OPERON: PENEMUAN, MODEL, KLASIFIKASI, CONTOH - BIOLOGI - 2025

An operon terdiri daripada sekumpulan gen yang disusun secara berurutan yang mengawal satu sama lain, bahawa protein mengekod yang fungsi yang berkaitan, dan yang terdapat di seluruh genom bakteria dan "nenek moyang" genom.

Mekanisme pengawalseliaan ini dijelaskan oleh F. Jacob dan J. Monod pada tahun 1961, suatu fakta yang menjadikan mereka Hadiah Nobel dalam Fisiologi dan Perubatan pada tahun 1965. Para penyelidik ini mencadangkan dan menunjukkan operasi operon melalui gen yang memberi kod untuk enzim yang diperlukan oleh Escherichia coli untuk penggunaan laktosa.

Gambarajah grafik untaian DNA dengan gen yang terdiri daripada operon laktosa (Promoter, Operator, lacZ, lacY, lacA dan terminator) (Sumber: Llull ~ commonswiki Melalui Wikimedia Commons)

Operon bertanggungjawab untuk mengkoordinasikan sintesis protein mengikut keperluan setiap sel, iaitu, mereka hanya dinyatakan untuk menghasilkan protein pada waktu dan di tempat yang tepat di mana ia diperlukan.

Gen yang terkandung dalam operon umumnya adalah gen struktural, yang bermaksud bahawa mereka memberi kod untuk enzim penting yang terlibat secara langsung dalam jalur metabolik dalam sel. Ini boleh menjadi sintesis asid amino, tenaga dalam bentuk ATP, karbohidrat, dll.

Operon juga sering dijumpai dalam organisma eukariotik, namun, berbeza dengan organisma prokariotik, di kawasan eukariotik wilayah operon tidak ditranskripsikan sebagai molekul RNA utusan tunggal.

Penemuan

Kemajuan penting pertama mengenai operon yang dibuat oleh François Jacob dan Jacques Monod adalah untuk mengatasi masalah "penyesuaian enzimatik", yang terdiri daripada penampilan enzim tertentu hanya ketika sel berada di hadapan substrat.

Tindak balas sel terhadap substrat telah diamati pada bakteria selama bertahun-tahun. Walau bagaimanapun, para penyelidik tertanya-tanya bagaimana sel menentukan tepat enzim mana yang harus disintesisnya untuk memetabolismekan substrat itu.

Jacob dan Monod memerhatikan bahawa sel bakteria, dengan adanya karbohidrat seperti galaktosa, menghasilkan 100 kali lebih banyak β-galaktosidase daripada dalam keadaan normal. Enzim ini bertanggungjawab memecah β-galaktosida sehingga sel menggunakannya secara metabolik.

Oleh itu, kedua-dua penyelidik menyebut karbohidrat jenis galaktosida sebagai "penginduksi", kerana mereka bertanggungjawab untuk mendorong peningkatan sintesis β-galactosidase.

Begitu juga, Jacob dan Monod menemui kawasan genetik dengan tiga gen yang dikawal secara terkoordinasi: gen Z, yang mengekodkan enzim β-galactosidase; gen Y, pengekodan enzim laktosa permease (pengangkutan galaktosida); dan gen A, yang memberi kod untuk enzim transacetylase, yang juga penting untuk asimilasi galaktosida.

Melalui analisis genetik berikutnya, Jacob dan Monod menjelaskan semua aspek kawalan genetik operon laktosa, menyimpulkan bahawa segmen gen Z, Y dan A membentuk satu unit genetik dengan ekspresi terkoordinasi, yang mereka definisikan sebagai "operon".

Model operasi

Model operon pertama kali dijelaskan dengan tepat pada tahun 1965 oleh Jacob dan Monod untuk menjelaskan peraturan gen yang ditranskripsikan dan diterjemahkan untuk enzim yang diperlukan dalam Escherichia coli untuk memetabolisme laktosa sebagai sumber tenaga. .

Para penyelidik ini mencadangkan agar transkrip gen atau kumpulan gen yang terletak berturut-turut diatur oleh dua elemen: 1) gen pengatur atau gen penindas 2) dan gen pengendali atau urutan operator.

Gen pengendali selalu terletak di sebelah gen struktural yang ekspresinya bertanggung jawab untuk mengatur, sementara gen penekan memberi kode untuk protein yang disebut "penekan" yang mengikat pada operator dan mencegah transkripsinya.

Transkripsi ditindas apabila penekan dihubungkan dengan gen pengendali. Dengan cara ini, ekspresi gen gen yang menyandikan enzim yang diperlukan untuk mengasimilasi laktosa tidak dinyatakan dan, oleh itu, tidak dapat memetabolisme disakarida tersebut.

Gambarajah fungsional operon laktosa melalui unsur kawalannya yang berbeza. Ini adalah "model" operon yang digunakan oleh guru biologi untuk mengajar fungsi gen ini (Sumber: Tereseik. Karya yang berasal dari gambar G3pro. Terjemahan Sepanyol oleh Alejandro Porto. Melalui Wikimedia Commons)

Pada masa ini diketahui bahawa pengikatan penekan ke pengendali mencegah, dengan mekanisme sterik, bahawa polimerase RNA mengikat ke laman web penganjur sehingga ia mula mentranskripsikan gen.

Laman penganjur adalah "laman web" yang dikenali oleh polimerase RNA untuk mengikat dan mentranskripsikan gen. Oleh kerana ia tidak dapat mengikat, ia tidak dapat menyalin gen dalam urutan.

Gen pengendali terletak di antara kawasan genetik urutan yang dikenali sebagai pendorong dan gen struktur. Namun, Jacob dan Monod tidak mengenal pasti wilayah ini pada masa mereka.

Sekarang diketahui bahawa urutan lengkap yang merangkumi gen struktur atau gen, pengendali dan penganjur, pada hakikatnya merupakan suatu "operon".

Pengelasan operasi

Operon diklasifikasikan hanya dalam tiga kategori berbeza yang bergantung pada cara mereka diatur, iaitu, ada yang dinyatakan secara berterusan (konstitutif), yang lain memerlukan beberapa molekul atau faktor tertentu untuk diaktifkan (diinduksi) dan yang lain dinyatakan secara berterusan hingga bahawa pemacu dinyatakan (boleh ditindas).

Tiga jenis operan adalah:

Operon yang boleh diinduksi

Operon jenis ini diatur oleh molekul di persekitaran seperti asid amino, gula, metabolit, dll. Molekul-molekul ini dikenali sebagai pengaruh. Sekiranya molekul yang bertindak sebagai pemicu tidak dijumpai, gen operon tidak ditranskripsikan secara aktif.

Dalam operon yang dapat diinduksi, penekan bebas mengikat pada pengendali dan mencegah transkripsi gen yang terdapat di dalam operon. Apabila pemacu mengikat penekan, kompleks terbentuk yang tidak dapat mengikat penekan dan dengan itu gen operon diterjemahkan.

Operon yang tertekan

Operon ini bergantung pada molekul tertentu: asid amino, gula, kofaktor atau faktor transkripsi, antara lain. Ini dikenali sebagai corepressor dan bertindak dengan cara yang sama sekali bertentangan dengan induktor.

Hanya apabila corepressor mengikat dengan penekan maka transkripsi berhenti dan dengan demikian transkripsi gen yang terdapat di dalam operon tidak berlaku. Kemudian transkripsi operon yang ditekan hanya berhenti dengan kehadiran korepresor.

Operon konstitutif

Jenis operon ini tidak dikawal selia. Sel-sel ini ditranskripsikan secara aktif dan, sekiranya berlaku mutasi yang mempengaruhi urutan gen ini, kehidupan sel-sel yang mengandungnya dapat dipengaruhi dan, secara umum, memicu kematian sel yang diprogramkan.

Contoh

Contoh fungsi operon yang paling awal dan paling dikenali adalah operon lac (laktosa). Sistem ini bertanggungjawab mengubah laktosa, disakarida, menjadi glukosa dan galaktosa monosakarida. Tiga enzim bertindak dalam proses ini:

- β-galactosidase, bertanggungjawab untuk menukar laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

- Laktosa permease, bertanggungjawab untuk mengangkut laktosa dari medium ekstraselular ke bahagian dalam sel dan

- Transcetylase, yang termasuk dalam sistem, tetapi mempunyai fungsi yang tidak diketahui

Operon trp (triptofan) dari Escherichia coli mengawal sintesis triptofan, dengan asid korismik sebagai pendahulunya. Di dalam operon ini terdapat gen untuk lima protein yang digunakan untuk penghasilan tiga enzim:

- Enzim pertama, yang dikodkan oleh gen E dan D, memangkinkan dua reaksi pertama dari jalur triptofan dan dikenali sebagai sintetase antranilat

- Enzim kedua adalah gliserolfosfat dan menjadi pemangkin langkah seterusnya untuk antranilat sintetase

- Enzim ketiga dan terakhir adalah tryptophan synthetase, yang bertanggungjawab menghasilkan tryptophan dari indole-gliserol fosfat dan serine (enzim ini adalah produk gen B dan A)

Rujukan

1. Blumenthal, T. (2004). Operon di eukariota. Taklimat dalam Fungsi Genomik, 3 (3), 199-211.
2. Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, & Santana Calderón, A. (2000). Prinsip genetik. Prinsip genetik.
3. Osbourn, AE, & Field, B. (2009). Operon. Sains hayat sel dan molekul, 66 (23), 3755-3775.
4. Shapiro, J., Machattie, L., Eron, L., Ihler, G., Ippen, K., & Beckwith, J. (1969). Pengasingan DNA operasi lac tulen. Alam, 224 (5221), 768-774.
5. Suzuki, DT, & Griffiths, AJ (1976). Pengenalan kepada analisis genetik. WH Freeman and Company.