오페론은 서로 순차적으로 조절 유전자 순서의 그룹 구성, 기능적으로 관련되며, 그 인 코드 된 단백질은 박테리아 게놈 "선조"게놈에 걸쳐 발견된다.
이 조절 메커니즘은 1961 년 F. Jacob과 J. Monod에 의해 설명되었으며, 1965 년 노벨 생리 의학상을 수상했습니다.이 연구자들은 다음과 같은 유전자를 코딩하는 유전자를 통해 오페론의 작동을 제안하고 입증했습니다. 유당의 활용을 위해 대장균이 요구하는 효소.
유당 오페론을 구성하는 유전자 (프로모터, 오퍼레이터, lacZ, lacY, lacA 및 터미네이터)가있는 DNA 가닥의 그래픽 다이어그램 (출처 : Llull ~ commonswiki Via Wikimedia Commons)
오페론은 각 세포의 필요에 따라 단백질 합성을 조정하는 역할을합니다. 즉, 필요한 시간과 정확한 위치에서 단백질을 생성하기 위해서만 발현됩니다.
오페론에 포함 된 유전자는 일반적으로 구조적 유전자로, 세포 내 대사 경로에 직접 관여하는 중요한 효소를 암호화합니다. 이들은 아미노산, ATP 형태의 에너지, 탄수화물 등의 합성이 될 수 있습니다.
오페론은 진핵 생물에서도 흔히 발견되지만, 원핵 생물과는 달리, 진핵 생물에서는 오페론 영역이 단일 메신저 RNA 분자로 전사되지 않습니다.
발견
François Jacob과 Jacques Monod가 만든 오페론에 관한 첫 번째 중요한 진전은 세포가 기질이있을 때에 만 특정 효소가 나타나는 "효소 적 적응"문제를 해결하는 것이 었습니다.
기질에 대한 세포의 이러한 반응은 수년 동안 박테리아에서 관찰되었습니다. 그러나 연구진은 세포가 그 기질을 대사하기 위해 합성해야하는 효소를 정확히 결정하는 방법을 궁금해했습니다.
Jacob과 Monod는 갈락토오스와 같은 탄수화물이있는 상태에서 박테리아 세포가 정상적인 조건에서보다 100 배 더 많은 β- 갈 락토시다 아제를 생산한다는 것을 관찰했습니다. 이 효소는 β- 갈 락토 사이드를 분해하여 세포가 대사 적으로 사용하도록합니다.
따라서 두 연구자들은 β- 갈 락토시다 아제의 합성 증가를 유도하는 역할을했기 때문에 갈 락토 사이드 형 탄수화물을 "유도자"라고 불렀습니다.
마찬가지로 Jacob과 Monod는 조정 된 방식으로 제어되는 세 가지 유전자가있는 유전 영역을 발견했습니다. Z 유전자는 효소 β- 갈 락토시다 아제를 코딩합니다. 효소 락토스 퍼 미아 제를 코딩하는 Y 유전자 (갈 락토 사이드의 수송); 및 효소 트랜스 아세틸 라제를 암호화하는 유전자 A는 또한 갈 락토 사이드의 동화에 필수적이다.
후속 유전자 분석을 통해 Jacob과 Monod는 유당 오페론의 유전자 제어의 모든 측면을 명확히했으며, 유전자 Z, Y 및 A의 세그먼트가 "오페론"으로 정의 된 조정 된 발현을 가진 단일 유전자 단위를 구성한다는 결론을 내 렸습니다.
Operon 모델
오페론 모델은 1965 년 Jacob과 Monod가 처음으로 정확하게 기술하여 에너지 원으로 락토스를 대사하기 위해 대장균에서 필요한 효소에 대해 전사 및 번역되는 유전자의 조절을 설명했습니다. .
이 연구자들은 연속적으로 위치한 유전자 또는 일련의 유전자의 전사 체가 두 가지 요소, 즉 1) 조절 유전자 또는 억제 유전자 2) 및 조작 유전자 또는 조작자 서열에 의해 조절된다고 제안했습니다.
조작자 유전자는 항상 발현 조절을 담당하는 구조 유전자 옆에 위치하며, 억제 자 유전자는 조작자와 결합하여 전사를 방지하는 "억제 자"라는 단백질을 암호화합니다.
억제자가 조작자 유전자에 연결되면 전사가 억제됩니다. 이런 식으로, 락토스를 동화시키는 데 필요한 효소를 암호화하는 유전자의 유전 적 발현이 발현되지 않으므로 상기 이당류를 대사 할 수 없습니다.
다른 제어 요소를 통한 유당 오페론의 기능 다이어그램. 이것은 생물학 교사가 이러한 유전자의 기능을 가르치기 위해 사용하는 "모델"오페론입니다 (출처 : Tereseik. G3pro 이미지에서 파생 된 작업. Alejandro Porto의 스페인어 번역. Wikimedia Commons를 통해)
현재, 리프레 서와 오퍼레이터의 결합은 입체 메커니즘으로 RNA 중합 효소가 프로모터 부위에 결합하여 유전자를 전사하기 시작하는 것을 방지하는 것으로 알려져 있습니다.
프로모터 부위는 RNA 중합 효소가 유전자에 결합하고 전사하는 것으로 인식하는 "사이트"입니다. 결합 할 수 없기 때문에 서열의 어떤 유전자도 전사 할 수 없습니다.
오퍼레이터 유전자는 프로모터와 구조 유전자로 알려진 서열의 유전 영역 사이에 있습니다. 그러나 Jacob과 Monod는 당시이 지역을 식별하지 못했습니다.
구조적 유전자 (들), 오퍼레이터 및 프로모터를 포함하는 완전한 서열이 본질적으로 "오페론"을 구성하는 것으로 알려져있다.
오페론의 분류
오페론은 조절되는 방식에 따라 세 가지 범주로만 분류됩니다. 유도자가 표현된다는 것 (억제 가능).
세 가지 유형의 오페론은 다음과 같습니다.
유도 성 오페론
이 유형의 오페론은 아미노산, 당, 대사 산물 등과 같은 환경의 분자에 의해 조절됩니다. 이 분자는 유도 제로 알려져 있습니다. 유도 인자 역할을하는 분자가 발견되지 않으면 오페론의 유전자가 활발히 전사되지 않습니다.
유도 성 오페론에서 자유 억제자는 조작자와 결합하여 오페론에서 발견되는 유전자의 전사를 방지합니다. 인 듀서가 리프레 서에 결합하면 리프레 서에 결합 할 수없는 복합체가 형성되어 오페론의 유전자가 번역됩니다.
억제 가능한 오페론
이러한 오페론은 아미노산, 당, 보조 인자 또는 전사 인자 등 특정 분자에 의존합니다. 이들은 코어 프레 서로 알려져 있으며 인덕터와 완전히 반대되는 방식으로 작동합니다.
코어 프레 서가 리프레 서와 결합 할 때만 전사가 중단되므로 오페론 내에 포함 된 유전자의 전사가 발생하지 않습니다. 그런 다음 억제 가능한 오페론의 전사는 corepressor의 존재로만 중지됩니다.
구성 적 오페론
이러한 유형의 오페론은 규제되지 않습니다. 그들은 지속적으로 적극적으로 전사되고 있으며, 이러한 유전자의 서열에 영향을 미치는 돌연변이가 발생할 경우이를 포함하는 세포의 수명이 영향을받을 수 있으며 일반적으로 프로그램 된 세포 사멸을 유발할 수 있습니다.
예
오페론의 기능에 대한 가장 초기의 가장 널리 알려진 예는 lac (유당) 오페론입니다. 이 시스템은 이당류 인 락토오스를 단당류 포도당과 갈락토오스로 변환시키는 역할을합니다. 이 과정에서 세 가지 효소가 작용합니다.
-유당을 포도당과 갈락토스로 전환시키는 역할을하는 β- 갈 락토시다 아제.
-유당 투과 효소, 세포 외 배지에서 세포 내부로 유당을 운반하고
-시스템에 속하지만 알려지지 않은 기능을 가진 Transcetylase
대장균의 trp (트립토판) 오페론은 코리스 믹산을 전구체로하는 트립토판 합성을 제어합니다. 이 오페론에는 세 가지 효소의 생산에 사용되는 다섯 가지 단백질에 대한 유전자가 있습니다.
-유전자 E와 D로 암호화 된 첫 번째 효소는 트립토판 경로의 처음 두 반응을 촉매하며 안트라 닐 레이트 합성 효소로 알려져 있습니다.
-두 번째 효소는 글리세롤 포스페이트이며 후속 단계를 촉매하여 안트라 닐화 합성 효소를 촉매합니다.
-세 번째이자 마지막 효소는 인돌-글리세롤 포스페이트와 세린으로부터 트립토판을 생산하는 트립토판 합성 효소 (이 효소는 유전자 B와 A의 산물입니다)
참고 문헌
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