Operon

Operon je u genetici funkcionalna jedinica regulacije genetičke aktivnosti koja se sastoji iz promotora, operatora i jednog ili više inducibilnih strukturnih gena koji se nalaze pod kontrolom regulatornih elemenata. Prisustvo operona je pokazano kod prokariota i kod nekih nematoda. Nisu svi geni organizovani u operone, jer konstitutivni geni ne podležu represiji aktivnosti (bar ne pod normalnim uslovima, mada su svi geni u izvesnoj meri podložni regulaciji aktivnosti u skladu sa stimulusima koji deluju na ćeliju). Otkrili su ih Fransoa Žakob i Žak Mono kod bakterije Escherichia coli. Na osnovu dosadašnjih istraživanja, izvesno je da geni eukariota nisu organizovani u operone, te da je regulacija genske aktivnosti kod njih znatno kompleksniji proces koji se odvija u više nivoa.

Promotorni deo

Promotorni deo gena sadrži sekvencu koda koju u procesu traknskripcije prepoznaje RNK polimeraza, za promotorni deo se vezuje i započinje proces sinteze iRNK koja kodira sled aminokiselina za potrebni protein. Postojanje sigma-faktora koji dopunjuje RNK polimerazu do holoenzima omogućava selektivnost vezivanja za tačan deo koda - promotor, pa samim tim sprečava nasumično transkribovanje. Suštinski, promotorni deo služi kao oznaka početka koda za izvesni protein.

Operatorski deo

Operatorski deo operona je zadužen za interakciju sa efektorskim komponentama - specifičnim proteinima koji bilo stimulišu transkripciju (induktori) ili je sprečavaju (represori). Operatorski deo se nalazi nizvodno od promotora (međutim, smatra se delom promotornog regiona) ali ispred strukturnog gena što znači da RNK polimeraza mora da prođe operatorski deo pre nego što otpočne prepisivanje. Ovo ostavlja prostora da se vezivanjem konformaciono specifičnih komponenata spreči prolazak RNK polimeraze pa samim tim i spreči transkripcija.

Regulacija genske aktivnosti putem operona

U zavisnosti od prirode efektora, operoni mogu biti induktibilni i represibilni operoni. Svaki tip može da se reguliše pozitivno i negativno. Kod induktibilnih operona, bazičan stepen transkripcije je jako malo ili nepostojeći i primarno je reč o operonima koji sadrže gene koji kodiraju proteine koji u normalnim uslovima sredine nisu potrebni za normalno funkcionisanje ćelije. S druge strane, represibilni operoni su oni koji sadrže strukturni gen koji se normalno transkribuje sa velikom učestalošću, ali je ovaj proces potrebno redukovati u slučaju prisustva proteina u sredini čime je sintetisanje neracionalno.

Induktibilni operoni

Najbolji, a ujedno i prvi otkriveni, primer induktibilnog operona je laktonski operon kod E. coli. E. coli je veoma prilagodljiva bakterija koja živi u najrazličitijim, pa i veoma ekstremnim uslovima sredine. Ipak, ona se primarno hrani glukozom. U eksperimentima koje su Žakob i Mono izvodili in vitro, bakterije ove vrste su unošene na podlogu bogatu laktozom a lišenu glukoze. Primećeno je da su bakterije uspevale i na ovakvoj podlozi. Objašnjenje leži u sposobnosti E. coli da po potrebi sintetiše laktazu koja joj omogućava korišćenje laktoze kao energetskog izvora.

Laktonski operon (lac operon) sastoji se od gena regulatora koji kodira represorni molekul (Lac I), promotornog mesta, operatorskog mesta i tri gena koji kodiraju enzime bitne za metabolizam laktoze (Lac Z, Lac Y, Lac A). Kada se ćelija nalazi u uslovima bogatim glukozom koja predstavlja primarnu hranu ove bakterije, za promotorno mesto je vezan represorni molekul i transkripcije nema.

Kod negativne regulacije lac operona, prisustvo induktora - glukoze - uslovljava njeno vezivanje za represorni molekul što dovodi do konformacionih promena. Ove promene remete specifičnost geometrije represornog molekula i onemogućavaju da ostane vezan za promotor. Za promotor oslobođen represornog molekula sada može da se veže RNK polimeraza i ovako se uspostavlja bazičan nivo tranksripcije u prisustvu laktoze.

Kod pozitivne regulacije lac operona, ukoliko su povećane koncentracije laktoze povezane sa niskim koncentracijama glukoze dolazi do stimulisanja transkripcije gena za sintezu enzima metabolizma laktoze. Mehanizam ovih promena je sledeći: koncentracije glukoze i cikličnog adenozin monofosfata (cAMP) su međusobno spregnute - umanjena koncentracija glukoze uslovljava povišenu koncentraciju cAMP. Specifičan CAP protein koji može da poveća opšti stepen transkripcije može da se veže za promotorno mesto samo ukoliko obrazuje kompleks sa cAMP. Povećani nivoi cAMP ovo omogućavaju te ovako obrazovan kompleks stimuliše dalju transkripciju.

Represibilni operoni

Kod E. coli je daljim proučavanjima otkriven i mehanizam regulacije genske aktivnosti putem represibilnih operona. Najbolji primer za to je triptofanski operon koji se sastoji iz regulatornih elemenata, pet strukturnih gena i gena koji kodira represorni molekul. U ovom slučaju efektorski molekul - triptofan - se ponaša kao korepresor. Naime, kada se u ćeliji nalazi mala koncentracija aminokiseline triptofan, RNK polimeraza može nesmetano da se vezuje za promotorni region i vrši prepisivanje. Pri višim koncentracijama triptofana pak, on sam reguliše prestanak dalje sinteze delujući kao korepresor - vezuju se za represorni molekul menjajući mu konformaciju, pri čemu je formirani kompleks stereospecifičan i ima afinitet da se veže za operatorski deo operona (sposobnost koju sam represorni molekul nije imao). Ovime se stepen transkripcije smanjuje i sprečava se stvaranje nepotrebno velikih količina triptofana.

Vidi još

• Transkripcija
• Regulacija genske aktivnosti
• Biosinteza proteina

Literatura

• „Principi genetike“, Ninoslav Đelić, Zoran Stanimirović, Elit Medica, Beograd, mart 2004. ISBN 978-86-7222-037-7