ОПЕРОН: ОТКРИЋЕ, МОДЕЛ, КЛАСИФИКАЦИЈА, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2024

Оперон састоји од групе секвенцијално наручених гена који регулишу међусобно, који кодирају протеине који су функционално повезани, и да се могу наћи широм генома бактерија и "предака" генома.

Тај регулаторни механизам описали су Ф. Јацоб и Ј. Монод 1961. године, чињеница која им је донела Нобелову награду за физиологију и медицину 1965. Ови истраживачи су предложили и доказали деловање оперона помоћу гена који кодирају ензима који су потребни Есцхерицхиа цоли за искориштавање лактозе.

Графички дијаграм ланца ДНК са генима који садрже лактозни оперон (Промотор, Оператор, лацЗ, лацИ, лацА и терминатор) (Извор: Ллулл ~ цоммонсвики Виа Викимедиа Цоммонс)

Оперони су одговорни за координацију синтезе протеина у складу са потребама сваке ћелије, односно они су експримирани само да стварају протеине у време и на тачно место где су потребни.

Гени садржани у оперону су углавном структурални гени, што значи да кодирају важне ензиме који су директно укључени у метаболичке путеве унутар ћелије. То могу бити синтеза аминокиселина, енергије у облику АТП-а, угљених хидрата итд.

Оперони се такође често налазе у еукариотским организмима, међутим, за разлику од прокариотских организама, у еукариотама регион оперона није транскрибован као један молекулски РНА молекул.

Откриће

Први важан напредак у вези с опероном који су направили Францоис Јацоб и Јацкуес Монод био је решавање проблема „ензимске адаптације“, који се састојао у појави специфичног ензима само када је ћелија била у присуству супстрата.

Такав одговор ћелија на супстрате био је примећен у бактеријама дужи низ година. Међутим, истраживачи су се питали како ћелија тачно одређује који ензим је синтетизовао да би метаболизовао тај супстрат.

Јацоб и Монод приметили су да бактеријске ћелије, у присуству угљених хидрата сличних галактози, производе 100 пута више β-галактозидазе него у нормалним условима. Овај ензим је одговоран за разградњу β-галактозида тако да их ћелија користи у метаболизму.

Стога су оба истраживача назвала угљикохидрате типа галактозида "индукторима", пошто су они одговорни за индукцију повећања синтезе п-галактозидазе.

Исто тако, Јацоб и Монод пронашли су генетску регију са три гена која су била координирана: З гена, који кодира ензим β-галактозидазу; И ген, који кодира ензим лактозну пермезу (транспорт галактозида); и ген А, који кодира ензим трансацетилаза, који је такође неопходан за асимилацију галактозида.

Каснијим генетским анализама Јацоб и Монод су разјаснили све аспекте генетске контроле лактозне опероне, закључујући да сегмент гена З, И и А чини јединствену генетску јединицу са координираном експресијом, што је и дефинисано као "оперон".

Оперон модел

Модел оперона први пут су прецизно описали Јацоб и Монод да би објаснили регулацију гена који се преписују и преводе за ензиме потребне у Есцхерицхиа цоли како би се метаболизовала лактоза као извор енергије. .

Ови истраживачи су предложили да транскрипти гена или скупа гена који се налазе узастопно регулишу два елемента: 1) регулаторни ген или репресорски ген 2) и оперативни ген или оперативни низ.

Операторски ген се увек налази поред структуралних гена (гена) чија експресија је одговорна за регулисање, док репресорски ген кодира протеин назван "репресор" који се веже за оператора и спречава његову транскрипцију.

Транскрипција је потиснута када је репрессор повезан са оперативним геном. На тај начин, генетска експресија гена који кодирају ензиме неопходне за асимилацију лактозе није експримирана и, према томе, не може метаболизирати наведени дисахарид.

Функционални дијаграм лактозног оперона кроз његове различите контролне елементе. Ово је „модел“ оперона који користе наставници биологије да подучавају функционисање ових гена (Извор: Тересеик. Рад изведен из слике Г3про. Шпански превод Алејандро Порто. Виа Викимедиа Цоммонс)

Тренутно је познато да везивање репресора на оператора спречава, стерилним механизмима, да се РНА полимераза везује за место промотора тако да почиње преписивати гене.

Промоторско место је "место" за које РНА полимераза препознаје да везује и преписује гене. Како се не може везати, не може преписати ниједан ген у низу.

Операторски ген лежи између генетичке регије секвенце познате као промотор и структуралних гена. Међутим, Јацоб и Монод нису идентифицирали овај крај у своје вријеме.

Сада је познато да је комплетна секвенца која укључује структурални ген или гене, оператора и промотора, у суштини оно што представља "оперон".

Класификација оперона

Опери су класификовани у само три различите категорије које зависе од начина на који су регулисани, то јест, неки се изражавају континуирано (конститутивни), другима је потребан одређени молекул или фактор да се активирају (индуцибилни), а други се не изражавају континуирано до да је индуктор изражен (потпун).

Три врсте оперона су:

Индуцибле оперон

Оперони ове врсте су регулисани молекулама у окружењу као што су аминокиселине, шећери, метаболити итд. Ови молекули су познати као индуктори. Ако се не нађе молекул који делује као индуктор, гени оперона се активно не преписују.

Код индуцибилних оперона, слободни репресор се веже за оператора и спречава транскрипцију гена који се налазе у оперону. Када се индуктор веже за репресора, формира се комплекс који се не може везати за репрессора и на тај начин се гени оперона преводе.

Отпорни оперон

Ови оперони зависе од одређених молекула: аминокиселина, шећера, кофактора или фактора транскрипције. Познати су као језгра и дјелују на потпуно супротан начин од индуктора.

Тек када се цорепрессор веже са репресором, транскрипција се зауставља и на тај начин се не врши транскрипција гена садржаних у оперону. Тада се транскрипција репресивног оперона зауставља само уз присуство језгре.

Конститутивни оперон

Ове врсте оперона нису регулисане. Они се непрестано преписују и у случају било каквих мутација које утичу на редослед ових гена, може утицати на живот ћелија које их садрже и, уопште, потакнути програмирану ћелијску смрт.

Примери

Најранији и најпознатији пример функције оперона је лац (лактоза) оперон. Овај систем је одговоран за претварање лактозе, дисахарида, у моносахариде глукозу и галактозу. У том процесу делују три ензима:

- β-галактозидаза одговорна за претварање лактозе у глукозу и галактозу.

- лактозна пермеза, одговорна за транспорт лактозе из ванћелијског медија у унутрашњост ћелије и

- Трансцетилаза, која припада систему, али има непознату функцију

Трп (триптофан) оперон из Есцхерицхиа цоли контролише синтезу триптофана, чији је хоризицна киселина као претходник. Унутар овог оперона налазе се гени за пет протеина који се користе за производњу три ензима:

- Први ензим, кодиран генима Е и Д, катализује прве две реакције триптофановог пута и познат је као антранилат синтетаза

- Други ензим је глицеролфосфат и катализује следеће кораке за антранилат синтетазу

- Трећи и последњи ензим је триптофан синтетаза, одговоран за производњу триптофана из индола-глицерол фосфата и серина (овај ензим је производ гена Б и А)

Референце

1. Блументхал, Т. (2004). Отвара се у еукариотама. Бриефингс ин Фунцтионал Геномицс, 3 (3), 199-211.
2. Гарднер, ЕЈ, Симмонс, МЈ, Снустад, ПД, и Сантана Цалдерон, А. (2000). Принципи генетике. Принципи генетике.
3. Осбоурн, АЕ, и Фиелд, Б. (2009). Оперони. Науке о ћелијском и молекуларном животу, 66 (23), 3755-3775.
4. Схапиро, Ј., Мацхаттие, Л., Ерон, Л., Ихлер, Г., Иппен, К., и Бецквитх, Ј. (1969). Изолација чисте ДНК чистог лака. Природа, 224 (5221), 768-774.
5. Сузуки, ДТ, и Гриффитхс, АЈ (1976). Увод у генетску анализу. ВХ Фрееман анд Цомпани.