14.12: Опероны

Прокариоты могут контролировать экспрессию генов с помощью оперонов – последовательностей ДНК, состоящих из регуляторных элементов и сгруппированных, функционально связанных генов, кодирующих белок. Опероны используют одну промоторную последовательность для инициации транскрипции кластера генов (то есть группы структурных генов) в единую молекулу мРНК. Последовательность терминатора завершает транскрипцию. Операторная последовательность, расположенная между промотором и структурными генами, запрещает транскрипционную активность оперона, если она связана с репрессорным белком. В совокупности промотор, оператор, структурные гены и терминатор составляют ядро ​​оперона.

Опероны обычно бывают индуцируемыми или репрессируемыми. Индуцируемые опероны, такие как бактериальный lac оперон, обычно «выключены», но & ldquo; включаются & rdquo; в присутствии небольшой молекулы, называемой индуктором (например, аллолактозы). Когда глюкоза отсутствует, но присутствует лактоза, аллолактоза связывает и инактивирует репрессор оперона lac & mdash; позволяя оперону генерировать ферменты, ответственные за метаболизм лактозы.

Репрессируемые опероны, такие как бактериальный оперон trp , обычно & ldquo; включены & rdquo; но & ldquo; выключаются & rdquo; в присутствии небольшой молекулы, называемой корепрессором (например, триптофан). Когда триптофан & mdash; незаменимая аминокислота & mdash; присутствует в большом количестве, триптофан связывает и активирует репрессор trp & mdash; не позволяя оперону производить ферменты, необходимые для его синтеза.

Опероны также могут быть конститутивно (т. е. постоянно) активными. Например, опероны бактериальной рибосомной РНК (рРНК) всегда «включены». потому что рРНК постоянно требуются для трансляции.

Другие регуляторные элементы также вносят вклад в координированную экспрессию гена оперона. Регуляторные гены кодируют белки-активаторы или репрессоры транскрипции. Гены lacI и trpR, например, кодируют репрессоры своих соответствующих оперонов. Дополнительные регуляторные последовательности, такие как сайт связывания белка-активатора катаболита (CAP) lac-оперона, обеспечивают сайты связывания для других активаторов или репрессоров. Например, при низком уровне глюкозы сигнальная молекула (т. Е. Циклический AMP) активирует CAP & mdash; позволяя ей связываться с сайтом CAP, рекрутировать РНК-полимеразу и инициировать транскрипцию lac-оперона.