Operondefinitie
een operon is een cluster van functioneel gerelateerde genen die door een gedeelde operator worden gecontroleerd. Operonen bestaan uit meerdere genen gegroepeerd met een promotor en een operator. Operonen zijn aanwezig in prokaryoten (bacteriën en archaea), maar zijn afwezig in eukaryoten. In sommige situaties worden meerdere operonen gecontroleerd door hetzelfde regulerende eiwit; in deze gevallen vormen de operonen een regulon. Operons werden voor het eerst geà dentificeerd als een wijze van genexpressiecontrole in 1961 door François Jacob en Jacques Monod.,
Operonstructuur
Operonen zijn gebieden van DNA die clusters van verwante genen bevatten. Zij worden samengesteld uit een promotorgebied, een exploitant, en veelvoudige verwante genen. De operator kan zich binnen de promotor of tussen de promotor en de genen bevinden. De polymerase van RNA initieert transcriptie door aan het promotorgebied te binden. De plaats van de exploitant is belangrijk aangezien zijn verordening of transcriptie van de genen in mRNA toestaat of verhindert.,
Operonfunctie
een operon is een compleet pakket voor genexpressie en synthese van polypeptiden. Door de verwante genen te combineren, worden alle polypeptiden die voor een specifieke functie worden vereist samengesteld in reactie op één enkele stimulus. Zo bevat de bacterie Escherichia coli een aantal genen die geclusterd zijn in operonen en regulonen: het lac-operon dat betrokken is bij de afbraak van lactose, het Trp-operon dat betrokken is bij de biosynthese van tryptofaan en het His-operon dat betrokken is bij de biosynthese van histidine., Deze operons worden ingeschakeld wanneer de genproducten nodig zijn.
Operons kunnen onder negatieve of positieve controle staan. Negatieve controle houdt in dat het operon wordt uitgeschakeld in aanwezigheid van een onderdrukker; dit kan ofwel worden onderdrukt of induceerbaar zijn. Een onderdrukkend operon is een operon dat gewoonlijk aan staat, maar dat in aanwezigheid van een onderdrukkingsmolecuul kan worden onderdrukt. De repressor bindt zich zodanig aan de operator dat de beweging of binding van RNA-polymerase wordt geblokkeerd en de transcriptie niet kan doorgaan. Een induceerbare operon is er een die meestal uit Staat., Bij afwezigheid van een inductor wordt de operator geblokkeerd door een onderdrukkingsmolecuul. Wanneer de inductor aanwezig is, werkt deze in wisselwerking met het repressoreiwit, waardoor het van de operator vrijkomt en de transcriptie kan doorgaan. Repressibele operonen zijn over het algemeen betrokken bij anabole Routes, of de synthese van een essentiële component, terwijl induceerbare operonen over het algemeen betrokken zijn bij katabole Routes, of de afbraak van een voedingsstof. De positieve controle van een operon is wanneer de genuitdrukking door de aanwezigheid van een regelgevende proteã ne wordt bevorderd.,
Lac-Operon
Het lac-operon is het klassieke operonvoorbeeld en is verantwoordelijk voor de afbraak van de melkeiwit lactose. Het lac-operon is een induceerbaar operon; in afwezigheid van lactose wordt de operator geblokkeerd door een onderdrukkingseiwit. Het operon bestaat uit een promotor met operator en drie genen (lacZ, lacY en lacA) die voor β-galactosidase, permease en transactylase coderen., De drie genen zijn betrokken bij de afbraak van lactose in zijn metabolieten: β-galactosidase breekt lactose af in glucose en galactose, terwijl de andere twee eiwitten helpen bij het metabolisme. De expressie van het lac-operon wordt gecontroleerd door het regulerende gen lacI, dat zich direct naast het promotorgebied bevindt. LacI codeert een allosterisch onderdrukkingseiwit dat het lac operon ” uit ” houdt.
om het lac-operon aan te zetten, moet een inductormolecuul het repressoreiwit inactiveren., Het inducerende molecuul in dit systeem is allolactose, een isomeer van lactose. Wanneer de lactose en zijn isomeer in de cel aanwezig zijn, zal allolactose aan allosteric plaatsen op de repressorproteã ne binden, zijn bouw veranderen en het inactief maken. Aangezien de repressorproteã ne van de exploitant loskomt, kan de polymerase van RNA aan de promotor binden, kan de transcriptie voorkomen, en de drie genen van de lactosedegradatie kunnen worden samengesteld.
de figuur toont de structuur van het lac-operon en het aangrenzende lacR-onderdrukkingsgen.,
Het lac-operon is ook onder positieve genregulatie. Terwijl de verwijdering van de repressorproteã ne in aanwezigheid van lactose voor synthese van de lacZ, lacY, en laca genen vereist is, zal de genuitdrukking laag blijven. Het niveau van genuitdrukking wordt gecontroleerd door de hoeveelheid van de aangewezen energiebron, glucose, in de cel. Deze controle wordt geregeld door een allosteric regelgevende proteã ne, catabolite activator proteã ne (CAP). Wanneer de glucoseniveaus in de cel laag zijn, is het organische molecuul cyclisch AMP in hoge concentratie., Cyclisch AMP activeert CAP door te binden aan de allosterische plaatsen, waardoor CAP zich hecht aan de lac operon promotor. In tegenstelling tot de repressoreiwitten stimuleert de binding van CAP aan het lac-operon de genexpressie. Wanneer de cel glucose niveaus stijgen, de cyclische AMP niveaus in de cel afnemen, en de activator eiwit zal zich distantiëren van de promotor. De transcriptie zal terugkeren naar lage niveaus, of zal uitschakelen als het repressoreiwit opnieuw aantrekt.
de figuur toont het lac-operon en hoe de genexpressie onder zowel positieve als negatieve controle is.,
Trp-Operon
het Trp-operon is verantwoordelijk voor de synthese van het aminozuur trytofaan wanneer het niet beschikbaar is in de omgeving. Het TRP-operon bestaat uit een promotor met een operator en vijf genen die enzymen voor tryptofaansynthese coderen. Het TRP-operon wordt gereguleerd door het regulerende gen trpR, een gen dat zich op een afstand van het TRP-operon bevindt.
het TRP-operon is een voorbeeld van een onderdrukbaar operon; het is aan tenzij het wordt uitgeschakeld door een onderdrukkingseiwit. Het repressoreiwit wordt gesynthetiseerd door trpR., Terwijl het repressoreiwit altijd aanwezig is in de cel, wordt het gesynthetiseerd in een inactieve vorm. Wanneer een corepressor aanwezig is, in dit geval tryptofaan, bindt deze zich aan het repressoreiwit in een allosterische plaats. Dit verandert de bouw van de proteã ne zodanig dat het aan de exploitant kan binden en transcriptie kan blokkeren door de band van de polymerase van RNA aan de promotor te verhinderen. Op deze manier bespaart de cel energie door geen tryptofaan te produceren wanneer deze al aanwezig is.,
de figuur toont het TRP-operon met het onderdrukkingsgen, de promotor, de operator en vijf tryptofaansynthesegenen.
Quiz
1. Welke van de volgende organismen bevat operonen?
A. gist
B. tweekleppigen
C. bomen
D. archaea
2. Hoe wordt het lac operon geregeld?
A., positieve controle
B. negatieve controle
C. induceerbaar
D. al het bovenstaande
3. Staan onderdrukbare operons onder positieve of negatieve controle?
A. positief
B., negatief