A operon består av en grupp sekventiellt ordnade gener som reglerar varandra, som kodar proteiner som är funktionellt relaterade och som finns i hela genomet av bakterier och "förfädernas" genom.
Denna regleringsmekanism beskrevs av F. Jacob och J. Monod 1961, ett faktum som gav dem Nobelpriset i fysiologi och medicin 1965. Dessa forskare föreslog och demonstrerade driften av operoner genom generna som kodar för de enzymer som krävs av Escherichia coli för användning av laktos.
Operoner ansvarar för att samordna proteinsyntesen efter varje cells behov, det vill säga de uttrycks bara för att generera proteiner vid den tidpunkten och på den exakta plats där de krävs..
Generna som finns i operoner är i allmänhet strukturgener, vilket betyder att de kodar för viktiga enzymer som är direkt involverade i metaboliska vägar i cellen. Dessa kan vara syntesen av aminosyror, energi i form av ATP, kolhydrater etc..
Operoner finns också vanligt förekommande i eukaryota organismer, men i motsats till prokaryota organismer transkriberas inte regionen av operon i eukaryoter som en enda budbärar-RNA-molekyl..
Artikelindex
Det första viktiga framsteget angående operoner gjorda av François Jacob och Jacques Monod var att fokusera på problemet med "enzymatisk anpassning", som bara bestod i att ett specifikt enzym framträdde när cellen var i närvaro av ett substrat.
Ett sådant svar från celler på substrat har observerats i bakterier under många år. Men forskarna undrade hur cellen bestämde exakt vilket enzym den var tvungen att syntetisera för att metabolisera det substratet..
Jacob och Monod observerade att bakterieceller i närvaro av galaktosliknande kolhydrater producerade 100 gånger mer β-galaktosidas än under normala förhållanden. Detta enzym är ansvarigt för att bryta ner β-galaktosider så att cellen använder dem metaboliskt.
Således kallade båda forskarna galaktosidtyp kolhydrater som "inducerare", eftersom de var ansvariga för att inducera en ökning av syntesen av β-galaktosidas.
På samma sätt hittade Jacob och Monod en genetisk region med tre gener som kontrollerades på ett samordnat sätt: Z-genen som kodade för enzymet β-galaktosidas; Y-genen som kodar för enzymet laktospermeas (galaktosidtransport); och gen A, som kodar för enzymet transacetylas, vilket också är viktigt för assimilering av galaktosider.
Genom efterföljande genetiska analyser klargjorde Jacob och Monod alla aspekter av den genetiska kontrollen av laktosoperonen och slutsatsen att segmentet av generna Z, Y och A utgör en enda genetisk enhet med samordnat uttryck, vilket var vad de definierade som "operon".
Operonmodellen beskrevs först noggrant 1965 av Jacob och Monod för att förklara regleringen av gener som transkriberas och översätts för de enzymer som krävs i Escherichia coli för att metabolisera laktos som energikälla.
Dessa forskare föreslog att transkriptionerna av genen eller uppsättningen gener som placeras i följd regleras av två element: 1) en reglerande gen eller repressorgenen 2) och en operatörsgen eller operatorsekvens.
Operatörgenen finns alltid bredvid struktur (erna) vars uttryck är ansvarig för reglering, medan repressorgenen kodar för ett protein som kallas "repressor" som binder till operatören och förhindrar transkription..
Transkription undertrycks när repressorn är kopplad till operatörgenen. På detta sätt uttrycks inte det genetiska uttrycket av generna som kodar för de enzymer som är nödvändiga för att assimilera laktos och kan därför inte metabolisera disackariden..
För närvarande är det känt att repressorns bindning till operatören med steriska mekanismer förhindrar att RNA-polymeras binder till promotorstället så att det börjar transkribera gener.
Promotorstället är "platsen" som RNA-polymeras känner igen för att binda och transkribera gener. Eftersom den inte kan binda kan den inte transkribera någon av generna i sekvensen.
Operatörgenen ligger mellan en genetisk region i sekvensen som kallas promotorn och de strukturella generna. Men Jacob och Monod identifierade inte denna region under sin tid.
Det är för närvarande känt att den fullständiga sekvensen som innefattar strukturgenen eller generna, operatören och promotorn, i huvudsak är vad som utgör en "operon".
Operoner klassificeras endast i tre olika kategorier som beror på hur de regleras, det vill säga några uttrycks kontinuerligt (konstitutiva), andra behöver någon specifik molekyl eller faktor för att aktivera (inducerbar) och andra uttrycks kontinuerligt tills att induceraren är uttryckt (tryckbar).
De tre typerna av operoner är:
Operoner av denna typ regleras av molekyler i miljön såsom aminosyror, sockerarter, metaboliter etc. Dessa molekyler är kända som inducerare. Om molekylen som fungerar som en inducerare inte hittas transkriberas inte operongenerna aktivt.
I inducerbara operoner binder den fria repressorn till operatören och förhindrar transkription av generna som finns i operonen. När induceraren binder till repressorn bildas ett komplex som inte kan binda till repressorn och därför översätts generna i operonen.
Dessa operoner är beroende av specifika molekyler: bland annat aminosyror, sockerarter, kofaktorer eller transkriptionsfaktorer. Dessa är kända som corepressorer och fungerar på ett helt motsatt sätt till induktorer..
Först när corepressorn binder till repressorn, stoppas transkriptionen och transkriptionen av generna som finns i operonen sker således inte. Då slutar transkriptionen av en tryckbar operon bara med närvaron av corepressorn.
Dessa typer av operoner är inte reglerade. De transkriberas ständigt aktivt, och i händelse av en mutation som påverkar sekvensen för dessa gener kan livslängden för cellerna som innehåller dem påverkas och i allmänhet utlösa programmerad celldöd..
Det tidigaste och mest erkända exemplet på en operons funktion är Operon lac (laktos). Detta system ansvarar för att omvandla laktos, en disackarid, till monosackariderna glukos och galaktos. Tre enzymer verkar i denna process:
- Β-galaktosidas, ansvarig för omvandling av laktos till glukos och galaktos.
- Laktospermeas, ansvarig för transport av laktos från det extracellulära mediet till det inre av cellen och
- Transketylas, som tillhör systemet men har en okänd funktion
Operonen trp (tryptofan) av Escherichia coli kontrollerar syntesen av tryptofan, med korisminsyra som föregångare. Inom denna operon finns generna för fem proteiner som används för produktion av tre enzymer:
- Det första enzymet, kodat av generna E och D, katalyserar de två första reaktionerna i tryptofanvägen och är känt som antranilatsyntetas.
- Det andra enzymet är glycerolfosfat och det katalyserar nedströmsstegen av antranilatsyntetas.
- Det tredje och sista enzymet är tryptofansyntetas, som ansvarar för att producera tryptofan från indol-glycerolfosfat och serin (detta enzym är en produkt av generna B och A)
Ingen har kommenterat den här artikeln än.