Оперон - це що таке
Модель оперона була вперше запропонована Ж. Моно і Ф. Жакобом. У 1961 р вони досліджували процеси, пов'язані з розвитком клітин кишкової палички. Зокрема вивчалися механізми контролю ділянок ДНК, що кодують молочний цукор (лактозу).
Моно і Жакоб запропонували схему координованого контролю діяльності структурних ділянок ДНК. Вчені дали їй назву "оперон". Принцип роботи схеми наступний. Транскрипція групи ділянок ДНК, що кодують поліпептидів, тісно пов'язаних один з одним функціонально, контролюється двома елементами. Першим є регулятор, а другим - оператор. Останній представлений послідовністю нуклеотидів, що примикають до контрольованих структурним ділянкам. Якщо в якості продукту регулятора виступає білок-компресор, то його приєднання до оператора буде блокувати транскрипцію ланок ДНК. Це, в свою чергу, є передумовою для формування стеріческіх перешкод для з'єднання РНК-полімерази з специфічним ділянкою-промотором. Останній необхідний для ініціації транскрипції. Інший розвиток подій буде в разі, якщо в якості регулятора виступає апоіндуктор. У цій ситуації його з'єднання з оператором створить умови для транскрипції.
Оперон - це послідовність ДНК, яка складається з тісно зчеплених кодують ділянок, промотора і оператора. Контролюючий елемент може розташовуватися поруч з нею або на певній відстані від неї. Оператор часто знаходиться між структурними ділянками і промотором. Існують низькомолекулярні речовини, якими може контролюватися оперон. Це, зокрема, ефектори, які є індукторами або крепрессорамі структурних ділянок, включених в схему.
Класифікація
Буває індукований або репресованих оперон. Це залежить від характеру впливу на їх діяльність молекул-ефекторів. У індукованих структур він приєднується до репрессора, блокуючи зв'язування з оператором. Відповідно, виникають перешкоди для транскрипції структурних ділянок. Така регуляція оперонов називається негативною. Разом з тим індуковані структури можуть бути під позитивним контролем. В цьому випадку ефектор зв'язується з регуляторною білкової молекулою, активізуючи її апоіндуктор. Приєднуючись до оператора, він забезпечує можливість транскрипції. Ці типи контролю діють і по відношенню до репресованих структур. Якщо регуляція негативна, ефектор, який виступає як корепрессора, з'єднується з неактивним репрессором і активує його. В результаті останній отримує здатність стикуватися з оператором, блокуючи тим самим транскрипцію. Якщо контроль позитивний, зв'язування відбувається з активним апоіндуктором. Цей комплекс не може з'єднуватися з оператором. Відповідно, структурні дільниці не транскрибуються.
При негативному контролі, таким чином, ефектор з'єднується з репрессором, викликаючи інактивацію або активацію. Відповідно, індукується або репресує транскрипція оперона. У разі позитивного контролю приєднання здійснюється до апоіндуктору. Цей процес блокує або дозволяє транскрипцію. Результат залежить від форми, якої набуває апоіндуктор при приєднанні до ефектору.
Будова оперона E.coli
У кишкової палички є структура, що володіє здатністю до зброджування молочного цукру. У неї входить промотор, оператор і три структурних ділянки ДНК. Кодування піддаються ферменти генгалактозідаза, галактозідпермеаза, тіогалактозідтрансацетілаза. Для кожного з них існує свій ген. Оперон включає в себе ділянки lac Z, lac А, lac Y. Перший кодує генгалактозідазу, каталізують молочний цукор до глюкози і галактози. Lac Y взаємодіє з галактозідпермеазой. Цей фермент забезпечує транспорт різних цукрів. Lac А кодує тіогалактозідтрансацетілазу. Її роль, однак, в процесі утилізації молочного цукру не ясна. Як правило, всі білки знаходяться в клітинах кишкової палички в невеликій кількості. Але при вирощуванні її в середовищі, де в якості єдиного джерела енергії та вуглецю виступає лактоза, число ферментів виростає в 1000 разів.
конститутивним синтез
Лактозна оперон включає в себе структурний ділянку lac 1. Їм кодується білок-репрессор. В активному стані він представляє собою тетрамер, який сформований з чотирьох копій ділянки lac 1 - поліпептидами, що включають в себе 360 амінокислот. Клітини зі змінами в цьому гені конститутивно по синтезу білків, що кодуються lac Z, Y і A. При цьому така ситуація можлива при наявності мутацій не тільки в репрессора, але і в операторі. Такі зміни завжди є цис-домінантними. Це пов'язано з тим, що оператор, на відміну від репрессора, може впливати на можливість транскрипції тільки в тому випадку, якщо розташовується в безпосередній близькості від промотора. Якщо в клітці присутній індуковані з'єднання, вони вступають з оператором в конкуренцію за молекули репрессора.
Ними можуть бути різні сполуки. Молочний цукор виступає одночасно і як індуктор, і як субстрат. У нормальних клітинах і при відсутності індукованих з'єднань залишкова активність ферментів забезпечує можливість проникнення лактози в мінімальних кількостях. В результаті каталітичної реакції молочний цукор трансформується в аллолактозу. Він, в свою чергу, зв'язується з репрессором і провокує його від'єднання від оператора. Це дозволяє РНК-полімерази зістикуватися з промотором. В результаті запускається транскрипція lac Z, A і Y. Сполуками, виступаючими тільки як індуктори, є ІПТГ і ТМГ, використовувані для вивчення контролю лактозного оперона.
Позитивно діють елементи
Їх виявлення обумовлюється діауксіей. Суть цього феномена в тому, що утилізація молочного цукру починається тільки після використання всієї наявної в середовищі глюкози. Діауксія - один із проявів катаболітной репресії. Цей глюкозний ефект відомий з 40-х рр. минулого століття. Він виражається в нездатності кишкової палички катаболізіровать різні вуглеводи в присутності глюкози. Вона, в свою чергу, виступає як більш ефективне джерело енергії.
механізм ефекту
Його змогли розшифрувати Пастан і Перлман. Вони виявили два елементи, якими транскрибується lac- оперон. Це невелика молекула-ефектор - цАМФ (циклічний аденозинмонофосфат) і білок-активатор катаболізму САР. У еукаріот перший виступає в якості медіатора дії гормонів. З'ясувалося, що при додаванні цАМФ до клітин кишкової палички, зростаючим в середовищі з присутністю глюкози, їх швидкість сповільнюється, але при цьому знімається катаболическая репресія. Це, в свою чергу, обумовлює можливість експресії lac-оперону при одночасному присутності лактози і глюкози. Через деякий час була виявлена зворотна залежність. Активність ферменту, який синтезує цАМФ, пригнічується глюкозою.
висновок
Транскрипція оперона знаходиться під подвійним контролем - негативним і позитивним. Комплекс САР-цАМФ дає можливість РНК-полімерази з'єднатися з матричної ДНК до початку процесу. В даний час вченими розшифрована повна нуклеотидная ланцюг регуляторної області lac-оперону, в якій присутній оператор і промотор. Більш того, в 1969 році була виділена його чиста ДНК, що містить фрагмент lac 1, повністю промоторних і операційна послідовності, lac Z і фрагмент lac Y. При дослідженні було встановлено, що значна роль у взаємодії мультімерной білків з ДНК належить симетричним структурам - паліндрома . В операторі lac-оперону їх присутній 26. При цьому 14 з них відрізняються специфічністю. У різних ланцюгах вони Новомосковскются однаково, але в протилежному напрямку. Паліндром виявлено і в ділянці промотора, взаємодіючому з комплексом САР-цАМФ.