- objav
- Operónový model
- Klasifikácia operónov
- Inducibilný operón
- Opakovateľný operón
- Konštitučný operón
- Príklady
- Referencie
Operon pozostáva zo skupiny postupne usporiadaných génov, ktoré regulujú navzájom, ktoré kódujú proteíny, ktoré sú funkčne spojené, a ktoré sa nachádzajú v celom genóme baktérie a "predkov" genómov.
Tento regulačný mechanizmus opísali F. Jacob a J. Monod v roku 1961, čo je skutočnosť, ktorá im v roku 1965 získala Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu. Títo vedci navrhli a preukázali fungovanie operónov prostredníctvom génov, ktoré kódujú enzýmy, ktoré vyžaduje Escherichia coli na využitie laktózy.
Grafický diagram vlákna DNA s génmi, ktoré tvoria laktózový operón (Promoter, Operator, lacZ, lacY, lacA a terminator) (Zdroj: Llull ~ commonswiki Via Wikimedia Commons)
Operóny sú zodpovedné za koordináciu syntézy proteínov podľa potrieb každej bunky, to znamená, že sú exprimované iba na tvorbu proteínov v čase a na presnom mieste, kde sú potrebné.
Gény obsiahnuté v operónoch sú všeobecne štrukturálne gény, čo znamená, že kódujú dôležité enzýmy, ktoré sú priamo zapojené do metabolických ciest v bunke. Môže ísť o syntézu aminokyselín, energiu vo forme ATP, uhľohydrátov atď.
Operóny sa bežne vyskytujú aj v eukaryotických organizmoch, na rozdiel od prokaryotických organizmov sa však oblasť operónu neprepisuje ako jediná molekula RNA RNA.
objav
Prvým dôležitým pokrokom v súvislosti s operónmi, ktoré vyrobili François Jacob a Jacques Monod, bolo riešenie problému „enzymatickej adaptácie“, ktorá spočívala vo výskyte špecifického enzýmu iba vtedy, keď bola bunka v prítomnosti substrátu.
Takáto reakcia buniek na substráty bola u baktérií pozorovaná mnoho rokov. Vedci sa však pýtali, ako bunka presne určuje, ktorý enzým musí syntetizovať, aby metabolizoval tento substrát.
Jacob a Monod pozorovali, že bakteriálne bunky v prítomnosti uhľovodíkov podobných galaktóze produkovali 100-krát viac p-galaktozidázy ako za normálnych podmienok. Tento enzým je zodpovedný za rozklad P-galaktozidov, takže ich bunka používa metabolicky.
Preto obaja vedci nazývali uhľohydráty galaktozidového typu ako „induktory“, pretože boli zodpovední za zvýšenie syntézy β-galaktozidázy.
Podobne Jacob a Monod našli genetickú oblasť s tromi génmi, ktoré boli riadené koordinovaným spôsobom: gén Z, ktorý kóduje enzým p-galaktozidázu; gén Y kódujúci enzým laktóza-permeáza (transport galaktozidov); a gén A, ktorý kóduje enzým transacetylázu, ktorý je tiež nevyhnutný pre asimiláciu galaktozidov.
Jacob a Monod prostredníctvom následných genetických analýz objasnili všetky aspekty genetickej kontroly laktónového operónu a dospeli k záveru, že segment génov Z, Y a A predstavuje jedinú genetickú jednotku s koordinovanou expresiou, ktorá bola definovaná ako „operón“.
Operónový model
Model operónu bol prvýkrát presne opísaný v roku 1965 Jacobom a Monodom, aby vysvetlil reguláciu génov, ktoré sú transkribované a translatované na enzýmy potrebné v Escherichia coli na metabolizáciu laktózy ako zdroja energie. ,
Títo vedci navrhli, aby transkripty génu alebo súboru génov, ktoré sú umiestnené po sebe, boli regulované dvoma prvkami: 1) regulačným génom alebo represorovým génom 2) a operátorovým génom alebo operátorovou sekvenciou.
Gén operátora je vždy umiestnený vedľa štruktúrneho génu (génov), ktorého expresia je zodpovedná za reguláciu, zatiaľ čo represorový gén kóduje proteín nazývaný „represor“, ktorý sa viaže na operátora a zabraňuje jeho transkripcii.
Transkripcia je potlačená, keď je represor spojený s operátorovým génom. Týmto spôsobom sa neexprimuje genetická expresia génov, ktoré kódujú enzýmy potrebné na asimiláciu laktózy, a preto nemôže metabolizovať uvedený disacharid.
Funkčný diagram laktónového operónu prostredníctvom rôznych kontrolných prvkov. Toto je „modelový“ operón, ktorý učitelia biológie používajú na výučbu fungovania týchto génov (Zdroj: Tereseik. Práca odvodená z obrazu G3pro. Španielsky preklad Alejandra Porto. Via Wikimedia Commons)
V súčasnosti je známe, že väzba represora na operátora pomocou stérických mechanizmov bráni tomu, aby sa RNA polymeráza viazala na miesto promótora, takže začne transkribovať gény.
Promótorové miesto je "miesto", ktoré RNA polymeráza rozpoznáva na viazanie a transkripciu génov. Pretože sa nemôže viazať, nemôže transkribovať žiadny z génov v sekvencii.
Operátorový gén leží medzi genetickou oblasťou sekvencie známej ako promótor a štrukturálnymi génmi. Jacob a Monod však tento región v čase neidentifikovali.
Teraz je známe, že úplná sekvencia, ktorá obsahuje štruktúrny gén alebo gény, operátor a promótor, je v podstate to, čo predstavuje „operón“.
Klasifikácia operónov
Operóny sú klasifikované iba do troch rôznych kategórií, ktoré závisia od spôsobu, akým sú regulované, to znamená, že niektoré sú exprimované nepretržite (konštitutívne), iné potrebujú nejakú špecifickú molekulu alebo faktor na aktiváciu (inducibilné) a iné sú exprimované nepretržite, kým nie sú regulované. že induktor je exprimovaný (potlačiteľný).
Tri druhy operónov sú:
Inducibilný operón
Operóny tohto typu sú regulované molekulami v prostredí, ako sú aminokyseliny, cukry, metabolity atď. Tieto molekuly sú známe ako induktory. Pokiaľ molekula, ktorá pôsobí ako induktor, nie je nájdená, gény operónu nie sú aktívne transkribované.
V indukovateľných operónoch sa voľný represor viaže na operátora a zabraňuje transkripcii génov nachádzajúcich sa v operóne. Keď sa induktor viaže na represor, vytvára sa komplex, ktorý sa nemôže viazať na represor, a tak sa transgujú gény operónu.
Opakovateľný operón
Tieto operóny závisia okrem iného od špecifických molekúl: aminokyselín, cukrov, kofaktorov alebo transkripčných faktorov. Sú známe ako Corepressors a pôsobia úplne opačným spôsobom ako induktory.
Až keď sa Corepressor viaže s represorom, transkripcia sa zastaví, a tak nedôjde k transkripcii génov obsiahnutých v operóne. Potom sa transkripcia represibilného operónu zastaví iba za prítomnosti corepressoru.
Konštitučný operón
Tieto typy operónov nie sú regulované. Sú neustále aktívne transkribované a v prípade akejkoľvek mutácie ovplyvňujúcej sekvenciu týchto génov môže byť ovplyvnený život buniek, ktoré ich obsahujú, a vo všeobecnosti spúšťa programovanú bunkovú smrť.
Príklady
Najskorším a najrozšírenejším príkladom funkcie operónu je lac (laktóza) operón. Tento systém je zodpovedný za transformáciu laktózy, disacharidu, na glukózu monosacharidov a galaktózu. V tomto procese pôsobia tri enzýmy:
- β-galaktozidáza zodpovedná za premenu laktózy na glukózu a galaktózu.
- Laktózová permeáza zodpovedná za prepravu laktózy z extracelulárneho média do vnútra bunky a
- Transcetyláza, ktorá patrí do systému, ale má neznámu funkciu
Operón trp (tryptofán) z Escherichia coli riadi syntézu tryptofánu a ako jeho prekurzor má kyselinu chorismovú. V tomto operóne sú gény pre päť proteínov, ktoré sa používajú na produkciu troch enzýmov:
- Prvý enzým kódovaný génmi E a D katalyzuje prvé dve reakcie tryptofánovej dráhy a je známy ako antranilátsyntetáza.
- Druhým enzýmom je glycerolfosfát a katalyzuje následné kroky na antranilát syntetázu
- Tretím a posledným enzýmom je tryptofán syntetáza, ktorá je zodpovedná za výrobu tryptofánu z indol-glycerol fosfátu a serínu (tento enzým je produktom génov B a A)
Referencie
- Blumenthal, T. (2004). Operóny v eukaryotoch. Briefings in Functional Genomics, 3 (3), 199-211.
- Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, a Santana Calderón, A. (2000). Základy genetiky. Základy genetiky.
- Osbourn, AE & Field, B. (2009). Operony. Science o bunkových a molekulárnych životoch, 66 (23), 3755-3775.
- Shapiro, J., Machattie, L., Eron, L., Ihler, G., Ippen, K., & Beckwith, J. (1969). Izolácia čistej lac operónovej DNA. Náture, 224 (5221), 768-774.
- Suzuki, DT, a Griffiths, AJ (1976). Úvod do genetickej analýzy. WH Freeman and Company.