v životním prostředí. TRP operon je tvořen promotorem s operátorem a pěti geny, které kódují enzymy pro syntézu tryptofanu. TRP operon je regulován regulačním genem trpR, genem, který se nachází ve vzdálenosti od operonu Trp.
operon Trp je příkladem represivního operonu; je zapnutý, pokud není vypnutý represorovým proteinem. Represorový protein je syntetizován trpR., Zatímco represorový protein je vždy přítomen v buňce, je syntetizován v neaktivní formě. Když je přítomen korepresor, v tomto případě tryptofan, váže se na represorový protein v alosterickém místě. To mění konformaci proteinu tak, že se může vázat na operátora a blokovat transkripci tím, že zabraňuje vazbě RNA polymerázy na promotor. Tímto způsobem buňka šetří energii tím, že neprodukuje tryptofan, když je již přítomna.,
obrázek znázorňuje Trp operon s repressor genu, promotoru, provozovatel, a pět tryptofan-syntetizovat geny.
kvíz
1. Který z následujících organismů obsahuje operony?
a.droždí
br>br>C. stromy
D. archaea
2. Jak je Lac operon regulován?
a., pozitivní kontrola
B. negativní kontrola
C. získaná
D. všechny výše uvedené
3. Jsou represivní operani pod pozitivní nebo negativní kontrolou?
a. pozitivní
b., negativní