Lac Operon (Induceerbare Operon) en Repressible Operon

Genen worden als een eenheid gereguleerd door een enkele schakelaar die operator wordt genoemd. Promotorgen markeren de plaats waarop transcriptie van mRNA begint en waar RNA-polymerase-enzymvogels. De hele eenheid wordt operon genoemd.

De werking van het structurele gen wordt gereguleerd door de operatorplaats met behulp van een repressoreiwit geproduceerd door de werking van het gen "i" dat wordt genoemd als regulatorgen. De genen worden uitgedrukt of niet tot expressie gebracht, hangt ervan af of de werkende schakelaar aan of uit is.

Met operator-schakelaar worden de drie genen getranscribeerd door RNA-polymerase in een enkel stuk mRNA dat alle drie genen omvat. Elk gensegment wordt cistron genoemd en lang mRNA dat alle cistrons bedekt, is bekend als polycistronic. Als lactose uit het medium wordt verwijderd, worden de enzymen die nodig zijn voor afbraak niet geproduceerd.

De repressorsubstantie kan met het operatorgen combineren om de werking ervan op twee manieren te onderdrukken:

(I) Lac Operon (induceerbare operator):

Hierin is operon in het algemeen uitgeschakeld, als resultaat is er geen transcriptie en dus geen vorming van eiwitten (enzymen) (Fig. 6.63). Het kan echter worden ingeschakeld als een metaboliet van buitenaf aan de bacterie wordt toegediend.

Het bestaat uit drie structurele genen: Lac Z, Lac Y en Lac A, de toegevoegde metaboliet komt in contact met de actieve repressor gebonden aan de operator, leidt tot een verandering in de structuur van de repressor en de repressor wordt van de operator verwijderd.

Operon wordt getranscribeerd en er worden enzymen geproduceerd. Het proces gaat door totdat de metaboliet (inductor) is verbruikt. Nadat de verbruiker van de inductor (metaboliet) repressor weer zijn tertiaire vorm krijgt, bindt deze aan de operator en schakelt de operon uit (fig. 6.64).

In lac operon-lactose komt de cel binnen door de werking van enzym-permease waarvan een paar moleculen meestal in de cel aanwezig zijn. Lactose bindt zichzelf aan actieve repressor wat leidt tot verandering in de structuur ervan. Dientengevolge slaagt repressor er nu niet in zich aan de operator te binden.

Nu start RNA-polymerase het proces van transcriptie van operon door te binden aan promotorplaats P. Alle drie de enzymen worden gevormd namelijk. (β galactosidase, permease en transacetylase.) Ten slotte worden alle lactosemoleculen opgebruikt. Nu inactieve repressor wordt actief, hecht zich aan de operateur en schakelt tenslotte de operon uit.

(II) Repressible Operon (Tryptophan Operon en Arginine Operon):

In dit systeem is operon meestal aan zodat transcriptie normaal plaatsvindt om enzymen te synthetiseren. Maar operon kan worden uitgeschakeld vanwege niet-vereiste van metaboliet (Fig. 6.66 B).

Bij tryptofaan-operon heeft de vorming van tryptofaan (een aminozuur) achtereenvolgens vijf opeenvolgende enzymen nodig. De vorming van tryptofaan is aan de gang omdat regulatorgen R een inactieve repressor vormt die aporepressor wordt genoemd en zich niet hecht aan de operatorplaats.

Omdat de operatorplaats vrij is van repressor, blijft het operonsysteem aan en worden alle vijf enzymen die nodig zijn voor tryptofaanvorming gesynthetiseerd (Fig. 6.66 A).

Wanneer tryptofaan accumuleert of toegevoegd, fungeren enkele moleculen tryptofaan als co-repressor en bindt het aan de inactieve repressor (repressor-corepressor-complex) die actief wordt en zich aan de operateur hecht, waardoor de operon wordt uitgeschakeld.