Cesko.wiki Lac operon
Author
Albert FloresLaktóza a její dvě složky, klíčoví hráči v tématu lac operonu Lac operon je operon známý především u bakterie Escherichia coli, který se skládá ze tří genů, které se účastní metabolismu laktózy. Tato metabolická cesta je poměrně komplikovaným způsobem regulována.
Lac operon byl prvním objeveným operonem a jeho objevitelé, François Jacob a Jacques Monod, obdrželi Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství v roce 1965.
Stavba
Lac operon obsahuje tři geny, každý kóduje jeden enzym: * lac Z - enzym beta-galaktosidáza (rozklad laktózy na dílčí monosacharidy, glukózu a galaktózu) * lac Y - enzym beta-galaktosid permeáza (transport laktózy přes membránu) * lac A - enzym beta-galaktosid transacetyláza (přenos acetylové skupiny z acetylkoenzymu A na laktózu)
Všechny tyto geny jsou přepisovány jako jeden řetězec mRNA. Ten začíná promotorem (jenž funguje jako signál pro RNA polymerázu), následuje tzv. +more operátor (24 nukleotidů dlouhá sekvence, jenž se účastní regulace exprese tohoto operonu) a po tomto operátoru následují sekvence jednotlivých tří genů.
Regulace
Enzym, který by rozkládal laktózu (tzv. enzym beta-galaktosidáza, konkrétně laktáza), se hodí jen tehdy, když je v okolním prostředí dostatek laktózy a zároveň je nedostatek glukózy. +more V opačném případě je pro bakterie nevýhodné vyrábět tento enzym a za těchto okolností je díky komplexnímu regulačnímu mechanismu utlumena transkripce (exprese, vlastně výroba) lac operonu. Oba efekty se doplňují a když zároveň je přítomna laktóza a chybí glukóza, je exprese nejsilnější.
Utlumení syntézy beta-galaktosidázy umožňuje tzv. lac represor, který se váže na operátor a znemožňuje tak transkripci lac operonu. +more Tento lac represor je produkt genu LacI. Za normálních okolností v podstatě inhibuje transkripci lac operonu a koncentrace beta-galaktosidázy a beta-galaktosid permeázy je velice nízká. Když se však v okolí objeví laktóza, i takto malé množství rozkladných enzymů stačí k tomu, aby se některé molekuly laktózy rozštěpily. Takto vzniklé produkty, glukóza a galaktóza, se spojí za vzniku allolaktózy a způsobí deaktivaci lac represoru. Ten změní svou konformaci a uvolní se z DNA.
Existuje však ještě jeden způsob regulace lac operonu. Když je v prostředí málo glukózy, enzym adenylátcykláza na povrchu buňky to zaregistruje a začne produkovat cAMP. +more Ten se naváže na tzv. katabolitem aktivovaný protein (CAP) a aktivuje ho. CAP změní svou konformaci a naváže se na DNA (a také na RNA polymerázu), čímž zvyšuje transkripci lac operonu. Když je tedy v prostředí hodně glukózy, transkripce lac operonu se sníží, protože to totiž také může znamenat, že je v buňce dostatečné množství rozkladných enzymů.