Operan
Inom genetiken är ett operon en fungerande enhet av DNA som innehåller ett kluster av gener under kontroll av en enda promotor . Generna transkriberas tillsammans till en mRNA- sträng och translateras antingen tillsammans i cytoplasman, eller genomgår splitsning för att skapa monocistroniska mRNA:n som translateras separat, det vill säga flera mRNA-strängar som var och en kodar för en enda genprodukt. Resultatet av detta är att generna som finns i operonet antingen uttrycks tillsammans eller inte alls. Flera gener måste transkriberas samtidigt för att definiera ett operon.
Ursprungligen troddes operoner existera enbart i prokaryoter (som inkluderar organeller som plastider som härrör från bakterier ), men sedan upptäckten av de första operonerna i eukaryoter i början av 1990-talet har fler bevis dykt upp som tyder på att de är vanligare än tidigare antas. I allmänhet leder uttryck av prokaryota operoner till generering av polycistroniska mRNA, medan eukaryota operoner leder till monocistroniska mRNA.
Operaner finns också i virus som bakteriofager . Till exempel T7-fager två operoner. Det första operonet kodar för olika produkter, inklusive ett speciellt T7 RNA-polymeras som kan binda till och transkribera det andra operonet. Den andra operonen inkluderar en lysgen som är avsedd att få värdcellen att spricka.
Historia
Termen "operon" föreslogs först i en kort artikel i Proceedings of the French Academy of Science 1960. Från denna artikel utvecklades den så kallade allmänna teorin om operon. Denna teori föreslog att gener i ett operon i alla fall kontrolleras negativt av en repressor som verkar på en enda operatör som är placerad före den första genen. Senare upptäcktes att gener kunde regleras positivt och även regleras i steg som följer efter transkriptionsinitiering. Därför går det inte att tala om en generell regleringsmekanism, eftersom olika operoner har olika mekanismer. Idag definieras operonet helt enkelt som ett kluster av gener som transkriberas till en enda mRNA-molekyl. Ändå anses utvecklingen av konceptet vara en milstolpe i molekylärbiologins historia. Det första operonet som skulle beskrivas var lac-operonet i E. coli . 1965 års Nobelpris i fysiologi och medicin tilldelades François Jacob , André Michel Lwoff och Jacques Monod för deras upptäckter rörande operon- och virussyntesen.
Översikt
 |
Operoner förekommer främst i prokaryoter men också i vissa eukaryoter , inklusive nematoder som C. elegans och fruktflugan, Drosophila melanogaster . rRNA- gener finns ofta i operoner som har hittats i en rad eukaryoter inklusive chordater . Ett operon består av flera strukturella gener ordnade under en gemensam promotor och reglerad av en gemensam operatör. Det definieras som en uppsättning av intilliggande strukturella gener, plus de intilliggande regulatoriska signalerna som påverkar transkriptionen av de strukturella generna. 5 Regulatorerna för en given operon, inklusive repressorer , corepressorer och aktivatorer , är inte nödvändigtvis kodade av den operonen. Placeringen och tillståndet för regulatorerna, promotorn, operatören och strukturella DNA-sekvenser kan bestämma effekterna av vanliga mutationer.
Operaner är relaterade till reguloner , stimuloner och moduloner ; medan operoner innehåller en uppsättning gener som regleras av samma operatör, reguloner innehåller en uppsättning gener som regleras av ett enda regulatoriskt protein, och stimuloner innehåller en uppsättning gener som regleras av en enda cellstimulus. Enligt dess författare är termen "operon" härledd från verbet "att operera".
Som en enhet för transkription
En operon innehåller en eller flera strukturella gener som vanligtvis transkriberas till ett polycistroniskt mRNA (en enda mRNA-molekyl som kodar för mer än ett protein ). Definitionen av ett operon kräver dock inte att mRNA:t är polycistroniskt, även om det i praktiken vanligtvis är det. Uppströms om de strukturella generna ligger en promotorsekvens som tillhandahåller ett ställe för RNA-polymeras att binda och initiera transkription. Nära promotorn ligger en del av DNA som kallas en operator .
Operaner kontra klustring av prokaryota gener
Alla strukturella gener för en operon slås PÅ eller AV tillsammans, på grund av en enda promotor och operatör uppströms till dem, men ibland behövs mer kontroll över genuttrycket. För att uppnå denna aspekt är vissa bakteriegener belägna nära varandra, men det finns en specifik promotor för var och en av dem; detta kallas genklustring . Vanligtvis kodar dessa gener för proteiner som kommer att arbeta tillsammans i samma väg, såsom en metabolisk väg. Genklustring hjälper en prokaryot cell att producera metaboliska enzymer i rätt ordning.
Allmän struktur
En operon består av tre grundläggande DNA-komponenter:
- Promotor – en nukleotidsekvens som gör att en gen kan transkriberas . Promotorn känns igen av RNA-polymeras , som sedan initierar transkription. I RNA-syntes indikerar promotorer vilka gener som ska användas för att skapa budbärar-RNA – och i förlängningen styra vilka proteiner cellen producerar.
- Operator – ett DNA- segment till vilket en repressor binder. Det definieras klassiskt i lac-operonet som ett segment mellan promotorn och operonets gener. Huvudoperatören (O1) i lac -operonet är belägen något nedströms om promotorn; ytterligare två operatörer, O2 och O3, ligger på -82 respektive +412. I fallet med en repressor hindrar repressorproteinet fysiskt RNA-polymeraset från att transkribera generna.
- Strukturella gener – de gener som samregleras av operonet.
Inte alltid inkluderad i operonet, men viktig i dess funktion är en regulatorisk gen , en konstant uttryckt gen som kodar för repressorproteiner . Den regulatoriska genen behöver inte vara i, intill eller ens nära operonet för att kontrollera den.
En inducerare (liten molekyl) kan förskjuta en repressor (protein) från operatörsplatsen (DNA), vilket resulterar i ett ohämmat operon.
Alternativt kan en sampressor binda till repressorn för att tillåta dess bindning till operatörsstället. Ett bra exempel på denna typ av reglering ses för trp-operonet .
förordning
Kontroll av ett operon är en typ av genreglering som gör det möjligt för organismer att reglera uttrycket av olika gener beroende på miljöförhållanden. Operonreglering kan vara antingen negativ eller positiv genom induktion eller förtryck.
Negativ kontroll involverar bindning av en repressor till operatören för att förhindra transkription.
- I negativa inducerbara operoner är normalt ett regulatoriskt repressorprotein bundet till operatören, vilket förhindrar transkriptionen av generna på operonet. Om en inducerare molekyl är närvarande, binder den till repressorn och ändrar dess konformation så att den inte kan binda till operatören. Detta möjliggör uttryck av operon. Lac - operonet är ett negativt kontrollerat inducerbart operon, där inducermolekylen är allolaktos .
- I negativa undertryckbara operoner sker transkription av operonet normalt. Repressorproteiner produceras av en regulatorgen , men de kan inte binda till operatören i sin normala konformation. Men vissa molekyler som kallas corepressorer är bundna av repressorproteinet, vilket orsakar en konformationsförändring av det aktiva stället. Det aktiverade repressorproteinet binder till operatören och förhindrar transkription. Trp - operonet , involverat i syntesen av tryptofan (som själv fungerar som corepressor), är ett negativt kontrollerat repressibelt operon.
Operan kan också kontrolleras positivt. Med positiv kontroll stimulerar ett aktivatorprotein transkription genom att binda till DNA (vanligtvis på en annan plats än operatören).
- I positiva inducerbara operoner är aktivatorproteiner normalt oförmögna att binda till det relevanta DNA:t. När en inducerare binds av aktivatorproteinet genomgår den en förändring i konformation så att den kan binda till DNA:t och aktivera transkription.
- I positiva repressibla operoner är aktivatorproteinerna normalt bundna till det relevanta DNA-segmentet. Men när en hämmare binds av aktivatorn, hindras den från att binda DNA:t. Detta stoppar aktivering och transkription av systemet.
Lac - operonen
Lac - operonet av modellbakterien Escherichia coli var det första operonet som upptäcktes och ger ett typiskt exempel på operons funktion . Den består av tre intilliggande strukturella gener , en promotor , en terminator och en operator . Lac - operonet regleras av flera faktorer, inklusive tillgången på glukos och laktos . Det kan aktiveras av allolaktos . Laktos binder till repressorproteinet och hindrar det från att undertrycka gentranskription. Detta är ett exempel på den nedtryckbara (från ovan: negativ inducerbar) modellen. Så det är ett negativt inducerbart operon inducerat av närvaron av laktos eller allolaktos.
Trp - operonen
Upptäckt 1953 av Jacques Monod och kollegor, trp-operonen i E. coli var den första förtryckbara operonen som upptäcktes. Medan lac-operonet kan aktiveras av en kemikalie ( allolaktos ), hämmas tryptofan- (Trp)-operonet av en kemikalie (tryptofan). Detta operon innehåller fem strukturella gener: trp E, trp D, trp C, trp B och trp A, som kodar för tryptofansyntetas . Den innehåller också en promotor som binder till RNA-polymeras och en operator som blockerar transkription när den binds till proteinet som syntetiseras av repressorgenen (trp R) som binder till operatorn. I lac-operonet binder laktos till repressorproteinet och hindrar det från att undertrycka gentranskription, medan i trp-operonet binder tryptofan till repressorproteinet och gör det möjligt för det att undertrycka gentranskription. Också till skillnad från lac-operonet innehåller trp-operonet en ledarpeptid och en attenuatorsekvens som möjliggör graderad reglering. Detta är ett exempel på den samtryckbara modellen.
Förutsäga antalet och organisationen av operoner
Antalet och organisationen av operoner har studerats mest kritiskt i E. coli . Som ett resultat kan förutsägelser göras baserat på en organisms genomiska sekvens.
En prediktionsmetod använder det intergena avståndet mellan läsramar som en primär prediktor för antalet operoner i genomet. Separationen ändrar bara ramen och garanterar att genomläsningen är effektiv. Längre sträckor finns där operoner startar och stannar, ofta upp till 40–50 baser.
En alternativ metod för att förutsäga operoner bygger på att hitta genkluster där genens ordning och orientering är bevarad i två eller flera genom.
Operonförutsägelse är ännu mer exakt om molekylernas funktionella klass beaktas. Bakterier har grupperat sina läsramar i enheter, sekvestrerade genom saminvolvering i proteinkomplex, gemensamma vägar eller delade substrat och transportörer. Således skulle korrekt förutsägelse involvera alla dessa data, en svår uppgift.
Pascale Cossarts laboratorium var det första som experimentellt identifierade alla operoner av en mikroorganism, Listeria monocytogenes . De 517 polycistroniska operonerna är listade i en studie från 2009 som beskriver de globala förändringar i transkription som sker i L. monocytogenes under olika förhållanden.
Se även
- Evolutionär utvecklingsbiologi
- Genetisk kod
- Generellt nätverk
- L-arabinosoperon
- Proteinbiosyntes
- TATA box
- Umu Chromotest
externa länkar
- Mycobacterium tuberculosis H37Rv Operon Correlation Browser
- OBD - Operon-databas (men lite besvärlig att använda)
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
