Lac Operon (Inducible Operon) und Repressible Operon

Gene werden als eine Einheit von einem einzigen Schalter, der als Operator bezeichnet wird, reguliert. Das Promotorgen markiert die Stelle, an der die Transkription von mRNA beginnt und an der das RNA-Polymerase-Enzym vorkommt. Die gesamte Einheit wird Operon genannt.

Die Wirkung des Strukturgens wird durch die Operatorstelle mit Hilfe eines Repressorproteins reguliert, das durch die Wirkung des Gens "i", das als Regulatorgen bezeichnet wird, produziert wird. Die Gene werden exprimiert oder nicht exprimiert, abhängig davon, ob der Betriebsschalter ein- oder ausgeschaltet ist.

Wenn der Operator eingeschaltet ist, werden die drei Gene von RNA-Polymerase in einen einzigen Abschnitt von mRNA transkribiert, der alle drei Gene abdeckt. Jedes Gensegment wird als Cistron bezeichnet und lange mRNA, die alle Cistrons abdeckt, ist als Polycistron bekannt. Wenn Laktose aus dem Medium entfernt wird, werden die für den Abbau benötigten Enzyme nicht produziert.

Die Repressorsubstanz kann mit dem Operatorgen kombiniert werden, um ihre Wirkung auf zwei Arten zu unterdrücken:

(I) Lac Operon (induzierbares Operon):

Hier ist das Operon im Allgemeinen deaktiviert, als Ergebnis gibt es keine Transkription und somit auch keine Bildung von Proteinen (Enzymen) (Abb. 6.63). Es kann jedoch eingeschaltet werden, wenn dem Bakterium von außen ein Metabolit zugeführt wird.

Es besteht aus drei Strukturgenen: Lac Z, Lac Y und Lac A. Der hinzugefügte Metabolit kommt mit dem an den Operator gebundenen aktiven Repressor in Kontakt, führt zu einer Veränderung der Struktur des Repressors und der Repressor wird aus dem Operator entfernt.

Operon wird transkribiert und Enzyme produziert. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis der Metabolit (Induktor) verbraucht ist. Nach dem Verzehr des Induktors (Metaboliten) erhält der Repressor wieder seine Tertiärform, bindet sie an den Bediener und schaltet das Operon aus (Abb. 6.64).

In Lac-Operon gelangt Laktose, wenn sie hinzugefügt wird, durch die Wirkung von Enzympermease in die Zellen, von denen normalerweise wenige Moleküle in der Zelle vorhanden sind. Laktose bindet sich an einen aktiven Repressor, der zu einer Veränderung der Struktur führt. Infolgedessen kann sich der Repressor nicht mehr an den Operator binden.

Nun beginnt die RNA-Polymerase den Transkriptionsprozess des Operons durch Bindung an die Promotorstelle P. Alle drei Enzyme werden gebildet. (β-Galactosidase, Permease und Transacetylase. Schließlich sind alle Lactosemoleküle aufgebraucht. Jetzt wird der inaktive Repressor aktiv, bindet sich an den Operator und schaltet schließlich das Operon aus.

(II) Repressible Operon (Tryptophan-Operon und Arginin-Operon):

In diesem System ist das Operon normalerweise eingeschaltet, so dass normalerweise eine Transkription stattfindet, um Enzyme zu synthetisieren. Das Operon kann jedoch ausgeschaltet werden, da kein Metabolit erforderlich ist (Abb. 6.66 B).

Im Tryptophan-Operon erfordert die Bildung von Tryptophan (einer Aminosäure) die Wirkung von fünf Enzymen nacheinander. Die Bildung von Tryptophan findet statt, da das Regulatorgen R einen inaktiven Repressor, den sogenannten Aporepressor, bildet, der sich nicht an die Operatorstelle bindet.

Da die Operator-Site frei von Repressor ist, bleibt das Operon-System eingeschaltet und alle fünf zur Tryptophan-Bildung benötigten Enzyme werden synthetisiert (Abb. 6.66 A).

Wenn Tryptophan akkumuliert oder hinzugefügt wird, wirken wenige Moleküle Tryptophan als Co-Repressor und binden an inaktiven Repressor (Repressor-Corepressor-Komplex), der aktiv wird und sich an den Operator bindet, wodurch das Operon ausgeschaltet wird.