0000031(1)

GENETYKA

Jacob, Monod oraz ich następcy odkryli u E. coli i innych bakterii cały szereg opcronów działających na identycznej zasadzie. Zwykle związane one bvtv zc szlakami rozpadu nietypowych substratów energetycznych.

Wnioski:

1.    Opcron tworzy grupa genów strukturalnych, odpowiedni dla nich promotor i operator oraz regulatorowy (por. Ryc. 102).

2.    Opisany przed chwilą opcron laktozowy należy do systemów kontroli typu negatywnego, tzn., że system blokowany jest przez białko represorowe przyłączające się do DNA (hamowanie transkrypcji).

3.    Jednocześnie operon laktozowy należy do opcronów indukowalnych (nicnaukowo ale „po naszemu” — „uruchamialnych”), czyli takich, które pierwotnie są reprymowane („po naszemu” — blokowane) i ulegają uaktywnieniu jedynie w specyficznych sytuacjach. Krótko — włączenie operonu laktozowego indukuje syntezę trzech wymienionych już enzymów („normalnie” system iest wyłączony).

UWAGA: Teksty w rodzaju: „operony indukowalne ulegające reprymowaniu”, prawdopodobnie źle wpływają na poziom Twojej adrenaliny. Proponują więc trochę pozłorzeczyć na autora tej książki i... dalej „zakuwać”.

4.    Funkcję molekularnego przełącznika sprawuje gen — OPERATOR (umożliwia dwie „pozycje pracy” — włączony albo wyłączony).

5.    Opisywany operon i jemu podobne chronią komórkę przed ponoszeniem kosztów związanych z syntezą zbędnych i (lub) rzadko potrzebnych enzymów, dla których najczęściej brakuje substratów.

6.    Jest to doskonały przykład regulacji przez sprzężenie zwrotne ujemne (przemyśl to!).

7.    Operon laktozowy wykazuje doskonalą skuteczność, zmniejsza bowiem ok. 1000x ilość cząsteczek enzymów- przerabiających laktozę (chyba, że ulegnie włączeniu).

8.    Geny promotora i operatora nie ulegają transkry pcji ani translacji — spełniają jedynie rolę regulatorową.

OPERON TRYPTOFANOWYDZIAŁA ODWROTNIE NIŻ LAKTOZOWY

Nieco inaczej przedstawia się sprawa, gdy zachodzi potrzeba kontroli szlaków syntezy ważnych substancji, takich jak np. aminokwasy, nukleotydy czy kofaktory enzymatyczne. W tych przypadkach należy’ oczekiwać, że transkrypcja odpowiednich genów będzie zachodziła w sposób konstytutywny. Jednakże i tu pojawia się pewien istotny problem — co będzie, jeśli np. enzymy zsyn-tetyzują zbyt dużo tryptofanu? Sytuacja taka jest wyobrażalna, należy więc oczekiwać, że w komórkach będzie działał system blokując)’ syntezę tego aminokwasu, czyli chroniący ją przed nadmiarem produktu końcowego. Cel ten można uzyskać modyfikując aktywność działających już enzymów, ale co począć z postępującą syntezą nowych. Są one tym bardziej niepotrzebne, żc żadne białka enzymatyczne nie zużywają się natychmiast (w razie potrzeby można zaś odblokować już istniejące — przemyśl to). Niszczenie własnych enzymów należy odrzucić jako zbyt niebezpieczne dla samej komórki. Pozostaje więc wyłączenie genów, które kodują te enzymy. Tak właśnie działa operon tryptofanowy.

7. Kontrola działaniu genów

W przeciętnych warunkach zespól pięciu, blisko siebie położonych genów ulega jednoczesnej transkrypcji, a następnie translacji. Produktem jest pięć białek enzymatycznych związanych z syntezą tryptofanu (ich nazwy są tutaj nieistotne). Powyżej tych genów znajduje się odcinek regulatorowy, składający się z: promotora i operatora. Oczywiście, ten opcron znajduje się w innym miejscu chromosomu bakteryjnego niż operon laktozowy. Jednak jego geny regulatorowe działają na podobnej zasadzie. W tym systemie funkcję kontrolną spełnia także położony dalej gen regulatorowy. Jednak tutaj produkt jego ekspresji — białko represorowe — nic pasuje przestrzennie do sekwencji operatora, a więc nic hamuje transkrypcji (represor jest nieaktywny; por. Ryc. 101 B a). Można więc powiedzieć, że w przeciętnych warunkach operon ten jest włączony. Sytuacja zmienia się dopiero, gdy powstanie zbyt dużo tryptofanu. Aminokwas ten w większym stężeniu jest w stanie wyłączyć „swój" opcron. Oczywiście nie bezpośrednio, ale oddziaływując z nieaktywnym reprcsorcm. Jako korepresor (taki: „aktywator represora”) tryptofan łączy się z represo-rcm, modyfikując go allostcrycznie tak, że staje się on aktywnym reprcsorcm. Czynny kompleks represor-korepresor przyłącza się i opłaszcza wokół operatora. Dla polimerazy RNA oznacza to zablokowanie dostępu do sekwencji leżących poniżej tego miejsca (por. Ryc. 101 B b). Gdy po pewnym czasie stężenie tryptofanu obniży się, kompleks represor-korepresor ulega rozpadowi i nieczynny represor musi odsłonić operator (nie zapominaj, że tryptofan nieustannie zużywany jest do syntezy białek i nie tylko). Można więc powiedzieć, iż opcron tryptofanowy został ponownie włączony.

Gen

represora

m RNA

! i Promotor J Operator I ~Gen I j Gen II j Gen III j Gen IV J Gen V

j-k.....y<.....f.....x.....x.....x.....x.....y

...............t i r r i

białko

represorowe

(nieaktywne)

enzymy biosyntezy tryptofanu

DNA

Polimcraza m RNA

substrat

tryptofan

GO

białko

represorowe

(nieaktywne)

try ptofan jako korepresor CO

1 Gen 1 i	Gen II	Gen III	Gen IV	Gen V !
UrUtSOT^JG	'.T** T^1.?. ' ‘ ' •TP'iu Jr.

DNA

ł ł ł ł

BLOKADA TRANSKRYPCJI

białko represorowe (aktywne)

Ryc. 101 B. Zasada działania opero nu tryptofa nowego u E. coli (a —system włączony przy niezaspokojonym zapotrzebowaniu na tryptofan b — system wyłączony w warunkach nadmiant tryptofanu; dokładniejszy opis tekście).

163