теорія оперона

теорія оперона

Франсуа Жакоб і Жак Моно сформулювали теорію оперона, яка пояснює механізм контролю синтезу білків. Гени білків, функції яких в метаболічних процесах тісно пов’язані, часто в геномі групуються разом у структурні одиниці — Оперон. Відповідно до теорії, оперон називаються ділянки молекули ДНК, які містять інформацію про групу функціонально взаємопов’язаних структурних білків, і регуляторну зону, яка контролює транскрипцію цих генов.Транскріпція структурних генів залежить від здатності РНК-полімерази приєднуватися до промотор, розташованому на 5′- кінці оперона перед структурними генами. Зв’язування РНК-полімерази з промотором залежить від присутності білка-репрессора на суміжному з промотором ділянці, який називається оператор. Білок-репрессор синтезується в клітці з постійною швидкістю і має спорідненість до операторному ділянці. Структурно ділянки промотора і оператора частково перекриваються, що створює перешкоду для приєднання РНК-полімерази. Більшість механізмів регуляції синтезу білків направлено на зміну швидкості зв’язування РНК-полімерази з промотором. При появі індуктора (лактоза) він приєднується до білка репрессора, змінює його конформацію і знижує спорідненість до оператора. РНК-полімераза зв’язується з промотором і транскрибирует структурні гени.

теорія оперона

теорія оперона

лактоза є індуктором транскрипції.

Зниження концентрації ферменту може здійснюватися шляхом репресії синтезу ферментів. Репресія синтезу ферментом кінцевим продуктом має місце в разі синтезу гистидина або триптофану. Слід мати на увазі, що репресія і індукція синтезу білків реалізується за принципом адаптації до постійно змінюваних умов і клітинної економії: синтезуються білки якщо є в них потреба, при відсутності потреби їх синтезу немає.

теорія оперона

В цьому випадку триптофан є репрессором транскрипції.

Все це було показано на бактеріях. У еукаріотів все відбувається набагато складніше, однак принцип залишається тим самим.

теорія оперона

Франсуа Жакоб і Жак Моно сформулювали теорію оперона, яка пояснює механізм контролю синтезу білків. Гени білків, функції яких в метаболічних процесах тісно пов’язані, часто в геномі групуються разом у структурні одиниці — Оперон. Відповідно до теорії, оперон називаються ділянки молекули ДНК, які містять інформацію про групу функціонально взаємопов’язаних структурних білків, і регуляторну зону, яка контролює транскрипцію цих генов.Транскріпція структурних генів залежить від здатності РНК-полімерази приєднуватися до промотор, розташованому на 5′- кінці оперона перед структурними генами. Зв’язування РНК-полімерази з промотором залежить від присутності білка-репрессора на суміжному з промотором ділянці, який називається оператор. Білок-репрессор синтезується в клітці з постійною швидкістю і має спорідненість до операторному ділянці. Структурно ділянки промотора і оператора частково перекриваються, що створює перешкоду для приєднання РНК-полімерази. Більшість механізмів регуляції синтезу білків направлено на зміну швидкості зв’язування РНК-полімерази з промотором. При появі індуктора (лактоза) він приєднується до білка репрессора, змінює його конформацію і знижує спорідненість до оператора. РНК-полімераза зв’язується з промотором і транскрибирует структурні гени.

теорія оперона

теорія оперона

лактоза є індуктором транскрипції.

Зниження концентрації ферменту може здійснюватися шляхом репресії синтезу ферментів. Репресія синтезу ферментом кінцевим продуктом має місце в разі синтезу гистидина або триптофану. Слід мати на увазі, що репресія і індукція синтезу білків реалізується за принципом адаптації до постійно змінюваних умов і клітинної економії: синтезуються білки якщо є в них потреба, при відсутності потреби їх синтезу немає.

теорія оперона

В цьому випадку триптофан є репрессором транскрипції.

Все це було показано на бактеріях. У еукаріотів все відбувається набагато складніше, однак принцип залишається тим самим.

Теорія оперона. Функціонування оперонов, регульованих за механізмом індукції і репресії

На підставі генетичних досліджень індукції #&46;-галактозідази, що бере участь в клітинах Е. coli, в гидролитическом розщепленні лактози (рис. 4-46), Франсуа Жакоб і Жак Моно в 1961 р сформулювали гіпотезу оперона, яка пояснювала механізм контролю синтезу білків у прокаріотів.

В експериментах гіпотеза оперона отримала повне підтвердження, а запропонований в ній тип регуляції стали називати контролем синтезу білка на рівні транскрипції, так як в цьому випадку зміна швидкості синтезу білків здійснюється за рахунок зміни швидкості транскрипції генів, тобто на стадії освіти мРНК.

У Е. coli, як і у інших прокаріотів, ДНК не відділена від цитоплазми ядерною оболонкою. У процесі транскрипції утворюються первинні транскрипти, що не містять нітронів, а мРНК позбавлені "кепа9quot; і полі-А-кінця. Синтез білка починається до того, як закінчується синтез його матриці, тобто транскрипція і трансляція протікають майже одночасно. Виходячи з розміру генома (4 × 106 пар нуклеотидів), кожна клітина Е. coli містить інформацію про кілька тисяч білків. Але при нормальних умовах зростання вона синтезує близько 600-800 різних білків, а це означає, що багато генів НЕ транскрибуються, тобто неактивні. Гени білків, функції яких в метаболічних процесах тісно пов’язані, часто в геномі групуються разом у структурні одиниці (Оперон). Відповідно до теорії Жакоба і Моно, оперон називають ділянки молекули ДНК, які містять інформацію про групу функціонально взаємопов’язаних структурних білків, і регуляторну зону, яка контролює транскрипцію цих генів. Структурні гени оперона експресуються узгоджено, або всі вони транскрибуються, і тоді оперон активний, або жоден з генів "прочітивается9quot ;, і тоді оперон неактивний. Коли оперон активний і все його гени транскрибуються, то синтезується поліцістронной мРНК, що служить матрицею для синтезу всіх білків цього оперона. Транскрипція структурних генів залежить від здатності РНК-полімерази приєднуватися до промотор, розташованому на 5′-кінці оперона перед структурними генами.

Зв’язування РНК-полімерази з промотором залежить від присутності білка-репрессора на суміжному з промотором ділянці, який називають "оператор9quot ;. Білок-репрессор синтезується в клітці з постійною швидкістю і має спорідненість до операторному ділянці. Структурно ділянки промотора і оператора частково перекриваються, тому приєднання білка-репрессора до оператора створює стерическое перешкоду для приєднання РНК-полімерази.

Більшість механізмів регуляції синтезу білків направлено на зміну швидкості зв’язування РНК-полімерази з промотором, впливаючи таким чином на етап ініціації транскрипції. Гени, які здійснюють синтез регуяятор-них ‘білків, можуть бути віддалені від оперона, транскрипцію якого вони контролюють.

2. Індукція синтезу білків. Lac-оперон

Теорія оперона була запропонована на підставі даних, отриманих при вивченні властивостей лактозного оперона (laс-оперону) Е. coli, тобто оперона, в якому закодовані білки, які беруть участь в засвоєнні лактози.

Клітини Е. coli зазвичай ростуть на середовищі, використовуючи як джерело вуглецю глюкозу. Якщо в середовищі культивування глюкозу замінити на дисахарид лактозу, то через кілька хвилин клітини адаптуються до нових умов. Вони починають продукувати 3 білка, що забезпечують утилізацію лактози. Один з цих білків — фермент #&46;-галактозідаза, що каталізує гидролитическое

У присутності глюкози клітини Е. coli містять менше 10 молекул цих ферментів на клітку. Перенесення клітин на середу, що містить лактозу, викликає індукцію — збільшення кількості молекул кожного з ферментів до 5000 (рис. 4-47).

Теорія оперона пояснює це явище наступним чином. За відсутності індуктора (лактози) білок-репрессор пов’язаний з оператором. А оскільки ділянки оператора і промотора перекриваються, то приєднання репрессора до оператора перешкоджає зв’язуванню РНК-полімерази з промотором, і транскрипція структурних генів оперона не йде. Коли в середовищі з’являється індуктор, тобто лактоза, то він приєднується до білка-репрессора, змінює його конформацію і знижує спорідненість до оператора. РНК-полімераза зв’язується з промотором і транскрибирует структурні гени.

3. Репресія синтезу білків. триптофанового

і гистидинового Оперон

Зниження концентрації ферменту в бактеріальної клітці може здійснюватися шляхом репресії синтезу ферментів. Сутність цього механізму регуляції полягає в наступному: коли клітини Е. coli ростуть на середовищі, що містить в якості єдиного джерела азоту солі амонію, то їм доводиться синтезувати все азотовмісні речовини. Такі клітини, зокрема, повинні містити всі ферменти, необхідні для синтезу 20 різних амінокислот. Однак якщо додати в середу культивування одну з амінокислот, наприклад триптофан або гістидин, то клітина перестане виробляти весь набір ферментів, необхідних для синтезу цих амінокислот з аміаку і джерела вуглецю. Репресія синтезу ферментів, які каталізують послідовність реакції метаболічного шляху кінцевим продуктом, як це має місце в разі ферментів синтезу гастідіна або триптофану, називається репресією кінцевим продуктом.

Це явище теорія оперона пояснює наступним чином: при відсутності в середовищі Гіс або Три регуляторний білок-репрессор не має спорідненості до оператора і відбувається синтез ферментів, які здійснюють освіту цих амінокислот. Коли в середу додають, наприклад, Гіс, то ця невелика молекула, що отримала назву "корепрессор9quot ;, приєднується до білка-репрессора. В результаті конформаційних змін в молекулі репрессора комплекс бел-ка-репрессора і корепрессора (Гіс) набуває спорідненість до оператора, приєднується до нього, і транскрипція оперона припиняється, тобто припиняється зчитування інформації про будову 10 ферментів, які беруть участь в синтезі цієї амінокислоти (рис. 4-48).

Слід мати на увазі, що репресія і індукція синтезу білків у прокаріотів реалізують принципи адаптації до мінливих умов існування і клітинної економії: ферменти з’являються в клітинах, коли в них є потреба, і перестають вироблятися, якщо потреба зникає.

1. Теорія регуляції синтезу білка Жакоб-Моно. Механізм індукції на прикладі лактозного оперона. Сутність і біологічна роль процесу. Схема процесу.

Дослідження на клітинах Е. coli дозволили встановити, що у бактерій існують ферменти 3 типів:

конститутивні, присутні в клітинах в постійних кількостях незалежно від метаболічного стану організму (наприклад, ферменти гліколізу);

індуковані, їх концентрація в звичайних умовах мала, але може зростати в 100Q раз і більше, якщо, наприклад, в середу культивування клітин додати субстрат такого ферменту;

репресованих, тобто ферменти метаболічних шляхів, синтез яких припиняється при додаванні в середу вирощування кінцевого продукту цих шляхів.

1. Теорія оперона

На підставі генетичних досліджень індукції β-галактозидази, яка бере участь в клітинах Е. coli, в гидролитическом розщепленні лактози (рис. 4-46), Франсуа Жакоб і Жак Моно в 1961 р сформулювали гіпотезу оперона, яка пояснювала механізм контролю синтезу білків у прокаріотів.

В експериментах гіпотеза оперона отримала повне підтвердження, а запропонований в ній тип регуляції стали називати контролем синтезу білка на рівні транскрипції, так як в цьому випадку зміна швидкості синтезу білків здійснюється за рахунок зміни швидкості транскрипції генів, тобто на стадії освіти мРНК.

У Е. coli, як і у інших прокаріотів, ДНК не відділена від цитоплазми ядерною оболонкою. У процесі транскрипції утворюються первинні транскрипти, що не містять нітронів, а мРНК позбавлені «кепа» і полі-А-кінця. Синтез білка починається до того, як закінчується синтез його матриці, тобто транскрипція і трансляція протікають майже одночасно. Виходячи з розміру генома (4 × 10 6 пар нуклеотидів), кожна клітина Е. coli містить інформацію про кілька тисяч білків. Але при нормальних умовах зростання вона синтезує близько 600-800 різних білків, а це означає, що багато генів НЕ транскрибуються, тобто неактивні. Гени білків, функції яких в метаболічних процесах тісно пов’язані, часто в геномі групуються разом у структурні одиниці (Оперон). Відповідно до теорії Жакоба і Моно, оперон називають ділянки молекули ДНК, які містять інформацію про групу функціонально взаємопов’язаних структурних білків, і регуляторну зону, яка контролює транскрипцію цих генів. Структурні гени оперона експресуються узгоджено, або всі вони транскрибуються, і тоді оперон активний, або жоден з генів «прочитується», і тоді оперон неактивний. Коли оперон активний і все його гени транскрибуються, то синтезується поліцістронной мРНК, що служить матрицею для синтезу всіх білків цього оперона. Транскрипція структурних генів залежить від здатності РНК-полімерази приєднуватися до промотор, розташованому на 5′-кінці оперона перед структурними генами.

Зв’язування РНК-полімерази з промотором залежить від присутності білка-репрессора на суміжному з промотором ділянці, який називають «Оператор». Білок-репрессор синтезується в клітці з постійною швидкістю і має спорідненість до операторному ділянці. Структурно ділянки промотора і оператора частково перекриваються, тому приєднання білка-репрессора до оператора створює стерическое перешкоду для приєднання РНК-полімерази.

Більшість механізмів регуляції синтезу білків направлено на зміну швидкості зв’язування РНК-полімерази з промотором, впливаючи таким чином на етап ініціації транскрипції. Гени, які здійснюють синтез регуяятор-них ‘білків, можуть бути віддалені від оперона, транскрипцію якого вони контролюють.

37. Регуляція транскрипції у прокаріот. Теорія оперона, регуляція за типом індукції і репресії (приклади).

1. Теорія оперона

Гени білків, функції яких в метаболічних процесах тісно пов’язані, часто в геномі групуються разом у структурні одиниці (Оперон). Відповідно до теорії Жакоба і Моно, оперон називають ділянки молекули ДНК, які містять інформацію про групу функціонально взаємопов’язаних структурних білків, і регуляторну зону, яка контролює транскрипцію цих генів. Структурні гени оперона експресуються узгоджено, або всі вони транскрибуються, і тоді оперон активний, або жоден з генів «прочитується», і тоді оперон неактивний. Коли оперон активний і все його гени транскрибуються, то синтезується поліцістронной мРНК, що служить матрицею для синтезу всіх білків цього оперона. Транскрипція структурних генів залежить від здатності РНК-полімерази приєднуватися до промотор, розташованому на 5′-кінці оперона перед структурними генами.

Зв’язування РНК-полімерази з промотором залежить від присутності білка-репрессора на суміжному з промотором ділянці, який називають «Оператор». Білок-репрессор синтезується в клітці з постійною швидкістю і має спорідненість до операторному ділянці. Структурно ділянки промотора і оператора частково перекриваються, тому приєднання білка-репрессора до оператора створює стерическое перешкоду для приєднання РНК-полімерази.

Більшість механізмів регуляції синтезу білків направлено на зміну швидкості зв’язування РНК-полімерази з промотором, впливаючи таким чином на етап ініціації транскрипції. Гени, які здійснюють синтез регуляторних білків, можуть бути віддалені від оперона, транскрипцію якого вони контролюють.

2. Індукція синтезу білків. Lac-оперон

Теорія оперона була запропонована на підставі даних, отриманих при вивченні властивостей лактозного оперона (laс -оперона) Е. coli, тобто оперона, в якому закодовані білки, які беруть участь в засвоєнні лактози.

клітини Е. coli зазвичай ростуть на середовищі, використовуючи як джерело вуглецю глюкозу. Якщо в середовищі культивування глюкозу замінити на дисахарид лактозу, то через кілька хвилин клітини адаптуються до нових умов. Вони починають продукувати 3 білка, що забезпечують утилізацію лактози. Один з цих білків — фермент β-галактозидаза, що каталізує гідролітичні розщеплення лактози до глюкози і галактози.

У присутності глюкози клітини Е. coli містять менше 10 молекул цих ферментів на клітку. Перенесення клітин на середу, що містить лактозу, викликає індукцію — збільшення кількості молекул кожного з ферментів до 5000.

Теорія оперона пояснює це явище наступним чином. За відсутності індуктора (лактози) білок-репрессор пов’язаний з оператором. А оскільки ділянки оператора і промотора перекриваються, то приєднання репрессора до оператора перешкоджає зв’язуванню РНК-полімерази з промотором, і транскрипція структурних генів оперона не йде. Коли в середовищі з’являється індуктор, тобто лактоза, то він приєднується до білка-репрессора, змінює його конформацію і знижує спорідненість до оператора. РНК-полімераза зв’язується з промотором і транскрибирует структурні гени.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *