A laktóz operon ( angolul lac operon ) egy bakteriális policisztronos operon , amely a laktóz metabolizmusához szükséges géneket kódolja .
A laktóz metabolizmus génexpressziójának szabályozását E. coliban ( Escherichia coli ) 1961 -ben írták le először F. Jacob és J. Monod [1] tudósok (aki 1965 -ben Nobel-díjat kapott A. Lvovval együtt ). A baktériumsejt csak akkor szintetizálja a laktóz metabolizmusában részt vevő enzimeket, ha laktóz van a környezetben, és a sejtben nincs glükóz .
A laktóz operon ( lac operon) három szerkezeti génből áll, egy promoterből , egy operátorból és egy terminátorból . Néha feltételezik, hogy az operon egy szabályozó gént is tartalmaz, amely egy represszor fehérjét kódol (bár az a genom egy másik régiójában található, és nincs közös promotere a laktóz operonnal).
A laktóz operon - lacZ , lacY és lacA szerkezeti génjei :
Csak a lacZ és lacY gének termékei szükségesek a laktóz katabolizmushoz ; a lacA géntermék szerepe nem tisztázott. Lehetséges, hogy az acetilezési reakció előnyt biztosít a baktériumoknak bizonyos nem metabolizálható béta-galaktozid analógok jelenlétében történő szaporodásban , mivel ez a módosítás a méregtelenítéshez és a sejtből történő eltávolításhoz vezet.
Az RNS polimeráz a transzkripciót a promoter régióból indítja el, amely átfedésben van az operátorrégióval . Laktóz hiányában vagy alacsony koncentrációjában a sejtben a represszor fehérje, amely a LacI monocisztronos operon terméke , reverzibilisen kötődik az operátor régióhoz, és megakadályozza a transzkripciót. Így a laktóz hiányában a sejtben a laktóz metabolizmusára szolgáló enzimek nem szintetizálódnak.
Még abban az esetben is, ha a β-galaktozid permeáz enzim hiányzik a sejt plazmamembránjából, a környezetből a laktóz kis mennyiségben bejuthat a sejtbe. A sejtben két laktózmolekula kötődik a represszor fehérjéhez, ami annak konformációjának megváltozásához, valamint a represszor fehérje kezelőhelyről való disszociációjához vezet. A laktóz operon gének transzkripciója elvégezhető. A laktózkoncentráció csökkenésével a represszor fehérje új részei kölcsönhatásba lépnek az operátor szekvenciákkal és megakadályozzák a transzkripciót. A laktóz-operon aktivitásának ezt a szabályozási mechanizmusát negatív indukciónak nevezik . Az induktor laktóz; amikor a represszor fehérjéhez kötődik, disszociál az operátor helyéről.
Ha a glükóz koncentrációja a sejtben elegendő az anyagcsere fenntartásához, akkor a laktóz operon aktiválása nem következik be. A laktóz operon promoter szekvenciája „gyenge”, ezért a transzkripció gyakorlatilag nem indul be, még ha az operátor régióban nincs is represszor fehérje. Amikor a glükóz koncentrációja a sejtben csökken, aktiválódik az adenilát-cikláz enzim , amely katalizálja az ATP ciklikus formává - cAMP -vé történő átalakulását (az AMP ciklikus formáját ebben az esetben "sejt éhségjelzésnek" is nevezik). A glükóz az adenilát-cikláz enzim inhibitora, és aktiválja a foszfodiészterázt , egy olyan enzimet, amely katalizálja a cAMP-molekula átalakulását AMP-vé. A cAMP egy katabolizmust aktiváló fehérjéhez ( CAP ) kötődik, komplexet képezve, amely kölcsönhatásba lép a laktóz operon promoterével, megváltoztatja annak konformációját, és az RNS polimeráz affinitásának növekedéséhez vezet ezen a helyen. Laktóz jelenlétében operongén expresszió lép fel. A CAP fehérje pozitív kontrollt fejt ki a laktóz operonon.
Tehát a laktóz asszimilációjára szolgáló enzimek az Escherichia coli sejtben szintetizálódnak két feltétel mellett: 1) laktóz jelenléte; 2) glükóz hiánya. A laktóz operon munkájának szabályozása a laktóz koncentrációjától függően a negatív visszacsatolás elve szerint történik : minél több a laktóz, annál több enzim a katabolizmusához (pozitív előrecsatolás); minél több enzim – minél kevesebb laktóz, annál kevesebb laktóz – annál kevesebb enzim termelődik (kettős negatív visszacsatolás).
A laktóz-operont alkotó gének transzkripciós szabályozásának leírt mechanizmusa miatt a baktériumok energiaköltségeiket úgy optimalizálják, hogy a laktózanyagcsere enzimeit nem folyamatosan, hanem csak akkor, amikor a sejtnek szüksége van rá, szintetizálják. Hasonló szabályozási mechanizmus létezik a legtöbb prokarióta esetében ; eukariótáknál ez sokkal bonyolultabb.
| Átírás (biológia) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Az átírás szabályozása |
| ||||||||||||
| Aktiválás | |||||||||||||
| Megindítás, inicializálás | Az átírás kezdőoldala | ||||||||||||
| Megnyúlás |
| ||||||||||||
| Felmondás | |||||||||||||