2 typer operon system av genetikk fordeler av genet regulering

En operon er en del av genetisk materiale (eller DNA) som virker som en enkelt regulert enhet som har en eller flere strukturelle gener, et operatørgen, et promotergen, et regulatorgen, en repressor og en induktor eller corepressor (fra utsiden). Operatør-, promotor- og regulatorgener utgjør reguleringsregionen.

Operonsystemer er vanlige i prokaryotene. Den første operon là-operonen ble oppdaget av Jacob og Monad (1961). Senere ble en rekke slike operoner oppdaget, for eksempel trp-operon, ara-operon, hans operon, voloperasjon. Operoner er av to typer, inducerbare og repressible.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

Inducerbart operonsystem - Lac Operon (Fig 6.34):

Et inducerbart operonsystem er en regulert enhet av genetisk materiale som er slått på som respons på tilstedeværelsen av et kjemikalie. Den består av følgende deler:

Strukturelle gener:

De er de genene som faktisk syntetiserer mRNA. En mRNA styrer metabolisk aktivitet av cytoplasma gjennom dannelse av protein eller enzym over ribosomer. En operon har en eller flere strukturelle gener. Laktose eller lac-operon av Escherichia coli inneholder tre strukturgener (Z, Y, A).

De transkriberer et poiycistronisk mRNA-molekyl som hjelper i syntese av tre enzymer -P-galaktosidase for hydrolysering av laktose- eller galaktosid-, laktose- eller galaktosidpermease for å tillate innføring av laktose fra utsiden og tiogalaktosidacetylase eller transacetylase for metabolisering av giftige tiogalaktosider som også tillates oppføring av laktosepermease.

De tre enzymene produseres imidlertid i forskjellig molar konsentrasjon. Et meget lavt uttrykk for lakoperon og dermed dets enzymer er alltid tilstede. Førstegangsinngang av laktose til bakterie ville bare skje på grunn av denne aktiviteten.

Operatørgen:

Det er et gen som direkte styrer syntesen av mRNA over strukturgenene. Den er slått av ved tilstedeværelse av en repressor. En induktor kan ta bort repressoren og slå på genet. Genet dirigerer deretter strukturgenene til transkribering. Operatørgenet av lac operon er laget av bare 27 basepar.

Promoter Gene:

Det virker som et initieringssignal som fungerer som anerkjenningssenter for RNA-polymerase dersom operatørgenet er slått på. RNA-polymerase er bundet til promotorgenet. Når operatørgenet er funksjonelt, beveger polymerasen seg over det og når strukturgenene for å utføre transkripsjon.

Regulatorgenet (lac i-genet):

I lac-operon kalles det jeg -gen fordi det produserer en inhibitor eller repressor. Repressoren binder til operatørgen og stopper arbeidet til sistnevnte. Det utøver en negativ kontroll over arbeidet med strukturelle gener.

repressor:

Det er regulatorprotein syntetisert hele tiden (konstitutivt) av regulatoren i -gen. Repressor er ment for å blokkere operasjonsgenet slik at de strukturelle gener ikke kan danne mRNA. Den har to allosteriske steder, en for å feste til operasjonsgen og andre for binding til inducer.

Etter å ha kommet i kontakt med inducer undergår repressoren konformasjonsendring på en slik måte at den ikke kan kombinere med operatøren. Repressoren av laktose eller lac-operon er et protein med en molekylvekt på 160.000. Den består av fire underenheter, hver med molekylvekt på 40.000.

indus:

Det er en kjemikalie (substrat, hormon eller annen metabolitt) som etter å ha kommet i kontakt med repressoren, endrer sistnevnte til ikke-DNA-bindende tilstand for å frigjøre operatørgenet. Induktor for lac-operon av Escherichia coli er laktose (faktisk allolaktose, eller metabolitt av laktose).

LOKK:

Det er aktivator kalt katabolisk aktivatorprotein. Det utøver en positiv kontroll i lakoperon fordi RNA-polymerase i sin fravær ikke er i stand til å gjenkjenne promotorgenet. Genet sitt ligger vekk fra operonen, men reseptor CAP-stedet forekommer nær lac-promotoren. CAP aktiverer lac gener bare når glukose er fraværende.

RNA-polymerase er anerkjent av promotorgenet. Den passerer over det frigjorte operatorgenet og katalyserer deretter transkripsjon av mRNA over strukturgenene. MRNAene passerer inn i cytoplasma og danner spesielle proteiner eller enzymer. Av de tre enzymer produsert av lac-operon, er laktose-permease ment for å bringe laktose inne i cellen. B-galaktosidase (= laktase) bryter laktose i to komponenter, glukose og galaktose. Enzymet som laktase eller (3-galaktosidase som dannes som respons på nærværet av substratet kalles ofte induktivt eller adaptivt enzym.

Inducerbare operon systemer forekommer vanligvis i katabolske veier. Lakoperonen vil imidlertid ikke forbli uendelig uansett tilstedeværelse av laktose i det ytre miljø.

Det vil stoppe sin aktivitet med akkumulering av glukose og galaktose i cellen utover bakteriens kapasitet for deres metabolisme. Lac-operon er også under kontroll av positiv regulering.

Trykkbart operonsystem (figur 6.35):

Repressibelt operon-system finnes vanligvis i anabole baner. Operonen er aktiv, og enzymer produsert av dens strukturgener er normalt tilstede i cellen. Operonens funksjon stoppes når konsentrasjonen av et sluttprodukt krysser en terskelverdi. Et eksempel på repressibelt system er tryptofan eller trp operon av Escherichia coli. Det ble også utarbeidet av Jacob og Monod og består av følgende:

Strukturelle gener:

Generene er koblet til transkripsjon av mRNAer. MRNAene oversetter deres kodede informasjon i syntese av polypeptider. Polypeptider gir opphav til proteinholdige stoffer, inkludert enzymer. Tryptofanoperon har fem strukturelle gener-trp E, D, С, B, A. De danner enzymer for fem trinn med tryptofansyntese.

Operatørgen:

Det styrer funksjonen av strukturelle gener. Normalt holdes den slått på fordi aporepressoren produsert av regulatorgenet ikke er i stand til å blokkere operatørgen helt. Operatørgenet er slått av når en corepressor er tilgjengelig alongwith aporepressor.

Promoter Gene:

Det er stedet for initial binding av RNA-polymerase. Sistnevnte reiser fra promotorgen til strukturelle gener, forutsatt at operatørgenet er slått på.

Andre Regulatory Region Components:

To komponenter av regulatorisk region forekommer mellom operatørgen og strukturgenet E. De er ledersekvens (L) og demper (A). Ledersekvensen er involvert i styring av demper. Attenuator hjelper til med å redusere tryptofansyntese når den er til stede i tilstrekkelig mengde uten å slå av operonen.

Regulatorgener (trp R):

Den danner en proteinholdig komponent for mulig blokkering av operatørgenes aktivitet. Regulatorgenet av tryptofanoperon ligger i avstand fra den resterende operon.

Aporepressor:

Det er en proteinholdig substans syntetisert av regulatorgen. Aporepressor danner en komponent av repressor for blokkering av operatørgenes arbeid. For dette krever det en corepressor. Når sistnevnte ikke er tilgjengelig med riktig styrke, blir operatørgenet slått på, fordi aporepressor i seg selv ikke er i stand til å blokkere operatørgenes arbeid.

Corepressor:

Det er en nonproteinaceous komponent av repressor som også er et sluttprodukt av reaksjoner katalysert av enzymer fremstilt gjennom aktiviteten av strukturelle gener. Sluttproduktet benyttes ofte i en annen reaksjon, slik at det sjelden akkumuleres og dermed ikke fungerer som corepressor.

Men når det akkumuleres eller blir tilgjengelig fra ekstern kilde, blir sluttproduktet corepressor, kombinerer med aporepressor, danner repressor og blokkerer operatørgenet.

Strukturgenene stopper nå transkripsjon. Fenomenet er kjent som tilbakespring. Det utøver en negativ kontroll. I tryptofanoperon fungerer tryptofan (en aminosyre) som corepressor.

Forskjeller mellom induksjon og undertrykkelse:

induksjon:

1. Det er å slå på en operon som normalt forblir slått av.

2. Induksjon er forårsaket av et nytt substrat som skal håndteres og metaboliseres.

3. Det er generelt forbundet med en katabolisk vei.

4. Regulatorgenet til en operon, som er i stand til å gjennomgå induksjon, produserer en repressor som blokkerer operasjonsgenet.

5. Induksjon er fjerning av repressor av en operon av inducer metabolitten.

6. Inducer er substrat, hormon eller biprodukt.

7. Det gir transkripsjon og oversettelse.

Undertrykkelse:

1. Det slår av en operon som normalt forblir slått på.

2. Undertrykkelse skyldes økt dannelse eller tilgjengeligheten av en metabolitt.

3. Undertrykkelse er for det meste forbundet med en anabole vei.

4. Regulatorgenet til en operon, som er underlagt undertrykkelse, produserer en del av repressoren som kalles aporepressor. Det samme kan ikke blokkere operatørgenet.

5. Represjon er blokkering av operatorgenet til operon gjennom en kompleks repressor som dannes ved forening av aporepressor dannet av regulatorgen og corepressor som faktisk er et produkt av anabole vei.

6. Repressor er en sammensetning dannet av en aporepressor og en corepressor som vanligvis er et sluttprodukt av metabolisk vei.

7. Represjon stopper transkripsjon og oversettelse.

Fordeler med Gene Regulation:

1. En rekke relaterte gener som kreves for en bestemt metabolsk aktivitet kan slås på eller av samtidig.

2. Genregulering gjør at cellen kan justere metabolisme i henhold til krav om miljøendringer og utvikling.

3. Det er økonomisk fordi det bare syntetiserer enzymer når det kreves.

4. Genregulering bidrar til vekst og differensiering.

5. Det er nyttig i jevn gjennomføring av kjedereaksjoner.