Operon - Operon
A genetikában az operon a DNS működő egysége, amely egyetlen promóter irányítása alatt álló géncsoportot tartalmaz . A géneket együtt írják át egy mRNS -szálba, és vagy együtt fordítják le a citoplazmában, vagy illesztésen mennek keresztül , hogy monocisztronikus mRNS -eket hozzanak létre , amelyeket külön fordítanak le, azaz több mRNS -szálat, amelyek mindegyike egyetlen génterméket kódol. Ennek az az eredménye, hogy az operonban található gének vagy együtt fejeződnek ki , vagy egyáltalán nem. Az operon meghatározásához több gént kell átírni .
Eredetileg úgy gondolták, hogy az operonok kizárólag prokariótákban léteznek (ideértve a baktériumokból származó organellákat is, mint a plasztidokat ), de mióta az 1990 -es évek elején felfedezték az első operonokat az eukariótákban , több bizonyíték merült fel arra utalva, hogy gyakoribbak, mint korábban feltételezte. Általában a prokarióta operonok expressziója policisztronikus mRNS -ek kialakulásához vezet, míg az eukarióta operonok monocistronikus mRNS -ekhez.
Az operonok olyan vírusokban is megtalálhatók, mint a bakteriofágok . Például a T7 fágoknak két operonja van. Az első operon különféle termékeket kódol, beleértve egy speciális T7 RNS polimerázt, amely képes kötődni és átírni a második operont. A második operont tartalmaz egy lízis gént jelentette, hogy hatására a gazdasejt szétrobban.
Történelem
Az "operon" kifejezést először a Francia Tudományos Akadémia Proceedings 1960-ban egy rövid dolgozatában javasolták . Ebből a cikkből alakították ki az operon úgynevezett általános elméletét. Ez az elmélet azt sugallta, hogy az operonon belüli géneket minden esetben negatívan szabályozza egy represszor , amely az első gén előtt található egyetlen operátoron működik . Később felfedezték, hogy a gének pozitívan szabályozhatók, és a transzkripció iniciálását követő lépésekben is szabályozhatók. Ezért nem lehet általános szabályozó mechanizmusról beszélni, mert a különböző operonok különböző mechanizmusokkal rendelkeznek. Ma az operont egyszerűen úgy határozzák meg, mint egyetlen mRNS -molekulává átírt géncsoportot. Ennek ellenére a koncepció kidolgozása mérföldkőnek számít a molekuláris biológia történetében. Az első leírt operon az E. coli lac operonja volt . Az 1965 -ös fiziológiai és orvosi Nobel -díjat François Jacob , André Michel Lwoff és Jacques Monod kapta az operon- és vírusszintézissel kapcsolatos felfedezéseikért.
Áttekintés
 |
Az operonok elsősorban prokariótákban, de néhány eukariótában is előfordulnak , beleértve a fonálférgeket, például a C. elegans -t és a gyümölcslegyet, a Drosophila melanogaster -t . Az rRNS -gének gyakran léteznek operonokban, amelyeket számos eukariótában találtak, beleértve a chordátokat is . Az operon több szerkezeti génből áll, amelyek közös promoter alatt vannak elrendezve, és közös operátor szabályozza őket. Ez a szomszédos szerkezeti gének halmaza, valamint a szomszédos szabályozó jelek, amelyek befolyásolják a strukturális gének transzkripcióját. 5 Az adott operon szabályozóit, beleértve a represszorokat , corepresszorokat és aktivátorokat , nem feltétlenül kódolja az operon. A regulátorok, promoter, operátor és szerkezeti DNS -szekvenciák elhelyezkedése és állapota meghatározhatja a gyakori mutációk hatását.
Operonoktól kapcsolatos regulonokmegválasztása , stimulons és modulons ; Míg az operonok ugyanazon operátor által szabályozott gének halmazát tartalmazzák, addig a regulonok egyetlen szabályozófehérje által szabályozott gének halmazát, míg az stimulonok egyetlen sejt -inger által szabályozott gének halmazát tartalmazzák. Szerzői szerint az "operon" kifejezés a "működni" igéből származik.
Az átírás egységeként
Az operon egy vagy több szerkezeti gént tartalmaz, amelyeket általában egy policisztronikus mRNS -be (egyetlen mRNS -molekula, amely egynél több fehérjét kódol ) írnak át . Az operon definíciója azonban nem igényli, hogy az mRNS policisztronikus legyen, bár a gyakorlatban általában az. A szerkezeti gének fölött egy promoter szekvencia található, amely helyet biztosít az RNS polimeráznak a transzkripció megkötéséhez és elindításához. A promóter közelében található a DNS egy része, amelyet operátornak neveznek .
Operonok a prokarióta gének klaszterezésével szemben
Az operon összes szerkezeti génje együtt BE- vagy KIKAPCSOLVA van, egyetlen promóter és operátor miatt, amely előttük van, de néha nagyobb ellenőrzésre van szükség a génexpresszió felett. Ennek elérése érdekében néhány bakteriális gén közel helyezkedik el egymáshoz, de mindegyikhez van egy speciális promoter; ezt hívják géncsoportnak . Általában ezek a gének olyan fehérjéket kódolnak, amelyek ugyanazon az úton, például egy anyagcsere útvonalon működnek együtt. A génhalmozás segíti a prokarióta sejteket a metabolikus enzimek megfelelő sorrendben történő előállításában.
Általános szerkezet
Az operon három alapvető DNS -összetevőből áll:
- Promoter - nukleotidszekvencia, amely lehetővé teszi egy gén átírását . A promótert az RNS polimeráz ismeri fel , amely ezután transzkripciót kezdeményez. Az RNS szintézis során a promóterek jelzik, hogy mely géneket kell használni a hírvivő RNS létrehozásához - és kiterjesztve azt is, hogy szabályozzák, hogy mely fehérjéket termel a sejt.
- Operátor - DNS -szegmens , amelyhez egy represszor kötődik. Klasszikusan a lac operonban határozzák meg, mint szegmenst a promoter és az operon génjei között. A lac operon fő operátora (O1) a promótertől kissé lefelé található; két további operátor, az O2 és az O3 -82, illetve +412 helyen található. Represszor esetén a represszorfehérje fizikailag akadályozza az RNS -polimerázt a gének átírásától.
- Szerkezeti gének -az operon által szabályozott gének.
Nem mindig szerepel az operonban, de funkciójában fontos egy szabályozó gén , egy folyamatosan expresszált gén, amely represszorfehérjéket kódol . A szabályozó génnek nem kell az operonban lennie, szomszédosnak lennie vele, vagy közel ahhoz, hogy irányítsa.
Az induktor (kis molekula) kiszoríthatja a represszort (fehérjét) a kezelő helyéről (DNS), ami gátlástalan operont eredményez.
Alternatív megoldásként egy corepressor kötődhet az represszorhoz, hogy lehetővé tegye a kötést a kezelő helyéhez. Az ilyen típusú szabályozás jó példája a trp operon .
Szabályozás
Az operon szabályozása egy olyan génszabályozás, amely lehetővé teszi az élőlények számára, hogy szabályozzák a különböző gének expresszióját a környezeti feltételektől függően. Az Operon szabályozás lehet negatív vagy pozitív indukció vagy elnyomás révén.
A negatív kontroll magában foglalja egy represszornak a kezelőhöz való kötődését, hogy megakadályozza az átírást.
- A negatív indukálható operonokban a szabályozó represszorfehérje rendszerint az operátorhoz kötődik, ami megakadályozza a gének transzkripcióját az operonon. Ha egy indukáló molekula van jelen, akkor kötődik a represszorhoz és megváltoztatja annak konformációját, így nem tud kötődni az operátorhoz. Ez lehetővé teszi az operon kifejezését. A lac operon egy negatívan szabályozott indukálható operon, ahol az indukáló molekula allolaktóz .
- A negatív represszálható operon átírása az operon normálisan zajlik. A represszorfehérjéket egy szabályozó gén termeli , de normál konformációjukban nem képesek az operátorhoz kötődni. Bizonyos, corepresszoroknak nevezett molekulákat azonban megköt a represszorfehérje, ami konformációs változást okoz az aktív helyen. Az aktivált represszorfehérje kötődik az operátorhoz és megakadályozza a transzkripciót. A trp -operon , amely részt vesz a triptofán szintézisében (amely maga is corepressorként működik), negatívan szabályozott elnyomható operon.
Az operonok is pozitívan szabályozhatók. Pozitív kontroll mellett egy aktivátorfehérje DNS -hez kötődve stimulálja a transzkripciót (általában az operátortól eltérő helyen).
- A pozitív indukálható operonok , aktivátor fehérjék általában nem képesek kötődni a vonatkozó DNS. Amikor az induktort megköti az aktiváló fehérje, akkor a konformáció megváltozása megy végbe, így képes kötődni a DNS -hez és aktiválni a transzkripciót.
- A pozitív represszálható operonok , az aktivátor fehérjék általában kötődnek a vonatkozó DNS-szegmenst. Ha azonban az inhibitor aktivátorhoz kötődik, akkor megakadályozza, hogy megkötje a DNS -t. Ez leállítja a rendszer aktiválását és átírását.
A lac operon
A lac operon a modell baktérium Escherichia coli volt az első operont felfedezett, és egy tipikus példája a operon funkciót. Három szomszédos szerkezeti génből , egy promoterből , egy terminátorból és egy operátorból áll . A lac operont számos tényező szabályozza, beleértve a glükóz és a laktóz rendelkezésre állását . Allolaktózzal aktiválható . A laktóz kötődik a represszor fehérjéhez, és megakadályozza, hogy elnyomja a gén transzkripcióját. Ez egy példa a derepresszív (felülről: negatív indukálható) modellre. Tehát ez egy negatív indukálható operon, amelyet laktóz vagy allolaktóz jelenléte indukál.
A trp operon
Jacques Monod és munkatársai 1953 -ban fedezték fel , az E. coli trp operon volt az első elfojtható operon, amelyet felfedeztek. Míg a lac operont egy vegyi anyag ( allolaktóz ) aktiválhatja , a triptofán (Trp) operont egy vegyi anyag (triptofán) gátolja. Ez az operon öt szerkezeti gént tartalmaz: trp E, trp D, trp C, trp B és trp A, amely triptofán szintetázt kódol . Tartalmaz továbbá egy promótert, amely az RNS -polimerázhoz kötődik, és egy operátort, amely blokkolja a transzkripciót, amikor az az operátorhoz kötődő represszorgén (trp R) által szintetizált fehérjéhez kötődik. A lac operonban a laktóz kötődik a represszor fehérjéhez, és megakadályozza, hogy elnyomja a géntranszkripciót, míg a trp operonban a triptofán kötődik a represszor fehérjéhez, és lehetővé teszi a gén transzkripció elnyomását. A lac operonnal ellentétben a trp operon egy vezérpeptidet és egy csillapító szekvenciát tartalmaz, amely lehetővé teszi a fokozatos szabályozást. Ez egy példa a corepressible modellre.
Az operonok számának és szervezetének előrejelzése
Az operonok számát és szervezetét az E. coliban tanulmányozták a legkritikusabban . Ennek eredményeképpen az élőlény genomiális szekvenciája alapján előrejelzéseket lehet tenni.
Az egyik előrejelzési módszer az olvasási keretek közötti intergenikus távolságot használja a genomban lévő operonok számának elsődleges előrejelzőjeként. Az elválasztás csupán megváltoztatja a keretet, és garantálja az átolvasás hatékonyságát. Hosszabb szakaszok léteznek ott, ahol az operonok elindulnak és megállnak, gyakran 40-50 bázisig.
Egy alternatív módszer az operonok előrejelzésére olyan géncsoportok megtalálásán alapul, ahol a génrend és orientáció két vagy több genomban konzervált.
Az Operon -előrejelzés még pontosabb, ha figyelembe vesszük a molekulák funkcionális osztályát. A baktériumok egységekbe csoportosították olvasási kereteiket, amelyeket a fehérjekomplexekben való közös részvétel, a közös útvonalak vagy a közös szubsztrátok és transzporterek kötnek össze. Így a pontos előrejelzés mindezeket az adatokat magában foglalja, ami valóban nehéz feladat.
Pascale Cossart laboratóriuma volt az első, amely kísérletileg azonosította egy mikroorganizmus, a Listeria monocytogenes összes operonját . Az 517 policisztronikus operont egy 2009 -es tanulmány tartalmazza, amely leírja a transzkripció globális változásait, amelyek L. monocytogenes -ben különböző körülmények között következnek be.
Lásd még
- Evolúciós fejlődésbiológia
- Genetikai kód
- Génszabályozó hálózat
- L-arabinóz operon
- A fehérjék bioszintézise
- TATA doboz
Hivatkozások
Külső linkek
- Mycobacterium tuberculosis H37Rv Operon korrelációs böngésző
- OBD - Operon Database (egy kicsit kínos a használata)