Operon Definition
en operon er en klynge af funktionelt relaterede gener, der styres af en delt operatør. Operoner består af flere gener grupperet sammen med en promotor og en operatør. Operoner er til stede i prokaryoter (bakterier og arkæer), men er fraværende i eukaryoter. I nogle situationer styres flere operoner af det samme regulatoriske protein; i disse tilfælde udgør operonerne en regulon. Operons blev første gang identificeret som en tilstand af genekspression kontrol i 1961 af François Jacob og Jacques Monod.,
Operonstruktur
operoner er regioner af DNA, der indeholder klynger af beslægtede gener. De består af en promotorregion, en operatør og flere relaterede gener. Operatøren kan være placeret enten inden for promotoren eller mellem promotoren og generne. RNA-polymerase initierer transkription ved binding til promotorregionen. Operatørens placering er vigtig, da dens regulering enten tillader eller forhindrer transkription af generne til mRNA.,
Operonen Funktion
En operonen er en komplet pakke til genekspression og syntese af polypeptider. Ved at kombinere de relaterede gener syntetiseres alle polypeptider, der kræves til en bestemt funktion, som respons på en enkelt stimulus. For eksempel bakterien Escherichia coli indeholder en række gener, der er grupperet i operons og regulons: Lac-operon, som er involveret i laktose nedbrydning, Trp-operon, som er involveret i tryptofan biosyntesen, og Hans operon, som er involveret i histidin biosynthesis., Disse operoner tændes, når genprodukterne er nødvendige.operoner kan være under negativ eller positiv kontrol. Negativ kontrol indebærer at slukke operonen i nærværelse af en repressor; dette kan enten være undertrykkende eller inducerbart. En repressible operon er en, der er normalt på, men som kan undertrykkes i nærvær af en repressor molekyle. Undertrykkeren binder til operatøren på en sådan måde, at bevægelsen eller bindingen af RNA-polymerase blokeres, og transkription ikke kan fortsætte. En inducerbar operon er en, der normalt er slukket., I fravær af en inducer blokeres operatøren af et undertrykkelsesmolekyle. Når induceren er til stede, interagerer den med represorproteinet, frigiver det fra operatøren og tillader transkription at fortsætte. Repressible operoner er generelt involveret i anabolske veje eller syntesen af en væsentlig komponent, mens inducerbare operoner generelt er involveret i katabolske veje eller nedbrydning af et næringsstof. Positiv kontrol af en operon er, når genekspression stimuleres af tilstedeværelsen af et regulatorisk protein.,
Lac Operon
Lac operon er det klassiske operon eksempel, og er ansvarlig for nedbrydningen af mælkeproteinet lactose. Lac operon er en inducerbar operon; i fravær af lactose blokeres operatøren af et repressorprotein. Operonen består af en promotor med operatør og tre gener (Lac., lacY og lacA), som koder for β-galactosidase, permease og transacetylase., De tre gener er involveret i nedbrydning af lactose i dets metabolitter: β-galactosidase bryder lactose ned i glucose og galactose, mens de to andre proteiner hjælper med metabolismen. Ekspressionen af Lac operon styres af det regulatoriske gen lacI, der ligger umiddelbart ved siden af promotorområdet. LacI koder for et allosterisk repressorprotein, der holder Lac operon “off”.
for at Lac-operonen kan tændes, skal et inducermolekyle inaktivere repressorproteinet., Inducermolekylet i dette system er allolactose, en isomer af lactose. Når lactose og dens isomer er til stede i cellen, vil allolactose binde til allosteriske steder på represorproteinet, ændre dets konformation og gøre det inaktivt. Når undertrykkelsesproteinet løsnes fra operatøren, kan RNA-polymerase binde til promotoren, transkription kan forekomme, og de tre lactosenedbrydningsgener kan syntetiseres.
figuren viser strukturen af Lac operon og det tilstødende lacR repressor gen.,
Lac operon er også under positiv genregulering. Mens fjernelse af represorproteinet i nærvær af lactose er påkrævet til syntese af Lac. -, lacY-og lacA-generne, forbliver genekspressionen lav. Niveauet af genekspression styres af mængden af den foretrukne energikilde, glucose, i cellen. Denne kontrol reguleres af et allosterisk regulatorisk protein, katabolitaktivatorprotein (CAP). Når glukoseniveauerne i cellen er lave, er det organiske molekyle cykliske AMP i høj koncentration., Cyklisk AMP aktiverer hætten ved at binde til de allosteriske steder, forårsager hætten til at knytte til Lac operon promotor. I modsætning til de undertrykkende proteiner stimulerer binding af hætte til Lac operon genekspression. Når celleglukoseniveauerne stiger, falder de cykliske AMP-niveauer i cellen, og aktivatorproteinet vil adskille sig fra promotoren. Transskription vil vende tilbage til lave niveauer, eller vil slukke, hvis repressor proteinet reattaches.
figuren viser Lac-operon, og hvordan dens gen-ekspression er under både positiv og negativ kontrol.,
Trp Operon
Trp operon er ansvarlig for syntesen af aminosyren trytophan, når den ikke er tilgængelig i miljøet. Trp operon består af en promotor med en operatør og fem gener, der koder for en .ymer til tryptophansyntese. Trp-operonen reguleres af det regulatoriske gen trpR, et gen, der er placeret i en afstand fra Trp-operonen.
Trp operon er et eksempel på en repressibel operon; den er tændt, medmindre den er slukket af et represorprotein. Repressorproteinet syntetiseres af trpR., Mens repressorproteinet altid er til stede i cellen, syntetiseres det i en inaktiv form. Når en corepressor er til stede, i dette tilfælde tryptophan, binder den sig til represorproteinet på et allosterisk sted. Dette ændrer proteinets konformation, således at det kan binde til operatøren og blokere transkription ved at forhindre binding af RNA-polymerase til promotoren. På denne måde sparer cellen energi ved ikke at producere tryptophan, når den allerede er til stede.,
figuren viser Trp operon med represor genet, promotoren, operatøren og fem tryptophan-syntetiserende gener.
Quiz
1. Hvilke af følgende organismer indeholder operoner?
A. gær
B. muslinger
C. træer
D. archaea
2. Hvordan reguleres Lac operon?
A., positiv kontrol
B. negativ kontrol
C. inducerbar
D. alle ovenstående
3. Er undertrykkelige operoner under positiv eller negativ kontrol?
A. positiv
B., negativ