2 Tipi di Sistema Operon di Genetica Vantaggi del Regolamento genetico

Un operone è una parte del materiale genetico (o DNA) che agisce come una singola unità regolata avente uno o più geni strutturali, un gene operatore, un gene promotore, un gene regolatore, un repressore e un induttore o corepressore (dall'esterno). I geni dell'operatore, del promotore e del regolatore costituiscono la regione di regolamentazione.

I sistemi operativi sono comuni nei prokarytoes. Il primo operone opera fu scoperto da Jacob e Monad (1961). Più tardi un certo numero di tali operoni sono stati scoperti, ad esempio, trp -operon, ara -operon, his-operon, vol -operon. Gli operatori sono di due tipi, inducibili e repressibili.

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Sistema operativo inducibile - Lac Operon (Fig. 6.34):

Un sistema operativo inducibile è un'unità regolata di materiale genetico che viene attivata in risposta alla presenza di una sostanza chimica. Consiste delle seguenti parti:

Geni strutturali:

Sono quei geni che sintetizzano effettivamente gli mRNA. Un mRNA controlla l'attività metabolica del citoplasma attraverso la formazione di proteine ​​o di enzimi sui ribosomi. Un operone ha uno o più geni strutturali. Il lattosio o lac-operon di Escherichia coli contiene tre geni strutturali (Z, Y, A).

Trascrivono una molecola di mRNA poiycistronic che aiuta nella sintesi di tre enzimi-P-galattosidasi per idrolizzare lattosio o galattoside, lattosio o galattoside per consentire l'ingresso di lattosio dall'esterno e tiogalattoside acetilasi o transacetilasi per metabolizzare i tiogalattosidi tossici ai quali è anche consentito l'ingresso Permeasi il lattosio.

I tre enzimi sono tuttavia prodotti in diverse concentrazioni molari. Un livello molto basso di espressione del lacerone e di conseguenza i suoi enzimi sono sempre presenti. L'entrata iniziale del lattosio nel batterio si verificherebbe solo a causa di questa attività.

Gene dell'operatore:

È un gene che controlla direttamente la sintesi degli mRNA sui geni strutturali. È spento dalla presenza di un repressore. Un induttore può portare via il repressore e accendere il gene. Il gene quindi dirige i geni strutturali da trascrivere. Il gene operatore dell'operone lac è costituito da sole 27 paia di basi.

Gene promotore:

Agisce come un segnale di iniziazione che funziona come centro di riconoscimento per RNA-polimerasi a condizione che il gene dell'operatore sia acceso. L'RNA polimerasi è legata al gene del promotore. Quando il gene dell'operatore è funzionale, la polimerasi si sposta su di esso e raggiunge i geni strutturali per eseguire la trascrizione.

Regolatore Gene (lac i-Gene):

In lac-operon, è chiamato i -gene perché produce un inibitore o repressore. Il repressore si lega al gene dell'operatore e arresta il funzionamento di quest'ultimo. Esercita un controllo negativo sul funzionamento dei geni strutturali.

repressore:

È la proteina regolatrice sintetizzata tutto il tempo (costitutivamente) dal regolatore i -gene. Il repressore è pensato per bloccare il gene dell'operatore in modo che i geni strutturali non siano in grado di formare mRNA. Ha due siti allosterici, uno per il collegamento al gene dell'operatore e il secondo per il legame all'induttore.

Dopo essere entrato in contatto con l'induttore, il repressore subisce un cambiamento conformazionale in modo tale da non poterlo combinare con l'operatore. Il repressore del lattosio o lac-operone è una proteina con un peso molecolare di 160.000. È composto da quattro subunità, ciascuna con peso molecolare di 40.000.

Induttore:

È una sostanza chimica (substrato, ormone o qualche altro metabolita) che, dopo essere entrata in contatto con il repressore, trasforma quest'ultimo in uno stato di legame non-DNA in modo da liberare il gene dell'operatore. L'induttore per lac-operon di Escherichia coli è il lattosio (in realtà allolattosio o metabolita del lattosio).

CAP:

È un attivatore chiamato proteina attivatore catabolico. Esercita un controllo positivo nel lacerone perché in sua assenza l'RNA polimerasi non è in grado di riconoscere il gene del promotore. Il suo gene si trova lontano dall'operone, ma il sito CAP del recettore si verifica vicino al promotore lac. Il CAP attiva i geni lac solo quando il glucosio è assente.

L'RNA polimerasi è riconosciuta dal gene promotore. Passa sopra il gene dell'operatore liberato e catalizza quindi la trascrizione degli mRNA sui geni strutturali. Gli mRNA passano nel citoplasma e formano particolari proteine ​​o enzimi. Dei tre enzimi prodotti da lac-operon, la permeabilità del lattosio è intesa a portare il lattosio all'interno della cellula. La gal-galattosidasi (= lattasi) rompe il lattosio in due componenti, glucosio e galattosio. L'enzima come la lattasi o (3-galattosidasi che si forma in risposta alla presenza del suo substrato è spesso chiamato enzima inducibile o adattativo.

I sistemi operativi inducibili si verificano generalmente nelle vie cataboliche. Tuttavia, il lac-operone non rimarrà operativo indefinitamente nonostante la presenza di lattosio nell'ambiente esterno.

Fermerà la sua attività con l'accumulo di glucosio e galattosio nella cellula oltre la capacità del batterio per il loro metabolismo. Lac -operon è anche sotto controllo della regolazione positiva.

Sistema Operatore Repressibile (Fig. 6.35):

Il sistema dell'operone repressivo si trova comunemente nelle vie anaboliche. L'operone è attivo e gli enzimi prodotti dai suoi geni strutturali sono normalmente presenti nella cellula. Il funzionamento dell'operone viene interrotto quando la concentrazione di un prodotto finale supera un valore soglia. Un esempio di sistema repressibile è il triptofano o il trp operon di Escherichia coli. È stato anche elaborato da Jacob e Monod e consiste in:

Geni strutturali:

I geni sono collegati alla trascrizione degli mRNA. Gli mRNA traducono le loro informazioni codificate nella sintesi di polipeptidi. I polipeptidi danno origine a sostanze proteiche inclusi gli enzimi. L'operone del triptofano ha cinque geni strutturali E, D, С, B, A. Formano enzimi per cinque fasi della sintesi del triptofano.

Gene dell'operatore:

Controlla il funzionamento dei geni strutturali. Normalmente viene mantenuto acceso perché l'apore -pressore prodotto dal gene del regolatore non è in grado di bloccare completamente il gene dell'operatore. Il gene dell'operatore viene disattivato quando è disponibile un corepressor con aporepressore.

Gene promotore:

È il sito per il legame iniziale di RNA-polimerasi. Quest'ultima viaggia dal gene del promotore ai geni strutturali a condizione che il gene dell'operatore sia acceso.

Altri componenti della regione di regolamentazione:

Due componenti della regione regolatrice si verificano tra il gene dell'operatore e il gene strutturale E. Sono la sequenza leader (L) e l'attenuatore (A). La sequenza leader è coinvolta nel controllo dell'attenuatore. L'attenuatore aiuta a ridurre la sintesi del triptofano quando è presente in quantità sufficiente senza spegnere l'operone.

Regolatore Gene (trp R):

Forma un componente proteico per il possibile blocco dell'attività del gene dell'operatore. Il gene regolatore dell'operone del triptofano si trova a una distanza dall'operone rimanente.

Aporepressor:

È una sostanza proteica sintetizzata dal gene regolatore. Aporepressore forma un componente del repressore per bloccare il funzionamento del gene dell'operatore. Per questo richiede un corepressor. Quando quest'ultimo non è disponibile in forza adeguata, il gene dell'operatore viene tenuto acceso perché da solo, l'apitressore non è in grado di bloccare il funzionamento del gene dell'operatore.

corepressor:

È un componente non proteico del repressore che è anche un prodotto finale di reazioni catalizzate da enzimi prodotti attraverso l'attività di geni strutturali. Il prodotto finale viene spesso utilizzato in altre reazioni in modo che si accumuli raramente e quindi non funzioni come corepressor.

Tuttavia, ogni volta che si accumula o diventa disponibile dalla fonte esterna, il prodotto finale diventa corepressor, si combina con aporepressore, forma repressore e blocca il gene dell'operatore.

I geni strutturali ora fermano la trascrizione. Il fenomeno è noto come repressione del feed-back. Esercita un controllo negativo. Nell'operone del triptofano, il triptofano (un amminoacido) funziona come corepressore.

Differenze tra induzione e repressione:

Induzione:

1. È l'accensione di un operone che normalmente rimane spento.

2. L'induzione è causata da un nuovo substrato che deve essere manipolato e metabolizzato.

3. È generalmente collegato a un percorso catabolico.

4. Il gene regolatore di un operone, soggetto a subire l'induzione, produce un repressore che blocca il gene dell'operatore.

5. L'induzione è la rimozione del repressore di un operone da parte del metabolita dell'induttore.

6. L'induttore è il substrato, l'ormone o il suo sottoprodotto.

7. Porta alla trascrizione e alla traduzione.

Repressione:

1. Si sta spegnendo un operone che normalmente rimane acceso.

2. La repressione è causata da un aumento della formazione o della disponibilità di un metabolita.

3. La repressione è principalmente collegata a una via anabolica.

4. Il gene regolatore di un operone, soggetto a subire la repressione, produce una parte del repressore chiamato aporepressore. Lo stesso non può bloccare il gene dell'operatore.

5. La repressione è il blocco del gene dell'operatore dell'operone attraverso un repressore complesso formato dall'unione di aporepressori formati da gene regolatore e corepressore che è in realtà un prodotto della via anabolica.

6. Il repressore è un composto formato da un aporepressore e un corepressor che è comunemente un prodotto finale della via metabolica.

7. La repressione interrompe la trascrizione e la traduzione.

Vantaggi del regolamento genico:

1. Un numero di geni correlati necessari per una particolare attività metabolica può essere acceso o spento simultaneamente.

2. La regolazione genica consente alla cellula di regolare il metabolismo secondo i requisiti dei cambiamenti ambientali e dello sviluppo.

3. È economico in quanto sintetizza gli enzimi solo quando richiesto.

4. La regolazione genica aiuta nella crescita e nella differenziazione.

5. È utile nel completamento regolare delle reazioni a catena.