Operon Definisjon
En operon er en klynge av funksjonelt-relaterte gener som er kontrollert av en felles operatør. Operons består av flere gener som er gruppert sammen med en partner og operatør. Operons er til stede i prokaryotes (bakterier og archaea), men er fraværende i eukaryotes. I noen situasjoner flere operons er kontrollert av de samme regulatoriske proteiner; i disse tilfellene operons danne en regulon. Operons først ble identifisert som en modus av genuttrykk kontroll i 1961 av François Jakob og Jacques Monod.,
Operon Struktur
Operons er områder av DNA som inneholder en samling av beslektede gener. De er laget av en promoter-regionen, en operatør, og flere beslektede gener. Operatøren kan være plassert enten i selskapet eller mellom arrangøren og den gener. RNA-polymerase starter transkripsjon ved binding til promoter-regionen. Plasseringen av operatør er viktig som regulering enten tillater eller hindrer transkripsjon av gener i mRNA.,
Operon Funksjon
En operon er en komplett pakke for genuttrykk og syntese av polypeptides. Ved å kombinere de relaterte gener, alle polypeptides som kreves for en bestemt funksjon er syntetisert i respons til en enkelt stimulus. For eksempel, bakterien Escherichia coli, inneholder en rekke gener som er gruppert i operons og regulons: den Lac operon som er involvert i laktose nedbrytning, det Trp operon som er involvert i tryptofan biosyntese, og Hans operon som er involvert i histidin biosyntese., Disse operons er slått på når genet produkter er nødvendig.
Operons kan være under negativ eller positiv kontroll. Negativ kontroll innebærer å slå av operon i nærvær av en repressor; dette kan enten være repressible eller inducible. En repressible operon er en som er vanligvis på, men som kan bli undertrykt i nærvær av en repressor molekyl. Den repressor binder seg til operatøren på en slik måte at bevegelsen eller binding av RNA polymerase er blokkert og transkripsjon kan ikke fortsette. En inducible operon er en som er vanligvis off., I fravær av en induser operatøren er blokkert av en repressor molekyl. Når induser er til stede den kommuniserer med repressor protein, frigjør den fra operatøren og slik at transkripsjon for å fortsette. Repressible operons er vanligvis involvert i anabole trasé, eller syntesen av en viktig komponent, mens inducible operons er vanligvis involvert i katabolske trasé, eller sammenbrudd av et næringsstoff. Positiv kontroll av en operon er når genuttrykk er stimulert av tilstedeværelsen av en regulatorisk protein.,
Lac Operon
Lac operon er den klassiske operon eksempel, og er ansvarlig for nedbrytning av melk protein og laktose. Den Lac operon er en inducible operon; i fravær av laktose operatøren er blokkert av en repressor protein. Den operon består av en søker med operatøren, og tre gener (lacZ, lacY, og lacA) som koder for β-galactosidase, permease, og transacetylase., De tre gener som er involvert i nedbrytningen av laktose i dets metabolitter: β-galactosidase bryter laktose ned til glukose og galaktose, mens de to andre proteiner hjelp i den metabolske prosessen. Uttrykket av Lac operon er kontrollert av regulatorisk gen lacI, som ligger rett ved siden arrangøren regionen. LacI blir en allosteric repressor protein som holder Lac operon «off».
for at Lac operon å være slått på, et induser molekyl må inactivate den repressor protein., Den induserer molekyl i dette systemet er allolactose, en isomeren av laktose. Når laktose og dens isomeren er til stede i cellen, allolactose vil binde seg til allosteric nettsteder på repressor protein, endre konformasjon og gjøre det inaktivt. Som repressor protein løsner fra operatøren, RNA polymerase kan binde seg til arrangøren, transkripsjon kan oppstå, og de tre laktose nedbrytning gener kan bli syntetisert.
figuren viser strukturen av Lac operon og tilstøtende lacR repressor genet.,
Lac operon er også under positiv genet regulering. Mens fjerning av repressor protein i nærvær av laktose er nødvendig for syntese av lacZ, lacY, og lacA gener, den genuttrykk vil forbli lave. Nivået av genuttrykk er kontrollert av mengden av de foretrukne energikilde, glukose i cellen. Denne kontrollen er regulert av en allosteric regulatoriske proteiner, catabolite aktivator protein (CAP). Når glukose nivåer i cellen er lave, det organiske molekylet syklisk AMP er i høy konsentrasjon., Syklisk AMP aktiverer CAP ved binding til allosteric nettsteder, forårsaker HETTEN for å koble til Lac operon arrangøren. I motsetning til den repressor protein, binding av LOKKET til Lac operon stimulerer genuttrykk. Når cellen blodsukkeret øker, syklisk AMP nivåer i cellen nedgang, og aktivator protein vil atskille fra arrangøren. Transkripsjon vil gå tilbake til lave nivåer, eller vil slå av hvis repressor protein reattaches.
figuren viser Lac operon og hvordan genuttrykk er under både positiv og negativ kontroll.,
Trp Operon
Trp operon er ansvarlig for syntese av aminosyren trytophan når den ikke er tilgjengelig i miljøet. Den Trp operon består av en søker med en operatør, og fem gener som koder for enzymer for tryptofan syntese. Den Trp operon er regulert av lover genet trpR, et gen som er plassert i en avstand fra Trp operon.
Trp operon er et eksempel på en repressible operon; det er på, hvis ikke er slått av med en repressor protein. Den repressor protein er syntetisert av trpR., Mens repressor protein er alltid til stede i cellen, det er syntetisert i en inaktiv form. Når en corepressor er til stede, i dette tilfellet tryptofan, det binder seg til repressor protein i en allosteric nettstedet. Dette endrer konformasjon av protein, slik at det kan binde seg til operatøren og blokkere transkripsjon ved å hindre binding av RNA polymerase til arrangøren. På denne måten cellen sparer energi ved ikke å produsere tryptofan når det allerede er til stede.,
figuren viser Trp operon med repressor genet, arrangøren, operatør, og fem tryptofan-syntetisere genene.
Quiz
1. Hvilken av de følgende organismer inneholder operons?
A. gjær
B. bivalves
C. trær
D. archaea
2. Hvordan er Lac operon regulert?
A., positiv kontroll
B. negativ kontroll
C. inducible
D. alle de ovennevnte
3. Er repressible operons under positiv eller negativ kontroll?
A. positive
B., negative