A operon constă dintr-un grup de gene ordonate secvențial care se reglează reciproc, care codifică proteine care sunt funcțional legate și care se găsesc în genomul bacteriilor și genomul „ancestral”.
Acest mecanism de reglare a fost descris de F. Jacob și J. Monod în 1961, fapt care le-a adus premiul Nobel pentru fiziologie și medicină în 1965. Acești cercetători au propus și au demonstrat funcționarea operonilor prin intermediul genelor care codifică enzimele cerute de Escherichia coli pentru utilizarea lactozei.
Operonii sunt responsabili de coordonarea sintezei proteinelor în funcție de nevoile fiecărei celule, adică sunt exprimate doar pentru a genera proteine în momentul și în locul exact unde sunt necesare..
Genele conținute în operoni sunt în general gene structurale, ceea ce înseamnă că codifică enzime importante care sunt direct implicate în căile metabolice din interiorul celulei. Acestea pot fi sinteza aminoacizilor, energie sub formă de ATP, carbohidrați etc..
Operonii se găsesc, de asemenea, în mod obișnuit în organismele eucariote, cu toate acestea, spre deosebire de organismele procariote, în eucariote regiunea operonului nu este transcrisă ca o singură moleculă de ARN mesager..
Indice articol
Primul avans important în ceea ce privește operonii realizați de François Jacob și Jacques Monod a fost să ne concentrăm asupra problemei „adaptării enzimatice”, care a constat în apariția unei enzime specifice numai atunci când celula era în prezența unui substrat..
Un astfel de răspuns al celulelor la substraturi a fost observat la bacterii de mulți ani. Cu toate acestea, cercetătorii s-au întrebat cum celula a determinat exact ce enzimă trebuie să sintetizeze pentru a metaboliza acel substrat..
Jacob și Monod au observat că celulele bacteriene, în prezența glucidelor asemănătoare galactozei, produceau de 100 de ori mai multă β-galactozidază decât în condiții normale. Această enzimă este responsabilă pentru descompunerea β-galactozidelor, astfel încât celula să le utilizeze metabolic.
Astfel, ambii cercetători au numit carbohidrați de tip galactozid ca „inductori”, deoarece aceștia au fost responsabili de inducerea unei creșteri a sintezei β-galactozidazei.
La fel, Jacob și Monod au găsit o regiune genetică cu trei gene care au fost controlate într-un mod coordonat: gena Z, care codifică enzima β-galactozidază; gena Y, codificând enzima lactoză permează (transport galactozidic); și gena A, care codifică enzima transacetilază, care este, de asemenea, esențială pentru asimilarea galactozidelor.
Prin analize genetice ulterioare, Jacob și Monod au clarificat toate aspectele controlului genetic al operonului lactozei, concluzionând că segmentul genelor Z, Y și A constituie o unitate genetică unică cu expresie coordonată, ceea ce au definit ca „operon”.
Modelul de operon a fost descris pentru prima dată cu acuratețe în 1965 de Jacob și Monod pentru a explica reglarea genelor care sunt transcrise și traduse pentru enzimele care sunt necesare în Escherichia coli pentru a metaboliza lactoza ca sursă de energie.
Acești cercetători au propus că transcrierile genei sau ale setului de gene care sunt localizate consecutiv sunt reglementate de două elemente: 1) o genă reglatoare sau o genă represoare 2) și o genă operator sau o secvență operator.
Gena operator se găsește întotdeauna lângă gena (structurile) structurală a cărei expresie este responsabilă de reglare, în timp ce gena represorului codifică o proteină numită „represor” care se leagă de operator și împiedică transcrierea acesteia..
Transcrierea este reprimată atunci când represorul este legat de gena operatorului. În acest fel, expresia genetică a genelor care codifică enzimele necesare asimilării lactozei nu sunt exprimate și, prin urmare, nu pot metaboliza dizaharida menționată..
În prezent, se știe că legarea represorului la operator împiedică, cu mecanisme sterice, ca ARN polimeraza să se lege de locul promotor, astfel încât să înceapă să transcrie gene.
Site-ul promotor este „site-ul” pe care ARN polimeraza îl recunoaște pentru a se lega și a transcrie gene. Deoarece nu se poate lega, nu poate transcrie niciuna dintre genele din secvență.
Gena operator se află între o regiune genetică a secvenței cunoscute sub numele de promotor și genele structurale. Cu toate acestea, Iacob și Monod nu au identificat această regiune la vremea lor.
În prezent se știe că secvența completă care include gena sau genele structurale, operatorul și promotorul, este în esență ceea ce constituie un "operon".
Operonii sunt clasificați în doar trei categorii diferite care depind de modul în care sunt reglate, adică unele sunt exprimate continuu (constitutive), altele au nevoie de o anumită moleculă sau factor specific pentru a se activa (inductibil), iar altele sunt exprimate continuu până când inductorul este exprimat (reprimabil).
Cele trei tipuri de operoni sunt:
Operonii de acest tip sunt reglementați de molecule din mediu precum aminoacizi, zaharuri, metaboliți etc. Aceste molecule sunt cunoscute sub numele de inductori. Dacă molecula care acționează ca inductor nu este găsită, genele operonului nu sunt transcrise în mod activ.
În operonii inductibili, represorul liber se leagă de operator și împiedică transcrierea genelor găsite în operon. Când inductorul se leagă de represor, se formează un complex care nu se poate lega de represor și, prin urmare, genele operonului sunt traduse.
Acești operoni depind de molecule specifice: aminoacizi, zaharuri, cofactori sau factori de transcripție, printre altele. Acestea sunt cunoscute sub numele de corepressori și acționează într-un mod total opus inductoarelor..
Doar atunci când corepresorul se leagă de represor, transcrierea se oprește și astfel transcrierea genelor conținute în operon nu are loc. Apoi, transcrierea unui operon reprimabil se oprește numai cu prezența corepresorului.
Aceste tipuri de operoni nu sunt reglementate. Acestea sunt transcrise în mod activ în mod constant și, în cazul unei mutații care afectează secvența acestor gene, viața celulelor care le conțin poate fi afectată și, în general, poate declanșa moartea celulară programată..
Cel mai vechi și mai recunoscut exemplu al funcției unui operon este Operonul lac (lactoză). Acest sistem este responsabil pentru transformarea lactozei, o dizaharidă, în monozaharide glucoză și galactoză. Trei enzime acționează în acest proces:
- Β-galactozidaza, responsabilă de transformarea lactozei în glucoză și galactoză.
- Lactoză permeabilă, responsabilă de transportul lactozei din mediul extracelular către interiorul celulei și
- Transketilaza, care aparține sistemului, dar are o funcție necunoscută
Operonul trp (triptofan) de Escherichia coli controlează sinteza triptofanului, având ca precursor acidul corismic. În cadrul acestui operon sunt genele pentru cinci proteine care sunt utilizate pentru producerea a trei enzime:
- Prima enzimă, codificată de genele E și D, catalizează primele două reacții ale căii triptofanului și este cunoscută sub numele de antranilat sintetază.
- A doua enzimă este glicerolfosfatul și catalizează etapele din aval de antranilat sintetază.
- A treia și ultima enzimă este triptofan sintetaza, responsabilă de producerea triptofanului din fosfat de indol-glicerol și serină (această enzimă este un produs al genelor B și A)
Nimeni nu a comentat acest articol încă.