Informácie

Čo je to operón?

Čo je to operón?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Čo je to operón v eukaryotickej bunke a ako reguluje expresiu génov? Už som čítal Wikipédiu, ale nie je mi dosť jasná. Bohužiaľ moje znalosti v oblasti genetiky sú veľmi slabé!


Kedysi sa predpokladalo, že operóny sa vyskytujú iba v prokaryotoch (a vírusoch prokaryotov), ​​ale v súčasnosti je známych množstvo príkladov v eukaryotických organizmoch. Najčastejšie sa vyskytujú u háďatiek a hmyzu.

Vo všeobecnosti je operón funkčná jednotka DNA, ktorá obsahuje zhluk génov, ktoré sú regulované jedným promótorovým/represorovým elementom a ktoré sa prepisujú spoločne. Sú to gény, ktoré funkčne spolupracujú v úzkom kontexte. Dobrým príkladom je lac operón v baktériách.

V prokaryotoch vedie expresia operónu k polycistronickej (viacero otvorených čítacích rámcov na rovnakom transkripte) mRNA, ktorá je potom preložená do proteínov.

Operóny v eukaryotoch sú tiež génové zhluky (často funkčných blízko príbuzných proteínov), ktoré sú regulované jednou regulačnou jednotkou (promótorom). Pozri obrázok 1 z odkazu 1:

Z tohto javu vznikajú rôzne spôsoby mRNA. Po prvé, mRNA môže byť dicistrónna a s najväčšou pravdepodobnosťou má vnútorné ribozómové vstupné miesta (IRES), čo umožňuje iniciáciu (alebo opätovnú iniciáciu) translácie druhého génu. Ďalšou možnosťou je štiepenie primárneho vlákna mRNA na dve (alebo viac) monocistrónnych mRNA. A nakoniec je tiež možné, že dicistronický transkript je alternatívne zostrihaný, aby sa získali rôzne (monocistronické) mRNA.

Ak vás zaujímajú podrobnosti o eukaryotických operónoch, dôrazne odporúčam prečítať si aspoň prvú referenciu (a pravdepodobne aj nadviazať na niektoré súvisiace citácie (vpravo na stránke NIH)).

Referencie:

  1. Blumenthal, T. (2004). Operóny v eukaryotoch. Briefings in Functional Genomics, 3(3), 199-211.
  2. Pi, H., Lee, L.W., & Lo, S.J. (2009). Nové poznatky o polycistronických transkriptoch v eukaryotoch. Chang Gung Med. J, 32, 494-498.

Obsahuje nasledujúci gén -

ŠTRUKTURÁLNY GÉN: -

  • Štrukturálny gén je nukleotidová sekvencia, ktorá v skutočnosti syntetizuje mRNA.
  • mRNA riadi metabolickú aktivitu tvorbou proteínu alebo enzýmu na ribozóme.
  • Operón má 1 alebo viac štrukturálnych génov.

REGULAČNÝ GÉN: -

  • Regulačný gén nie je sám osebe časťami operónu, produkuje represorový proteín, ktorý interaguje s lokusom operátora.
  • Represorový proteín sa viaže na gén operátora a potláča alebo vypína syntézu mRNA z génu operátora.

PROMOTER GÉN:-

  • Promótorové gény sú signálne sekvencie v DNA, ktoré spúšťajú syntézu RNA.
  • Promótorový gén je súčasťou DNA, ktorá reguluje aktivitu RNA-polymerázy a iniciuje transkripciu mRNA.
  • Génový promótor je kontinuálny s génom operátora.

OPERÁTORSKÝ GÉN:-

  • Je to časť operónu (DNA), ktorá riadi aktivitu jedného alebo viacerých štrukturálnych génov a v ktorej je viazaný represorový proteín.
  • Operátorové gény sú krátke regulačné sekvencie, ktoré sú v mnohých génoch umiestnené medzi promótormi a štrukturálnymi génmi.
  • Operátor sa nachádza na začiatku operónu.
  • Operátor viažu špecifický proteín viažuci DNA nazývaný represor.
  • Mnoho operónov obsahuje viac ako jednu sekvenciu operátorov.

Čo je to operón a jeho funkcia?

Operon: Súbor génov prepísaných pod kontrolou génu operátora. Presnejšie povedané, an operón je segment DNA obsahujúci susediace gény vrátane štruktúrnych génov, operátorového génu a regulačného génu. An operón je teda funkčnou jednotkou transkripcie a genetickej regulácie.

Tiež viete, čo zahŕňa operón? An operón pozostáva z operátora, promótora, regulátora a štruktúrnych génov. Regulačný gén kóduje represorový proteín, ktorý sa viaže na operátor a bráni promótoru (teda transkripcii) štruktúrnych génov. Regulátor robí nemusia susediť s inými génmi v operón.

Okrem toho, čo máte na mysli pod pojmom Operaon?

An operón sa skladá z niekoľkých štruktúrnych génov usporiadaných pod spoločným promótorom a regulovaných spoločným operátorom. Je definovaný ako súbor susedných štrukturálnych génov plus susedné regulačné signály, ktoré ovplyvňujú transkripciu štrukturálnych génov.

Čo je to operón a kde sa nachádza?

V baktériách sú často gény nájdené v operónov V baktériách sú často príbuzné gény nájdené v klastri na chromozóme, kde sú transkribované z jedného promótora (väzbové miesto RNA polymerázy) ako jedna jednotka. Takýto zhluk génov pod kontrolou jedného promótora je známy ako an operón.


Laktózový operón: induktorový operón

Tretí typ génovej regulácie v prokaryotických bunkách prebieha prostredníctvom indukovateľné operóny, ktoré majú proteíny, ktoré sa viažu na aktiváciu alebo potlačenie transkripcie v závislosti od lokálneho prostredia a potrieb bunky. The lac operón je typický indukovateľný operón. Ako už bolo spomenuté, E. coli je schopný využívať iné cukry ako zdroje energie, keď sú koncentrácie glukózy nízke. Jedným z takýchto zdrojov cukru je laktóza. The lac operón kóduje gény potrebné na získanie a spracovanie laktózy z miestneho prostredia. Gén Z lac operón kóduje beta-galaktozidázu, ktorá štiepi laktózu na glukózu a galaktózu.

Avšak, pre lac Ak chcete aktivovať operón, musia byť splnené dve podmienky. Po prvé, hladina glukózy musí byť veľmi nízka alebo žiadna. Za druhé, musí byť prítomná laktóza. Iba vtedy, keď chýba glukóza a je prítomná laktóza, bude lac operón prepísať (obrázok 2). V neprítomnosti glukózy väzba CAP proteínu umožňuje transkripciu lac operón účinnejšie. Keď je prítomná laktóza, jej metabolit, alolaktóza, sa viaže na lac represor a mení svoj tvar tak, že sa nemôže naviazať na lac operátora, aby sa zabránilo prepisu. Táto kombinácia podmienok dáva bunke zmysel, pretože by bolo energeticky nehospodárne syntetizovať enzýmy na spracovanie laktózy, ak by bolo dostatok glukózy alebo laktóza nebola dostupná. Malo by sa spomenúť, že lac operón sa transkribuje veľmi nízkou rýchlosťou, aj keď je prítomná glukóza a chýba laktóza.

Cvičná otázka

Prepis z lac operón je starostlivo regulovaný tak, že k jeho expresii dochádza len vtedy, keď je glukóza obmedzená a laktóza je prítomná ako alternatívny zdroj paliva.

Obrázok 2. Regulácia lac operónu.

In E. coli, trp operon je predvolene zapnutý, zatiaľ čo lac operón je vypnutý. Prečo si myslíte, že je to tak?

Ak glukóza chýba, potom sa CAP môže viazať na operátorovú sekvenciu a aktivovať transkripciu. Ak laktóza chýba, potom sa represor naviaže na operátor, aby zabránil transkripcii. Ak je splnená niektorá z týchto požiadaviek, prepis zostane vypnutý. Iba ak sú splnené obe podmienky, lac prepísaný operón (tabuľka 1).

Tabuľka 1. Signály, ktoré vyvolávajú alebo potláčajú transkripciu lac Operon
Glukóza CAP viaže Laktóza Represor sa viaže Prepis
+ + Nie
+ + Niektorí
+ + Nie
+ + Áno

Pozrite si animovaný návod o fungovaní lac tu operón.

Cvičné otázky

Ak chýba glukóza, ale tiež laktóza, lac operón bude ________.

Opíšte, ako môže byť transkripcia v prokaryotických bunkách zmenená vonkajšou stimuláciou, ako je prebytok laktózy v prostredí.


Regulácia Operonu

Kontrola operónu je typ génovej regulácie, ktorá umožňuje organizmom regulovať expresiu rôznych génov v závislosti od podmienok prostredia. Regulácia operónu môže byť buď negatívna alebo pozitívna indukciou alebo represiou.

Negatívna kontrola zahŕňa väzbu represora na operátor, aby sa zabránilo transkripcii.

    V negatívnych indukovateľných operónoch sa na operátor normálne viaže regulačný represorový proteín, ktorý zabraňuje transkripcii génov na operóne. Ak je prítomná molekula induktora, naviaže sa na represor a zmení svoju konformáciu tak, že sa nedokáže viazať na operátor. To umožňuje expresiu operónu.

Operóny môžu byť tiež pozitívne kontrolované. Pri pozitívnej kontrole aktivátorový proteín stimuluje transkripciu väzbou na DNA (zvyčajne na inom mieste ako operátor).


Čo je to operón

Operón je skupina génov, ktorých expresia je regulovaná koordinovane. Najdôležitejšie je, že gény v operóne sa vyskytujú v genóme súvisle. Výsledkom transkripcie operónu je teda jedna molekula mRNA, ktorá je polycistrónna. To znamená, že všetky gény v operóne sú transkribované do jednej molekuly mRNA. Preto translácia tejto polycistronickej mRNA produkuje niekoľko proteínov, ktoré sú funkčne príbuzné.

Obrázok 1: Štrukturálne prvky Lac Operon

Hlavnou dôležitosťou zoskupovania funkčne príbuzných génov do operónov je schopnosť regulovať túto génovú skupinu spoločne pod jedným promótorom. Preto sa prepisujú spoločne. Tiež konkrétny operón pozostáva z jedného zosilňovača alebo represora. Takže konkrétny operón môže byť buď indukovateľný alebo represívny. The Lac operón, ktorý je indukovateľný operón, a Trp operón, ktorý je represívnym operónom, sú takými veľmi študovanými operónmi v prokaryotickom genóme.


The lac operón

Schopnosť reagovať na prítomnosť laktózy tu bola vždy. Gény pre tri indukované enzýmy sú súčasťou genómu bunky. Kým sa však do kultivačného média nepridala laktóza, tieto gény sa neexprimovali (beta-galaktozidáza bola exprimovaná slabo - dostatočne na to, aby premenila laktózu na alolaktózu).

Najpriamejším spôsobom kontroly expresie génu je regulovať rýchlosť jeho transkripcie to znamená rýchlosť, ktorou RNA polymeráza prepisuje gén do molekúl mediátorovej RNA (mRNA).

Génová transkripcia začína na konkrétnom nukleotide znázornenom na obrázku ako „+1RNA polymeráza sa v skutočnosti viaže na miesto "upstream" (t.j. na 5' strane) tohto miesta a otvára dvojitú špirálu, takže môže začať transkripcia jedného vlákna.

  • sekvencia TATAAT (alebo niečo podobné) centrovaná 10 nukleotidov proti smeru transkripcie +1 stránky a
  • iná sekvencia (TTGACA alebo niečo jej celkom blízke) sústredená 35 nukleotidov proti smeru.

Zdá sa, že presná sekvencia DNA medzi týmito dvoma oblasťami nie je dôležitá.

Každý z troch enzýmov syntetizovaných v reakcii na laktózu je kódovaný samostatným génom. Tieto tri gény sú usporiadané v tandeme na bakteriálnom chromozóme.

The lac operón. V neprítomnosti laktózy sa represorový proteín kódovaný génom I viaže na lac operátora a zabraňuje transkripcii. Väzba alolaktózy na represor spôsobí, že opustí operátora. To umožňuje RNA polymeráze transkribovať tri gény operónu. Jediná molekula mRNA, ktorá vznikne, sa potom preloží do troch proteínov.

The lac represor sa viaže na špecifickú sekvenciu dvoch tuctov nukleotidov nazývaných operátor. [Odkaz na diskusiu o tom, ako možno určiť sekvenciu DNA miesta operátora.] Väčšina operátora je za promótorom. Keď je represor naviazaný na operátor, RNA polymeráza nie je schopná pokračovať v smere svojej úlohy génovej transkripcie.

Lac represor predstavuje len nepatrnú časť proteínov v E. coli bunka.
Odkaz na diskusiu o tom, ako ho možno napriek tomu izolovať a vyčistiť.

Operón je kombináciou

Gén kódujúci lac represor sa nazýva ja gén. Náhodou sa nachádza tesne proti prúdu od lac promótor. Jeho presné umiestnenie však pravdepodobne nie je dôležité, pretože svoj účinok dosahuje prostredníctvom svojho proteínového produktu, ktorý voľne difunduje do celej bunky. A v skutočnosti sa gény pre niektoré represory nenachádzajú blízko operátorov, ktoré ovládajú.

Po obkročmo na DNA sa represor môže pohybovať pozdĺž nej, kým nenarazí na sekvenciu operátora. Teraz alosterická zmena v terciárnej štruktúre proteínu umožňuje tým istým aminokyselinám vytvoriť väzby - väčšinou vodíkové väzby a hydrofóbne interakcie - s konkrétnymi bázami v sekvencii operátorov.

  • spôsobí uvoľnenie represora od obsluhy
  • RNA polymeráza môže teraz začať prepisovať 3 gény operónu do a slobodný molekula messenger RNA.

Sotva sa transkripcia začne, skôr ako sa ribozómy naviažu na rastúcu molekulu mRNA a presunú sa na ňu preložiť správu do troch proteínov. Môžete vidieť, prečo sú interpunkčné kodóny &mdash UAA, UAG alebo UGA &mdash potrebné na ukončenie translácie medzi časťami mRNA kódujúcich každý z troch enzýmov.

  • Gény v eukaryotoch nie sú spojené v operónoch (okrem háďatiek ako napr C. elegans a tuniky ako Ciona inneris).
  • Primárne transkripty v eukaryotoch obsahujú transkript iba jedného génu (s vyššie uvedenými výnimkami).
    C. elegans sa líši od väčšiny eukaryotov tým, že má podstatnú časť (15 až 20 %) svojich génov zoskupených do operónov obsahujúcich každý od 2 do 8 génov. Rovnako ako baktérie, všetky gény v operóne sú transkribované z jedného promótora produkujúceho jediný primárny transkript (pre-mRNA). Zdá sa, že niektoré gény v týchto operónoch sú zapojené do rovnakej biochemickej funkcie, ale pre väčšinu to tak nemusí byť. C. elegans operóny sa tiež líšia od tých v baktériách v tom, že každá pre-mRNA je spracovaná na samostatnú mRNA pre každý gén a nie je translatovaná ako jednotka.
  • Transkripcia a translácia nie sú fyzicky spojené v eukaryotoch, ako je to v prípade baktérií, transkripcia sa vyskytuje v jadre, zatiaľ čo translácia sa vyskytuje v cytosóle (až na niekoľko výnimiek).

Čo je promotér?

Promótor je sekvencia DNA umiestnená v protismere od miesta začiatku transkripcie. Táto dôležitá sekvencia DNA sa nachádza v eukaryotoch aj v prokaryotoch, hoci eukaryotické promótory sa môžu líšiť od prokaryotických promótorov. Promótory sú oblasti DNA, na ktoré sa RNA polymeráza viaže počas procesu transkripcie. Je to hlavný enzým podieľajúci sa na produkcii jednovláknovej RNA (mRNA, tRNA, rRNA) z templátu DNA. V závislosti od typu RNA sa RNA polymeráza bude líšiť. Promótorové sekvencie sú vysoko konzervované oblasti v celom genóme. Preto sú známe ako oblasti konsenzu. Mechanizmus účinku promótora sa u eukaryotov a prokaryotov líši.

U eukaryotov sa konzervovaná sekvencia nachádzajúca sa v promótoroch nazýva TATA box, ktorý sa nachádza v polohe -10 génu. Väzba RNA polymerázy na TATA box je uľahčená väzbovými transkripčnými faktormi. Tieto transkripčné faktory spôsobujú potvrdzovacie zmeny v sekvencii promótora a zvyšujú jej afinitu k väzbe RNA polymerázy. Pre-iniciačný komplex vytvorený počas iniciácie transkripcie je teda zložený z komplexu vytvoreného so 7 transkripčnými faktormi a promótorovým miestom. Po vytvorení tohto komplexu sa eukaryotická RNA polymeráza ľahko naviaže na promótor a iniciuje transkripciu.

Obrázok 01: Promótor

U prokaryotov je mechanizmus oveľa jednoduchší, keďže neobsahujú žiadne transkripčné faktory. Namiesto toho sa sigma faktor RNA polymerázy podieľa na rozpoznávaní promótora a pri zostavovaní enzýmu na promótor. V prokaryotoch sú dve hlavné konzervované promótorové oblasti, zodpovedajúca promótorová sekvencia k TATA boxu je známa ako „Pribnowov box“. Pribnowov box (pozícia -10) sa skladá zo sekvencie TATAAT. Druhá promótorová sekvencia je známa ako prvok -35, pretože sa nachádza v polohe -35.


Génová regulácia a Lac Operon

Bunky s rovnakou DNA môžu vyzerať a fungovať odlišne od seba, považujú sa za fotoreceptorovú bunku a svalovú bunku. Rozdiel medzi týmito dvoma bunkami je výsledkom rozdielnej génovej expresie. Niektoré gény sú transkribované a translatované vo všetkých bunkách na približne rovnakej úrovni, ale iné gény môžu byť exprimované v jednom bunkovom type, ale nie v inom. Táto relácia stručne načrtne niektoré všeobecné princípy génovej regulácie. Okrem toho bude podrobne predstavený konkrétny príklad génovej regulácie v baktériách.

  • Zapamätať si a pochopiť rôzne mechanizmy, ktoré spolupracujú pri regulácii operónu Lac.
  • Rozlíšiť pozitívne a negatívne regulačné mechanizmy.
  • Predpovedať fenotyp spôsobený rôznymi mutáciami v operóne Lac.
  • Ospravedlniť prínos regulácie génov pre organizmus.


Pozri si video: 5 ways to listen better. Julian Treasure (Február 2023).