operon Definition
en operon är ett kluster av funktionellt relaterade gener som styrs av en delad operatör. Operoner består av flera gener grupperade tillsammans med en promotor och en operatör. Operoner är närvarande i prokaryoter (bakterier och archaea), men är frånvarande i eukaryoter. I vissa situationer styrs flera operoner av samma reglerande protein; i dessa fall bildar operonerna en regulon. Operoner identifierades först som ett sätt att genuttryck kontroll 1961 av François Jacob och Jacques Monod.,
Operonstruktur
Operoner är regioner av DNA som innehåller kluster av relaterade gener. De består av en promotorregion, en operatör och flera relaterade gener. Operatören kan placeras antingen inom promotorn eller mellan promotorn och generna. RNA-polymeras initierar transkription genom bindning till promotorregionen. Operatörens placering är viktig eftersom dess reglering antingen tillåter eller förhindrar transkription av generna till mRNA.,
Operonfunktion
en operon är ett komplett paket för genuttryck och syntes av polypeptider. Genom att kombinera de relaterade generna syntetiseras alla polypeptider som krävs för en specifik funktion som svar på en enda stimulans. Till exempel innehåller bakterien Escherichia coli ett antal gener grupperade i operoner och reguloner: Lac operon som är involverad i laktos nedbrytning, Trp operon som är involverad i tryptofan biosyntes, och hans operon som är involverad i histidinbiosyntes., Dessa operoner slås på när genprodukterna behövs.
Operoner kan vara under negativ eller positiv kontroll. Negativ kontroll innebär att man stänger av operonen i närvaro av en repressor; detta kan vara antingen repressibelt eller induktivt. En repressibel operon är en som vanligtvis är på men som kan undertryckas i närvaro av en repressormolekyl. Repressorn binder till operatören på ett sådant sätt att rörelsen eller bindningen av RNA-polymeras är blockerad och transkription kan inte fortsätta. En inducerbar operon är en som vanligtvis är avstängd., I avsaknad av en inducerare blockeras operatören av en repressormolekyl. När induceraren är närvarande interagerar den med repressorproteinet, frigör det från operatören och tillåter transkription att fortsätta. Repressibla operoner är i allmänhet involverade i anabola vägar eller syntesen av en väsentlig komponent, medan inducerbara operoner i allmänhet är involverade i kataboliska vägar eller nedbrytningen av ett näringsämne. Positiv kontroll av en operon är när genuttryck stimuleras av närvaron av ett reglerande protein.,
Lac Operon
Lac operon är det klassiska operon-exemplet och ansvarar för nedbrytningen av mjölkproteinlaktos. Lac operon är en inducerbar operon; i frånvaro av laktos blockeras operatören av ett repressorprotein. Operonen består av en promotor med operatör och tre gener (lacZ, lacY och lacA) som kodar för β-galaktosidas, permeas och transacetylas., De tre generna är involverade i nedbrytningen av laktos i dess metaboliter: β-galaktosidas bryter laktos ner i glukos och galaktos, medan de andra två proteinerna hjälper till i metabolismen. Uttrycket av Lac-operonen styrs av den regulatoriska genen lacI, som ligger omedelbart intill promotorregionen. LacI kodar en allosteric repressor protein som håller Lac operon ”off”.
För att Lac-operonen ska kunna slås på måste en inducermolekyl inaktivera repressorproteinet., Inducermolekylen i detta system är allolaktos, en isomer av laktos. När laktos och dess isomer är närvarande i cellen, kommer allolaktos att binda till allostera ställen på repressorproteinet, ändra dess konformation och göra den inaktiv. När repressorproteinet lossnar från Operatören kan RNA-polymeras binda till promotorn, transkription kan uppstå och de tre laktosdegraderingsgenerna kan syntetiseras.
figuren visar strukturen hos Lacoperon och den intilliggande lacR-repressorgenen.,
Lac-operonen är också under positiv genreglering. Medan avlägsnandet av repressorproteinet i närvaro av laktos krävs för syntes av lacZ -, lacY-och lacA-generna, kommer genuttrycket att förbli lågt. Nivån av genuttryck styrs av mängden av den föredragna energikällan, glukos, i cellen. Denna kontroll regleras av ett allosteriskt reglerande protein, katabolitaktivatorprotein (CAP). När glukosnivåerna i cellen är låga är den organiska molekylen cyklisk AMP i hög koncentration., Cyklisk AMP aktiverar locket genom att binda till de allosteriska platserna, vilket gör att locket fäster vid Lac – promotorn. Till skillnad från repressorproteinerna stimulerar bindningen av keps till Lac-operonen genuttryck. När cellens glukosnivåer ökar minskar de cykliska AMP-nivåerna i cellen, och aktivatorproteinet kommer att skilja sig från promotorn. Transkription kommer att återgå till låga nivåer, eller kommer att stänga av om repressorproteinet fäster igen.
figuren visar Lacoperon och hur dess genuttryck är under både positiv och negativ kontroll.,
Trp Operon
Trp operon är ansvarig för syntesen av aminosyran trytofan när den inte är tillgänglig i miljön. Trp-operonen består av en promotor med en operatör och fem gener som kodar enzymer för tryptofansyntes. Den Trp operon regleras av regleringsgen trpR, en gen som ligger på ett avstånd från Trp operon.
Trp-operonen är ett exempel på en repressibel operon; den är på om den inte är avstängd av ett repressorprotein. Repressorproteinet syntetiseras av trpR., Medan repressorproteinet alltid är närvarande i cellen syntetiseras det i en inaktiv form. När en corepressor är närvarande, binder den i detta fall tryptofan till repressorproteinet i en allosterisk plats. Detta förändrar konformationen av proteinet så att det kan binda till operatören och blockera transkription genom att förhindra bindningen av RNA-polymeras till promotorn. På detta sätt sparar cellen energi genom att inte producera tryptofan när den redan är närvarande.,
figuren visar Trp-operonen med repressorgenen, promotorn, operatören och fem tryptofan-syntetiserande gener.
Quiz
1. Vilka av följande organismer innehåller operoner?
A. jäst
B. musslor
C. träd
D. archaea
2. Hur regleras Lac operon?
A., positiv kontroll
B. negativ kontroll
C. inducerbar
D. alla ovanstående
3. Är repressibla operoner under positiv eller negativ kontroll?
A. positiv
B., negativt