Лактозный оперон и условия его функционирования.

Схема негативной индукции Жакоба и Моно

Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении.

Z - b- галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу).

Y- b- галактозидпермеаза (переносит лактозу через мембрану клетки).

А - тиогалактозидтрансацетилаза (ацетилирует галактозу).

В отсутствие в клетке лактозы lac- оперон выключен. Активный белок - репрессор, кодируемый в моноцистронном опероне (LacI) , не имеющем оператора, связан с оператором lac-оперона. Поскольку оператор перекрывается с промотором, даже посадка РНК-полимеразы на промотор невозможна.

Как только некоторое количество лактозы попадает в клетку, две молекулы субстрата (лактозы) взаимодействуют с белком - репрессором, изменяют его конформацию - и он теряеет сродство к оператору.
Тут же начинается транскрипция lac-оперона и трансляция образующейся mРНК; три синтезируемых белка участвуют в утилизации лактозы.

Когда вся лактоза переработана, очередная порция репрессора, свободного от лактозы, выключает lac-оперон.

Эта схема называется так потому, что контролирующим транскрипцию фактором является негативный фактор, "выключатель" - белок - репрессор. Индукция (включение) происходит при потере сродства белка - репрессора к оператору.

Существует и позитивная регуляция работы lac-оперона E. coli.

Схема позитивной индукции

Аra-оперон E. сoli.

В нем 3 цистрона, которые кодируют ферменты, расщепляющие сахар арабинозу. В норме оперон закрыт. Белок - репрессор связан с оператором.

Когда в клетку попадает арабиноза, она взаимодействует с белком - репрессором. Белок - репрессор меняет конформацию и превращается из репрессора в активатор, взаимодейсивующий с промотором и облегчающий посадку РНК-полимеразы на промотор.

Эта схема регуляции называется позитивной индукцией, поскольку контролирующий элемент - белок - активатор "включает" работу оперона.

(другой вариант) Lac-оперон  состоит  из  кодирующей  области,  представленной  тремя

структурными генами, ответственными за синтез ферментов: β-галактозидазы, β-галактозидпермеазы и β-галактозидтрансацетилазы; а также из промоторно-операторной  области.  Оператор  представляет  собой  небольшой  участок  ДНК,  граничащий  с  первым  структурным  геном.  С оператором  может  связываться  белок-репрессор,  блокируя  инициацию транскрипции. Промотор – это небольшой участок ДНК перед оператором. Он служит местом связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы  и от него начинается транскрипция ДНК. Оператор  и  промотор  в  некоторой  степени  перекрываются  таким  образом, что когда репрессор связан с ДНК в области оператора, то РНК-полимераза не может связаться с промотором и транскрипция структурных генов  не  происходит.  Следовательно,  промотор,  оператор  и  структурные гены образуют оперон. Транскрипционная активность входящих в оперон генов регулируется специальным геном-регулятором, или регуляторным геном (ген R),который может располагаться рядом со структурными генами или на некотором расстоянии от них. Ген R кодирует синтез специфического белка-репрессора. Репрессор – аллостерический белок, имеющий два центра связывания:  один  центр  узнает  оператор,  другой – взаимодействует  с эффектором или индуктором. Для Lac-оперона индуктором является лактоза,  которая  связывается  с  репрессором,  переводит  его  в  неактивную форму, в результате чего репрессор отсоединяется от оператора.