A operon sestává ze skupiny sekvenčně uspořádaných genů, které se navzájem regulují, které kódují bílkoviny, které jsou funkčně příbuzné a které se nacházejí v genomu bakterií a genech „předků“.
Tento regulační mechanismus popsali F. Jacob a J. Monod v roce 1961, což je skutečnost, která jim v roce 1965 vynesla Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. Tito vědci navrhli a demonstrovali fungování operonů prostřednictvím genů, které kódují enzymy požadované Escherichia coli pro použití laktózy.
Operony mají na starosti koordinaci syntézy proteinů podle potřeb každé buňky, to znamená, že jsou exprimovány pouze pro generování proteinů v čase a na přesném místě, kde jsou požadovány..
Geny obsažené v operonech jsou obecně strukturální geny, což znamená, že kódují důležité enzymy, které se přímo podílejí na metabolických drahách v buňce. Může to být syntéza aminokyselin, energie ve formě ATP, sacharidů atd..
Operony se také běžně vyskytují v eukaryotických organismech, avšak na rozdíl od prokaryotických organismů se oblast operonu transkribuje jako jediná poselská molekula RNA..
Rejstřík článků
Prvním důležitým pokrokem týkajícím se operonů od Françoise Jacoba a Jacquesa Monoda bylo zaměřit se na problém „enzymatické adaptace“, která spočívala ve vzhledu specifického enzymu pouze tehdy, když byla buňka v přítomnosti substrátu.
Taková reakce buněk na substráty byla pozorována u bakterií po mnoho let. Vědci se však zajímali, jak buňka přesně určuje, který enzym musí syntetizovat, aby metabolizoval tento substrát..
Jacob a Monod pozorovali, že bakteriální buňky v přítomnosti galaktózových sacharidů produkovaly stokrát více β-galaktosidázy než za normálních podmínek. Tento enzym je zodpovědný za štěpení β-galaktosidů, takže je buňka využívá metabolicky.
Oba vědci tedy nazývali uhlohydráty galaktosidového typu jako „induktory“, protože byly zodpovědné za vyvolání zvýšení syntézy β-galaktosidázy.
Podobně Jacob a Monod našli genetickou oblast se třemi geny, které byly řízeny koordinovaným způsobem: gen Z kódující enzym β-galaktosidázu; gen Y, kódující enzym laktázovou permeázu (transport galaktosidu); a gen A, který kóduje enzym transacetylázu, který je také nezbytný pro asimilaci galaktosidů.
Prostřednictvím následných genetických analýz Jacob a Monod objasnili všechny aspekty genetické kontroly laktózového operonu a dospěli k závěru, že segment genů Z, Y a A představuje jedinou genetickou jednotku s koordinovaným výrazem, což definovali jako „operon“.
Model operonu byl poprvé přesně popsán v roce 1965 Jacobem a Monodem, aby vysvětlil regulaci genů, které jsou transkribovány a překládány pro enzymy, které jsou vyžadovány v Escherichia coli za účelem metabolizace laktózy jako zdroje energie.
Tito vědci navrhli, aby transkripty genu nebo sady genů, které se nacházejí postupně, byly regulovány dvěma prvky: 1) regulačním genem nebo represorovým genem 2) a operátorovým genem nebo operátorovou sekvencí.
Operátorový gen se vždy nachází vedle strukturních genů, jejichž exprese je odpovědná za regulaci, zatímco represorový gen kóduje protein nazývaný „represor“, který se váže na operátora a brání jeho transkripci..
Transkripce je potlačena, když je represor spojen s operátorským genem. Tímto způsobem není exprimována genetická exprese genů, které kódují enzymy nezbytné k asimilaci laktózy, a proto nemohou uvedený disacharid metabolizovat..
V současné době je známo, že vazba represoru k operátorovi brání pomocí sterických mechanismů tomu, že se RNA polymeráza váže na promotorové místo, takže začne přepisovat geny.
Promotorové místo je „místo“, které RNA polymeráza rozpoznává pro vazbu a transkripci genů. Protože se nemůže vázat, nemůže přepsat žádný z genů v sekvenci.
Operátorový gen leží mezi genetickou oblastí sekvence známé jako promotor a strukturními geny. Jacob a Monod však tuto oblast ve své době neidentifikovali.
V současné době je známo, že úplná sekvence zahrnující strukturní gen nebo geny, operátor a promotor, je v podstatě to, co tvoří „operon“.
Operony jsou klasifikovány pouze do tří různých kategorií, které závisí na způsobu, jakým jsou regulovány, to znamená, že některé jsou exprimovány nepřetržitě (konstitutivně), jiné potřebují určitou specifickou molekulu nebo faktor k aktivaci (indukovatelné) a jiné jsou exprimovány nepřetržitě, dokud není induktor vyjádřený (potlačitelný).
Tři typy operonů jsou:
Operony tohoto typu jsou regulovány molekulami v prostředí, jako jsou aminokyseliny, cukry, metabolity atd. Tyto molekuly jsou známé jako induktory. Pokud molekula, která působí jako induktor, není nalezena, operonové geny nejsou aktivně přepsány.
U indukovatelných operonů se volný represor váže na operátora a zabraňuje transkripci genů nalezených v operonu. Když se induktor váže na represor, vytváří se komplex, který se nemůže vázat na represor, a proto se překládají geny operonu.
Tyto operony závisí na konkrétních molekulách: mezi jinými aminokyselinami, cukry, kofaktory nebo transkripčními faktory. Tito jsou známí jako korepresory a působí naprosto opačně než induktory..
Pouze když se corepresor váže na represor, transkripce se zastaví a transkripce genů obsažených v operonu se tedy nevyskytuje. Potom se transkripce potlačitelného operonu zastaví pouze s přítomností corepresoru.
Tyto typy operonů nejsou regulovány. Jsou neustále aktivně přepisovány a v případě mutace ovlivňující sekvenci těchto genů může být ovlivněn život buněk, které je obsahují, a obecně spustit programovanou buněčnou smrt..
Nejstarším a nejuznávanějším příkladem funkce operonu je operon lac (laktóza). Tento systém je zodpovědný za transformaci laktózy, disacharidu, na monosacharidy glukózu a galaktózu. V tomto procesu působí tři enzymy:
- Β-galaktosidáza, zodpovědná za přeměnu laktózy na glukózu a galaktózu.
- Laktózová permeáza, zodpovědná za transport laktózy z extracelulárního média do vnitřku buňky a
- Transketyláza, která patří do systému, ale má neznámou funkci
Operon trp (tryptofan) z Escherichia coli řídí syntézu tryptofanu, který má jako prekurzor kyselinu chorismovou. V tomto operonu jsou geny pro pět proteinů, které se používají k produkci tří enzymů:
- První enzym kódovaný geny E a D katalyzuje první dvě reakce tryptofanové dráhy a je známý jako antranilát syntetáza.
- Druhým enzymem je glycerolfosfát, který katalyzuje následné kroky anthranilát syntetázy.
- Třetím a posledním enzymem je tryptofan syntetáza, zodpovědná za produkci tryptofanu z indol-glycerol fosfátu a serinu (tento enzym je produktem genů B a A)
Zatím žádné komentáře