Lac operón odkritje in funkcija

On Lac operon To je skupina strukturnih genov, ki ima funkcijo kodiranja za beljakovine, ki sodelujejo v presnovi laktoze. So geni, ki jih zaporedno urejajo v genomu skoraj vseh bakterij in so jih s posebnim naporom preučevali v bakteriji "model" Escherichia coli.

Lac Opeon je bil, da je model, ki sta ga leta 1961 uporabljala Jacob in Monod, za predlaganje genetskih ureditev v obliki Opeone. V svojih delih so ti avtorji opisali, kako bi lahko izražanje enega ali več genov "prižgalo" ali "izšlo" kot posledica prisotnosti molekule (na primer laktoze) v rastnem mediju.

Shema splošnega Opeona. Tereseik. G3PRO slika, pridobljeno delo. Španski prevod Alejandro Porto. [CC by (https: // createCommons.Org/licence/by/3.0)]

Bakterije, ki rastejo v bogatih medijih v ogljikovih spojinah ali sladkorjih, ki niso laktoza, kot sta glukoza in galaktoza, imajo zelo nizke količine beljakovin, potrebnih za presnovo laktoze.

Potem je operater v odsotnosti laktoze "izklopljen", kar preprečuje, da bi RNA polimeraza prepisovala segment genov, ki ustreza lac Opeon. Ko celica "dojema" prisotnost laktoze, se aktivira in se ti geni običajno prepisujejo, kar je znano kot "vžig" operaterja.

Vsi operonski geni so prevedeni v eno samo molekulo Messenger RN.

[TOC]

Odkritje

Teorija Jacoba in Monoda se je razvila v kontekstu, kjer je bilo o strukturi DNK znano zelo malo. In to je le osem let, preden sta Watson in Crick podala svoj predlog o strukturi DNK in RNA, tako da se glasniki komaj poznajo.

Vam lahko služi: mesénquima

Jacob in Monod v petdesetih letih prejšnjega stoletja sta že pokazala, da je metabolizem bakterijske laktoze gensko reguliran z dvema zelo specifičnimi stanji: prisotnost in odsotnost laktoze.

Oba znanstvenika sta opazila, da je protein s podobnimi značilnostmi kot alosterični encim lahko zaznal prisotnost laktoze na sredini in da je, ko je sladkor odkrit, spodbudila transkripcija dveh encimov: permeaza laktoze in drugo galaktozidazo.

Dandanes je znano, da vaje permeaze delujejo pri transportu laktoze v celico in da je galaktozidaza potrebna za "razbijanje" ali "rezanje" laktozne molekule v glukozi in galaktozi, tako da lahko celica izkoristi to disaharido v svojem sestavni deli.

V bližini šestdesetih let prejšnjega stoletja je bilo že ugotovljeno, da sta laktoza Permeasa in galaktozidaza kodificirala dve sosednji genetski sekvenci, območje Z oziroma regijo ter regijo.

Operón lac je del bakterijskega genoma Escherichia coli. Vir: Niaid [CC do 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/2.0)], prek Wikimedia Commons

Končno sta leta 1961 Jacob in Monod predstavila genetski model, sestavljen iz petih genetskih elementov:

- Promotor

- Operater in

- Z geni in do.

Vsi ti segmenti se prenašajo v eno samoglavico RNA in vključujejo bistvene dele, da praktično določijo katerega koli bakterijskega operaterja v naravi.

Poskusi in genetska analiza

Jacob, Monod in njegovi sodelavci so naredili veliko poskusov z bakterijskimi celicami, ki so imele mutacije, zaradi katerih sevi niso mogli presnavljati laktoze. Takšni sevi so bili identificirani z imenom seva in ustrezno mutacijo, ki so jo imeli.

Na ta način so raziskovalci uspeli ugotoviti, da mutacije v genih Lacz, ki kodira za β-galaktozidazo, in Lacy, ki kodira za laktozo, ki je pripadala bakterije tipa LAC-, to pomeni, da bakterije ne morejo presnavljati laktoze.

Lahko vam služi: okoli Donaxa

Od "genetskega preslikave" z restrikcijskimi encimi je bila naknadno določena lokacija genov v različnih sevih, kar je omogočilo ugotovitev, da se trije lacz, čipka in laca (v tem vrstnem redu) najdejo v bakterijskem kromosomu v A Skupina sosednjih genov.

Obstoj drugega proteina, imenovanega represivni protein, ki se ne šteje nujno kot "del" operaterja, je bil razjasnjen z mutacijami gena, imenovanega Laci-. To kodira za beljakovine, ki se veže na "operater" regijo v operaterju in se izogne ​​transkripciji genov za β-galaktozidazo in permeazno laktozo.

Govori se, da ta protein ni del genov, ki sestavljajo lac Opeon, saj so dejansko nahajajo "navzgor" in so prepisani v različne glasnike RNA.

Operon LAC Shema delovanja (vir: Barbarossa pri nizozemski Wikipediji [CC BY-SA (http: // CreativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/)] prek Wikimedia Commons)

Bakterijski sevi, ki imajo mutacijo, izražajo "konstitutivno" lacz, lcy in lacque.

Mnoga od teh opazovanj so bila podkrepljena s prenosom genov LACI+ in LACZ+ v bakterijsko celico, ki ni proizvajala beljakovin, ki jih ti geni kodirajo v laktoznem mediju.

Ker so "preoblikovane" bakterije na ta način le ustvarile encim β-galaktozidaze v prisotnosti laktoze, je poskus potrdil, da je gen LACI pomemben za uravnavanje izražanja lac Opeona.

Delovanje

Lac Opeon uravnava transkripcijo genov, ki so potrebni za bakterije, da asimilirajo laktozo kot vir ogljika in energije. Vendar se transkripcija teh genov pojavi le, kadar glavni vir energije ustreza ogljikovim hidrom galaktozida.

Vam lahko služi: dihanje s saptom

V bakterijskih celicah obstajajo mehanizmi, ki uravnavajo izražanje delovnih genov LAC, kadar so v prisotnosti glukoze ali katerega koli drugega "enostavnega" sladkorja za presnovo.

Metabolizacija teh sladkorjev pomeni njihov prevoz v celično notranjost in njihovo zadnje rupturo ali obdelavo.

Laktoza se uporablja kot nadomestni vir energije za bakterije, kar jim pomaga preživeti tudi po tem, ko so drugi viri energije izčrpani, kot je glukoza.

Model LAC Opeon je bil prvi tovrstni genetski sistem, ki ga je bilo razjasniti in je zato služil kot osnova za opis številnih drugih operonov v genomu različnih vrst mikroorganizmov.

S preučevanjem tega sistema je znanje o delovanju "represorskih" proteinov, ki se vežejo na DNK. Napredek je bil dosežen tudi pri razumevanju alesteričnih encimov in kako selektivno delujejo pri prepoznavanju enega ali drugega substrata.

Drug pomemben napredek, ki je nastal v študiji Lac Opeona, je bila vzpostavitev ključne funkcije, ki jo igrajo ARNS Messengers za prevajanje navodil, ki jih najdemo v DNK, in tudi kot korak pred sintezo beljakovin.

Reference

1. Griffiths, a. J., Wessler, s. R., Lewontin, r. C., Gelbart, w. M., Suzuki, d. T., & Miller, J. H. (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
2. Hartwell, l., Goldberg, m. L., Fischer, J. Do., Kapuca, l. In., & Aquadro, c. F. (2008). Genetika: iz genov genov (PP. 978-0073227382). New York: McGraw-Hill.
3. Lewis, m. (2013). Alostery in lac operon. Časopis za molekularno biologijo, 425(13), 2309-2316.
4. Müller-Hill, b., & Oehler, s. (devetnajst devetdeset šest). Lac operon (pp. 66-67). New York :: Walter de Gruyter.
5. Parker, J. (2001). Lac operon.
6. Yildirim, n., & Kazanci, c. (2011). Deterministična in stokartična simulacija in analiza biokemičnih reakcijskih omrežij: Primer laktoze Opeon. V metodah v encimologiji (vol. 487, str. 371-395). Akademski tisk.