Ang lac operon ay isang pangkat ng mga istrukturang gen na ang pagpapaandar ay upang code para sa mga protina na kasangkot sa metabolismo ng lactose. Ang mga ito ay mga gene na iniutos na sunud-sunod sa genome ng halos lahat ng bakterya at pinag-aralan na may espesyal na pagsisikap sa "model" na bacterium Escherichia coli.
Ang lac operon ay ang modelo na ginamit nina Jacob at Monod noong 1961 para sa pagmumungkahi ng pag-aayos ng genetic sa anyo ng isang operon. Sa kanilang trabaho, inilarawan ng mga may-akda na ito kung paano ang pagpapahayag ng isa o higit pang mga gene ay maaaring "nakabukas" o "naka-off" bilang isang resulta ng pagkakaroon ng isang molekula (lactose, halimbawa) sa medium ng pagtubo.
Pangkalahatang pamamaraan ng lac operon. Tereseik. Mga gawaing derektibo ng imahe ng G3pro. Pagsasalin sa Espanya ni Alejandro Porto.
Ang mga bakterya na lumalaki sa paglago ng media na mayaman sa carbonaceous compound o sugars maliban sa lactose, tulad ng glucose at galactose, ay nagtataglay ng napakababang halaga ng mga protina na kinakailangan para sa metabolismo ng lactose.
Pagkatapos, sa kawalan ng lactose, ang operon ay "naka-off", pinipigilan ang RNA polymerase mula sa pag-uulat ng segment ng gene na naaayon sa lac operon. Kapag ang cell "pandama" ang pagkakaroon ng lactose, ang operon ay isinaaktibo at ang mga gene na ito ay na-transcribe nang normal, na kilala bilang "pag-on" ng operon.
Ang lahat ng mga gene ng operon ay isinalin sa isang solong molekula ng messenger RNA at, samakatuwid, ang anumang kadahilanan na kinokontrol ang transkripsyon ng messenger na ito na RNA ng lac operon ay direktang ayusin ang transkripsyon ng anumang gene na kabilang dito.
Pagtuklas
Ang teorya ng Jacob at Monod ay binuo sa isang konteksto kung saan napakaliit ay nalaman tungkol sa istraktura ng DNA. At ito ay walong taon lamang bago ginawa nina Watson at Crick ang kanilang panukala sa istruktura ng DNA at RNA, kaya't hindi kilala ang messenger na RNA.
Sina Jacob at Monod noong 1950s ay naipakita na ang metabolismo ng lactose na bakterya ay genetically na kinokontrol ng dalawang napaka-tiyak na mga kondisyon: ang pagkakaroon at kawalan ng lactose.
Ang parehong mga siyentipiko ay napansin na ang isang protina na may mga katangian na katulad ng isang allosteric enzyme ay nakakita ng pagkakaroon ng lactose sa medium at na kapag ang asukal ay napansin, ang transkripsyon ng dalawang mga enzymes ay pinasigla: isang lactose permease at isang galactosidase.
Sa ngayon ay kilala na ang permease ay may mga pag-andar sa transportasyon ng lactose sa cell at ang galactosidase ay kinakailangan upang "masira" o "i-cut" ang lactose molekula sa glucose at galactose, upang ang cell maaaring samantalahin ang disaccharide na ito sa mga nasasakupang bahagi nito.
Sa pamamagitan ng 1960 ay natukoy na ang lactose permease at galactosidase ay na-encode ng dalawang magkakasunod na genetic na pagkakasunud-sunod, ang rehiyon ng Z at ang rehiyon ng Y, ayon sa pagkakabanggit.
Ang Lac operon ay bahagi ng genome ng bacterium Escherichia coli. Pinagmulan: NIAID, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons
Sa wakas, noong 1961, ipinakita nina Jacob at Monod ang isang genetic na modelo na binubuo ng limang genetic elemento:
- Isang tagataguyod
- Isang operator at
- gen Z, Y at A.
Ang lahat ng mga segment na ito ay isinalin sa isang solong messenger RNA at binubuo ang mga mahahalagang bahagi upang tukuyin ang halos anumang mga operasyong bakterya sa kalikasan.
Pagsusuri ng genetic at mga eksperimento
Si Jacob, Monod, at ang kanilang mga nakikipagtulungan ay nagsagawa ng maraming mga eksperimento sa mga selula ng bakterya na mayroong mga mutation na nagdulot ng mga hindi mababago sa lactose. Ang nasabing mga paggalaw ay nakilala sa pamamagitan ng pangalan ng pilay at kaukulang mutation na kanilang pag-aari.
Sa ganitong paraan, nakilala ng mga mananaliksik na ang mga mutations sa genes lacZ, na kung saan ang mga code para sa β-galactosidase, at lacY, na mga code para sa lactose permease, ay gumawa ng bakterya ng uri ng lac, iyon ay, bakterya na walang kakayahang mag-metabolize ng lactose. .
Mula sa "genetic mapping" gamit ang mga paghihigpit na mga enzymes, ang lokasyon ng mga gen sa iba't ibang mga strain ay kasunod na natukoy, na naging posible upang maitaguyod na ang tatlong genes na lacZ, lacY at lacA ay matatagpuan (sa pagkakasunud-sunod na) sa bakterya na kromosoma sa isang pangkat ng mga katabing gen.
Ang pagkakaroon ng isa pang protina, na tinatawag na repressor protein, na hindi kinakailangang isaalang-alang bilang "bahagi" ng operon, ay pinababang sa pamamagitan ng mga mutasyon sa isang gene na tinatawag na lacI-. Nag-encode ito ng isang protina na nagbubuklod sa rehiyon ng "operator" sa operon at pinipigilan ang transkrip ng mga gene para sa β-galactosidase at lactose permease.
Sinasabing ang protina na ito ay hindi bahagi ng mga gene na bumubuo sa lac operon, dahil ang mga ito ay tunay na matatagpuan "upstream" ng huli at isinalin sa iba't ibang mga RNA ng messenger.
Schematic ng lac operon (Pinagmulan: Barbarossa sa Dutch Wikipedia sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)
Ang mga bakterya ng bakterya na nagtataglay ng lacI- mutation "constitutively" ay nagpapahiwatig ng mga gen ng lacZ, lacY at lacA, na nangyayari anuman ang pagkakaroon o kawalan ng lactose sa extracellular na kapaligiran.
Marami sa mga obserbasyong ito ay corroborated sa pamamagitan ng paglilipat ng lacI + at lacZ + gen sa isang bacterial cell na hindi gumawa ng mga protina na naka-encode ng mga gen na ito sa isang daluyang walang lactose.
Dahil ang "bacteria" ay nagbago "sa paraang ito ay gumawa lamang ng enzyme β-galactosidase sa pagkakaroon ng lactose, napatunayan ng eksperimento na ang gene ng lacI ay mahalaga para sa regulasyon ng expression ng lac operon.
Pag-andar
Kinokontrol ng lac operon ang transkripsyon ng mga genes na kinakailangan para sa bakterya upang maisakatuparan ang lactose bilang isang mapagkukunan ng carbon at enerhiya. Gayunpaman, ang transkripsyon ng mga gen na ito ay nangyayari lamang kapag ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya ay tumutugma sa mga goma na karbohidrat na uri.
Sa mga selula ng bakterya, mayroong mga mekanismo na kumokontrol sa pagpapahayag ng mga gen ng lac operon kapag sila ay nasa pagkakaroon ng glucose o anumang iba pang asukal na mas madaling mag-metabolize.
Ang pagsukat ng mga sugars na ito ay nagsasangkot sa kanilang transportasyon sa interior ng cell at ang kanilang kasunod na pagkasira o pagproseso.
Ang lactose ay ginagamit bilang isang alternatibong mapagkukunan ng enerhiya para sa bakterya, na tumutulong sa kanila na mabuhay kahit na matapos ang iba pang mga mapagkukunan ng enerhiya sa kapaligiran tulad ng glucose ay maubos.
Ang modelo ng lac operon ay ang unang genetic system ng uri nito na pinahusay at sa gayon ay nagsisilbing batayan para sa paglalarawan ng maraming iba pang mga operons sa genome ng iba't ibang uri ng mga microorganism.
Sa pag-aaral ng sistemang ito, maraming pag-unlad ang ginawa sa pag-unawa sa paggana ng uri ng "repressor" na mga protina na nagbubuklod sa DNA. Nagkaroon din ng pag-unlad sa pag-unawa sa mga allosteric enzymes at kung paano sila kumilos nang pumipili kapag kinikilala ang isa o isa pang substrate.
Ang isa pang mahalagang pagsulong na lumitaw mula sa pag-aaral ng lac operon ay ang pagtatatag ng mahalagang papel na ginagampanan ng messenger RNAs sa pagsasalin ng mga tagubilin na matatagpuan sa DNA at din bilang isang paunang hakbang sa synthesis ng protina.
Mga Sanggunian
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Isang pagpapakilala sa genetic analysis. Macmillan.
- Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, JA, Hood, LE, & Aquadro, CF (2008). Mga genetika: mula sa mga gen hanggang sa genom (pp. 978-0073227382). New York: McGraw-Hill.
- Lewis, M. (2013). Allostery at ang lac Operon. Journal ng molekular na biyolohiya, 425 (13), 2309-2316.
- Müller-Hill, B., & Oehler, S. (1996). Ang lac operon (pp. 66-67). New York :: Walter de Gruyter.
- Parker, J. (2001). lac Operon.
- Yildirim, N., & Kazanci, C. (2011). Ang pagtukoy at stokastikong kunwa at pagsusuri ng mga biochemical reaksyon network: Ang halimbawa ng operasyong lactose. Sa Mga Paraan sa enzymology (Tomo 487, pp. 371-395). Akademikong Press.