Что такое оперон в биологии

Оперон – определение, структура и функции

Оперон Определение

Оперон – это группа функционально связанных генов, которые контролируются общим оператор, Опероны состоят из множества генов, сгруппированных вместе с промотором и оператором. Опероны присутствуют в прокариотах (бактерии и археи), но отсутствуют у эукариот. В некоторых ситуациях множественные опероны контролируются одним и тем же регуляторным белком; в этих случаях опероны образуют регулон. Опероны были впервые определены как способ ген контроль над выражением в 1961 году Франсуа Жакобом и Жаком Моно.

Структура оперона

Опероны – это области ДНК, которые содержат кластеры родственных генов. Они состоят из промоторной области, оператора и множества родственных генов. Оператор может быть расположен либо внутри промотора, либо между промотором и генами. РНК-полимераза посвященные транскрипция путем связывания с областью промотора. Местоположение оператора важно, так как его регулирование позволяет или предотвращает транскрипцию генов в мРНК.

Оперон Функция

Оперон представляет собой полный пакет для экспрессии генов и синтеза полипептидов. Комбинируя родственные гены, все полипептиды, необходимые для определенной функции, синтезируются в ответ на один стимул. Например, бактерия Escherichia coli содержит ряд генов, сгруппированных в опероны и регулоны: Лак оперон который участвует в деградации лактозы, оперон Trp, который участвует в биосинтезе триптофана, и оперон His, который участвует в биосинтезе гистидина. Эти опероны включаются, когда нужны генные продукты.

Опероны могут находиться под отрицательным или положительным контролем. Отрицательный контроль включает в себя отключение оперона в присутствии репрессора; это может быть либо подавляемым, либо индуцибельным. Репрессируемый оперон – это тот, который обычно включен, но который может быть подавлен в присутствии репрессора. молекула, Репрессор связывается с оператором таким образом, что движение или связывание РНК-полимеразы блокируется и транскрипция не может продолжаться. Индуцибельный оперон – это тот, который обычно выключен. При отсутствии индуктора оператор блокируется молекулой-репрессором. Когда индуктор присутствует, он взаимодействует с белком-репрессором, освобождая его от оператора и позволяя транскрипции продолжаться. Репрессируемые опероны обычно участвуют в анаболических путях или синтезе важного компонента, тогда как индуцибельные опероны обычно участвуют в катаболических путях или расщеплении питательных веществ. Положительный контроль оперона – это когда экспрессия гена стимулируется присутствием регуляторного белка.

Лак Оперон

Lac оперон является классическим примером оперона и отвечает за разложение лактозы молочного белка. Оперон Lac является индуцибельным опероном; в отсутствие лактозы оператор блокируется белком-репрессором. Оперон состоит из промотора с оператором и трех генов (lacZ, lacY и lacA), которые кодируют β-галактозидазу, пермеазу и трансацетилазу. Три гена участвуют в расщеплении лактозы на ее метаболиты: β-галактозидаза расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу, тогда как два других белка помогают в метаболическом процессе. Экспрессия оперона Lac контролируется регуляторным геном lacI, расположенным непосредственно рядом с промоторной областью. LacI кодирует аллостерический репрессорный белок, который удерживает оперон Lac в выключенном состоянии.

Для включения оперона Lac молекула-индуктор должна инактивировать репрессорный белок. Молекула-индуктор в этой системе – это алолактоза, изомер лактозы. Когда лактоза и ее изомер присутствуют в клетка аллолактоза будет связываться с аллостерическими участками белка-репрессора, изменяя его конформацию и делая его неактивным. Когда репрессорный белок отсоединяется от оператора, РНК-полимераза может связываться с промотором, может происходить транскрипция и могут быть синтезированы три гена деградации лактозы.

Оперон Lac также находится под положительной регуляцией генов. Хотя удаление белка-репрессора в присутствии лактозы необходимо для синтеза генов lacZ, lacY и lacA, экспрессия гена будет оставаться низкой. Уровень экспрессии гена контролируется количеством предпочтительного источника энергии, глюкозы, в клетке. Этот контроль регулируется аллостерическим регуляторным белком, белком-активатором катаболита (CAP). Когда уровень глюкозы в клетке низок, органическая молекула циклического АМФ находится в высокой концентрации. Циклический AMP активирует CAP, связываясь с аллостерическими сайтами, вызывая присоединение CAP к промотору Lac-оперона. В отличие от белков-репрессоров, связывание CAP с опероном Lac стимулирует экспрессию генов. Когда уровни глюкозы в клетке увеличиваются, уровни циклического АМФ в клетке снижаются, и белок-активатор диссоциирует от промотора. Транскрипция вернется к низким уровням или выключится, если репрессорный белок снова присоединится.

Трп Оперон

Оперон Trp отвечает за синтез аминокислоты тритофан, когда он не доступен в окружающей среде. Оперон Trp состоит из промотора с оператором и пяти генов, которые кодируют ферменты для синтеза триптофана. Оперон Trp регулируется регуляторным геном trpR, геном, который расположен на расстоянии от оперона Trp.

Оперон Trp является примером репрессируемого оперона; он включен, если не выключен белком-репрессором. Белок-репрессор синтезируется с помощью trpR. Хотя репрессорный белок всегда присутствует в клетке, он синтезируется в неактивной форме. Когда присутствует корепрессор, в данном случае триптофан, он связывается с белком-репрессором в аллостерическом сайте. Это изменяет конформацию белка, так что он может связываться с оператором и блокировать транскрипцию, предотвращая связывание РНК-полимеразы с промотором. Таким образом, клетка экономит энергию, не производя триптофан, когда он уже присутствует.

викторина

1. Какие из следующих организмов содержат опероны?A. дрожжиB. двустворчатыеC. деревьяD. археи

Ответ на вопрос № 1

2. Как регулируется оперон Lac?A. положительный контрольB. отрицательный контрольC. индуцируемогоD. все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 2

D верно. Оперон Lac контролируется как положительной, так и отрицательной регуляцией. Для позитивной регуляции требуется присутствие белка-активатора, CAP, для того, чтобы транскрипция происходила на более чем очень низких уровнях. Для негативного регулирования требуется удаление белка-репрессора с помощью молекулы-индуктора аллолактозы.

3. Репрессируемые опероны находятся под положительным или отрицательным контролем?A. положительныйB. отрицательный

Ответ на вопрос № 3

В верно. Репрессируемые опероны – это опероны, которые естественным образом «включены», если только репрессорный белок не отключает их. Поскольку активный репрессорный белок предотвращает экспрессию генов, говорят, что он находится под отрицательным контролем.

Источник

Определение оперона в генетике, схема и функции

Что такое оперон в генетике — кто разработал концепцию

Оперон — это функциональная единица наследственной информации, которая содержится в прокариотических клетках (к ним относятся истинные бактерии и археи) и транскрибирует все гены, находящиеся под общим промотором.

Промотор — это последовательность цепочки ДНК, которую РНК-полимераза узнает как стартовую площадку для начала транскрипции.

В состав оперонов входят цистоны, т.е. гены, синтезирующие определенный белок. По количеству этих единиц транскрипции опероны делятся на такие виды, как:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Одним из примеров оперонной организации генома является лактозный оперон. Эта группа генов, контролирующая синтез ферментов, отвечающих за расщепление молочного сахара (лактозы). Изучив данный механизм, французские ученые Ф.Жакоб и Ж.Моно, разработали концепцию оперона, и за это открытие в области биохимии в 1965 году получили Нобелевскую премию.

Структурная организация и основные функции

Строение оперона

Опероны состоят из промоторной области, оператора и структурных генов. В начале и конце оперона находятся регуляторные области: в начале — промотор, в конце — терминатор. Эти элементы может иметь в своем составе и каждый отдельно взятый цистон.

Функции оперона

Опероны участвуют в процессах синтеза полипептидов, необходимых для усвоения определенных питательных веществ. Опероны являются стимулом для того, чтобы в клетке живого организма начали вырабатываться необходимые ферменты. Например, фермент лактаза, за который отвечает оперон Lac, расщепляет молочный сахар. Оперон Trp способствует выработке ферментов, синтезирующих аминокислоту триптофан.

Оперон и транскриптон как единицы транскрипции

Оперон является видом транскриптона, но может присутствовать только у прокариотов. Транскриптоны эукариот содержат, как правило, только один ген. В прокариотических клетках транскрипторные единицы содержат несколько генов и производят полицистронные мРНК. В результате их трансляции рибосомы синтезируют необходимый белок.

Когда происходит включение оперона

Механизм выработки клеткой определенного фермента включается только при попадании вещества в культурную среду. Для включения оперона и начала экспрессии нужного гена необходимо наличие индуктора.

Индуктор (или эффектор) — это вещество-стимулятор экспрессии гена.

Процесс регуляции своевременного включения оперона обозначается понятием индукция. Если в клетке наблюдается недостаток синтезирующего вещества, то индуктор придает белку-регулятору способность присоединяться к оператору, либо препятствует присоединению белка-репрессора. Способ индукции зависит от того, какое вещество находится в среде. Каждый из них по-своему включает нужные участки ДНК.

Когда в клетке наблюдается избыток полипептида, индуктор включает аттенуацию, процесс регуляции оперона путем репрессии стимулятора. Транскрипция гена прекращается, и фермент больше не синтезируется.

Как найти длину оперона

Оперон является участком ДНК, поэтому для вычисления его длины необходимо знать количество нуклеотидов, входящих в его состав. Длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм. Нужно умножить их количество на указанное число.

Источник

Оперон

Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать экспрессию (транскрипцию) этих генов.

Концепцию оперона для прокариот предложили в 1961 году французские ученые Жакоб и Моно, за что получили Нобелевскую премию в 1965 году.

Опероны по количеству цистронов делят на моно-, олиго- и полицистронные, содержащие, соответственно, только один, несколько или много цистронов (генов).

Характерным примером оперонной организации генома прокариот является лактозный оперон, триптофановый, пиримидиновый и bgl опероны у Escherichia coli

Начинается и заканчивается оперон регуляторными областями — промотором в начале и терминатором в конце, кроме этого, каждый отдельный цистрон может иметь в своей структуре собственный промотор и/или терминатор.

Полезное

Смотреть что такое «Оперон» в других словарях:

ОПЕРОН — участок генетического материала, состоящий из 1, 2 и более сцепленных структурных генов, которые кодируют белки (ферменты), осуществляющие последовательные этапы биосинтеза какого либо метаболита. В оперон эукариот входит, как правило, 1… … Большой Энциклопедический словарь

ОПЕРОН — ОПЕРОН, группа ГЕНОВ в ХРОМОСОМЕ, включающая структурные гены и ген оператор. Структурные гены управляют синтезом ФЕРМЕНТОВ, задействованных в образовании клеточного составляющего или в потреблении питательных веществ. Ген оператор связан с… … Научно-технический энциклопедический словарь

оперон — группа генов, функционально связанных между собой. Белки, кодируемые генами одного О., – это, как правило, ферменты, катализирующие отдельные этапы одного метаболического пути. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа,… … Словарь микробиологии

ОПЕРОН — (от лат. орегог работаю, действую), транскриптон, скриптон, участок генетич. материала, транскрипция к рого осуществляется на одну молекулу информационной РНК (иРНК) под контролем белка репрессора. Концепция О. разработана в 1961 Ф. Жакобом и Ж.… … Биологический энциклопедический словарь

оперон — оперон. См. транскриптон. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

оперон — Генетическая единица прокариотических клеток, содержащая более чем один ген [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN operon … Справочник технического переводчика

оперон — участок бактериальной хромосомы, включающий группу функционально связанных структурных генов и регуляторные элементы. Входящие в оперон гены контролируют синтез ферментов, осуществляющих определенные виды метаболической активности. Например, в… … Энциклопедический словарь

оперон — operonas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Kompleksas sujungtų struktūrinių genų, kurių iRNR yra sintezuota į vieną darinį kartu su sujungtais reguliuojančiaisiais genais, kurie veikia struktūrinių genų transkripciją. atitikmenys: angl … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

оперон — (лат. operor работать, действовать) последовательность тесно сцепленных и совместно регулируемых генов, контролирующих синтез какого либо фермента … Большой медицинский словарь

Источник

Оперон в биологии

Вы будете перенаправлены на Автор24

Оперон – это функциональная единица, которая находится в геноме прокариот и включает в себя цистроны (единицы транскрипции), которые кодируют последовательно работающие белки одним или несколькими промоторами.

Оперон в биологии

Оперон позволяет эффективно регулировать транскрипцию генов.

Концепция работы оперона была разработана в 1961 году Жакобом Моно, а также Львовым, которые стали лауреатами Нобелевской премии. По количеству цисторонов опероны могут быть:

Примером оперонной организации генома прокариот может служить триптофановый или лактозный, а также пиримидиновый опероны.

Любой оперон начинается и заканчивается специализированной регуляторной областью или протмотором и терминатором.

Кроме вышеобозначенных исследований проводились различные исследования и эксперименты, которые позволили существенно дополнить концепцию. Ж Моно и подтвердить, что оперённая регуляция на уровне транскрипции представляет собой основной механизм регуляции активность генов прокариот и ряда вирусов.

Оперон включает в себя:

Роль оперонов в биосинтезе белков и аминокислот

Структурные гены кодируют белки, которые последовательно осуществляют этапы биосинтеза какого – либо вещества. Такой ген может быть один или несколько. Эти гены тесно сцепляются друг с другом и в ходе транскрипции они работают как единый ген. Они синтезируют молекулу и – РНК, которая расщепляется на несколько побочных молекул и – РНК, которые соответствуют отдельным генам.

Регуляторными элементами в ходе вышеуказанного процесса являются:

Готовые работы на аналогичную тему

Работу оператора данного оперона контролирует специализированный ген – регулятор, который синтезирует регуляторный белок. Один регулятор может иметь собственный промотор и терминатор.

Регуляторные белки могут быть двух типов:

Оба типа белков могут весьма быстро присоединяться к специфическим нуклеотидным последовательностям ДНК оператора и препятствовать транскрипции генов, либо способствовать ей. Таким образом, проявляется негативная и позитивная регуляция. Механизмы подобных регуляций имеют противоположный характер.

Кроме того, на работу белков-репрессоров могут влиять вещества — эффекторы: соединяясь с репрессором, они влияют на его взаимодействие с оператором.

Опероны также имеются у эукариот, но им свойственен ряд особенностей. В частности, оперон эукариот:

Механизмы регуляции активности отдельных генов генома эукариот весьма сложны, и их рассмотрение является предметом многочисленных биологических исследований.

Лактозный оперон кишечной палочки – это группа генов, которая контролирует синтез ферментов, которые реализуют метаболизм молочного сахара – лактозы.

Если в питательную среду кишечной палочки добавить лактозу, то мгновенно начинают вырабатываться три фермента: галактозидпермеаза, бета-галактозидаза, галактозидтрансацетилаза. При этом лактозный оперон начинается с регуляторного участка для присоединения белка активатора и для последующего присоединения РНК – полимеразы. За образованием оператора следует формирование структурных генов для трех вышеупомянутых ферментов.

Белок – регулятор в незначительном количестве синтезируется в клетке на постоянной основе, но в цитоплазме присутствует не более 10 – ти подобных молекул. В отсутствие лактозы белок-репрессор связывается с операторным участком и препятствует продвижению по ДНК РНК-полимеразы: не синтезируется мРНК, не синтезируются и ферменты.

Триптофановый оперон препятствует присоединению белка – репрессора к оператору при формировании нового варианта регуляции. Если в первом вышеописанном случае соединение индуктора с белком – регулятором разрешало процесс транскрипции, то в данном случае этот процесс будет полностью запрещен.

Примером подобной регуляции может служить достаточно хорошо изученный триптофановый оперон кишечной палочки. В его составе присутствует 5 структурных генов, которые позволяют создать структурные гены для формирования незаменимой аминокислоты триптофана.

Репрессор синтезируется вне триптофанового оперона. В то время, когда клетка успевает полностью израсходовать весь созданный триптофан работает оперон, а синтез триптофана продолжается в полной мере. Если в клетке создаётся ситуация избыток триптофана, то он соединяется с репрессором и меняет его конфигурацию, чтобы действующий белок мог связаться с оператором. Комплекс репрессора с триптофаном взаимодействует с оператором и препятствует транскрипции структурных генов, вследствие чего синтез триптофана прекращается.

Если в клетке триптофан репрессор лишился способности связаться с оператором, то запускается процесс структурной транскрипции генов оперона, и итоговый синтез клеточного триптофана. Другой уровень регуляции триптофанового оперона включает аттенуацию — тонкую подстройку количества продукта в зависимости от концентрации присутствующего триптофана.

Таким образом, опероны позволяют регулировать процессы биологического синтеза белка и дают возможность сделать данный процесс более конкретным и обоснованным, выявить его временные рамки и способы запуска.

Источник

Оперон

Полезное

Смотреть что такое «Оперон» в других словарях:

ОПЕРОН — участок генетического материала, состоящий из 1, 2 и более сцепленных структурных генов, которые кодируют белки (ферменты), осуществляющие последовательные этапы биосинтеза какого либо метаболита. В оперон эукариот входит, как правило, 1… … Большой Энциклопедический словарь

Оперон — Оперон функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая… … Википедия

ОПЕРОН — ОПЕРОН, группа ГЕНОВ в ХРОМОСОМЕ, включающая структурные гены и ген оператор. Структурные гены управляют синтезом ФЕРМЕНТОВ, задействованных в образовании клеточного составляющего или в потреблении питательных веществ. Ген оператор связан с… … Научно-технический энциклопедический словарь

оперон — группа генов, функционально связанных между собой. Белки, кодируемые генами одного О., – это, как правило, ферменты, катализирующие отдельные этапы одного метаболического пути. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа,… … Словарь микробиологии

ОПЕРОН — (от лат. орегог работаю, действую), транскриптон, скриптон, участок генетич. материала, транскрипция к рого осуществляется на одну молекулу информационной РНК (иРНК) под контролем белка репрессора. Концепция О. разработана в 1961 Ф. Жакобом и Ж.… … Биологический энциклопедический словарь

оперон — оперон. См. транскриптон. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

оперон — Генетическая единица прокариотических клеток, содержащая более чем один ген [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN operon … Справочник технического переводчика

оперон — участок бактериальной хромосомы, включающий группу функционально связанных структурных генов и регуляторные элементы. Входящие в оперон гены контролируют синтез ферментов, осуществляющих определенные виды метаболической активности. Например, в… … Энциклопедический словарь

оперон — operonas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Kompleksas sujungtų struktūrinių genų, kurių iRNR yra sintezuota į vieną darinį kartu su sujungtais reguliuojančiaisiais genais, kurie veikia struktūrinių genų transkripciją. atitikmenys: angl … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

оперон — (лат. operor работать, действовать) последовательность тесно сцепленных и совместно регулируемых генов, контролирующих синтез какого либо фермента … Большой медицинский словарь

Источник