Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

Strukturę i sposoby regulacji operonów prokariotycznychPS962Q7LtStrukturę i sposoby regulacji operonów prokariotycznych.

bg‑azure

Operony represorowe i indukowane

Jednostki transkrypcyjne, operonyoperonoperony, kontrolują regulację genów bakteryjnych. Zawierają one kilka genów kodujących powiązane ze sobą funkcjonalnie białka. Ich aktywność zależy od warunków środowiska, w tym od obecnych w nim substancji odżywczych.

Ze względu na zaangażowanie operonów w procesy metaboliczne wyróżnia się operony represoroweoperony represorowe (hamowane)operony represorowe oraz indukowaneoperony indukowaneindukowane.

Więcej informacji o operonach represorowych znajdziesz w e‑materiale: Operony hamowane – operon tryptofanowy.

bg‑azure

Typy kontroli aktywności operonu

Model regulacji operonu laktozowego charakteryzuje te operony, których geny warunkują rozkład określonych związków. Substrat reakcji rozkładu, czyli laktoza, powoduje zwykle włączenie ekspresji genów operonu.

Operon laktozowy pozwala bakterii regulować ilość wytwarzanych enzymów w zależności od stężenia cukrów, glukozy i laktozy, w otoczeniu, w jakim się znajduje. Najlepszym źródłem energii dla bakterii jest monosacharyd – glukoza – łatwo przyswajalne źródło węgla. Zdarza się, że stężenie glukozy jest niskie lub obserwuje się jej całkowity brak, a jedynym dostępnym w otoczeniu cukrem jest laktoza. W mikroorganizmie uruchamiany jest wówczas operon laktozowy odpowiedzialny za aktywację enzymów transportujących i rozkładających ten cukier we wnętrzu komórki.

Ważne!

Operon laktozowy podlega kontroli negatywnej oraz pozytywnej, zależnie od obecności laktozy w otoczeniu.

bg‑azure

Włączenie operonu laktozowego

Regulacja negatywna operonu laktozowego zachodzi, gdy w środowisku jest laktoza, ale nie ma glukozy. Polega ona na związaniu obecnych w środowisku bakterii cząsteczek cukru – laktozy – z aktywnym represoremrepresorepresorem. Powoduje to jego deaktywację, przez co nie może on łączyć się z operatoremoperatoroperatorem i blokować wiązania polimerazy RNA. Polimeraza RNA z kolei łączy się z promotorempromotorpromotorem i może przeprowadzić transkrypcjętranskrypcjatranskrypcję genów strukturygeny strukturygenów struktury – w rezultacie powstają enzymy warunkujące transport i rozkład laktozy.

RCbN31XwBKmBB1
Włączenie operonu laktozowego – regulacja negatywna.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie „Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.

Laktoza jest induktorem operonu laktozowego. Induktor to cząsteczka, która wiążąc się do represora zmienia jego kształt tak, że nie może się połączyć z operatorem. Skutkuje to dezaktywacją represora i włączeniem operonu laktozowego. 

bg‑cyan
Ciekawostka

Za inaktywację represora w operonie laktozowym odpowiada izomer laktozy – allolaktoza, która jest jednym z produktów pośrednich katabolizmu laktozy.

Regulacja pozytywna zachodzi, gdy stężenie glukozy w komórce jest niewielkie przy jednoczesnej obecności laktozy w środowisku. Zaczyna działać aktywatoraktywatoraktywator wiążący się z miejscem wiązania aktywatora, które stanowi część promotora. To ułatwia przyłączanie polimerazy RNA. Dochodzi do transkrypcji genów operonu, w wyniku czego tworzą się enzymy warunkujące transport i rozkład laktozy.

R16Fpr2Km5vx01
Włączenie operonu laktozowego – regulacja pozytywna.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie „Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan
Ciekawostka

Aktywator w operonie laktozowym to białko CAP (ang. catabolite activator protein), które jest pewnego rodzaju „czujnikiem” poziomu glukozy. Poprzez wiązanie z cAMP (cyklicznym adenozynomonofosforanem) dochodzi do jego aktywacji. Stężenie cAMP, „sygnału głodu”, rośnie w przypadku niedoborów glukozy.

bg‑azure

Wyłączenie operonu laktozowego

W sytuacji, w której w otoczeniu bakterii znajdują się i glukoza, i laktoza, bakterie będą wykorzystywać tylko glukozę – operon laktozowy zostanie wyłączony na drogach regulacji negatywnej lub pozytywnej.

Regulacja negatywna bazuje na ciągłej ekspresji – na niskim poziomie – genu kodującego represor. W komórce znajduje się więc stale niewielka ilość aktywnego represora. Wiąże się on z operatoremoperatoroperatorem, blokując wiązanie polimerazy RNA. W efekcie nie dochodzi do transkrypcji genów związanych z rozkładem laktozy.

R1cTP2JdbfRVg1
Wyłączenie operonu laktozowego – regulacja negatywna.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie „Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.

Regulacja pozytywna zachodzi, gdy w komórce jest duże stężenie glukozy. Operon laktozowy zostaje wyłączony: aktywator jest nieaktywny i nie ułatwia wiązania polimerazy RNA. Nie następuje zatem transkrypcja genów operonu laktozowego.

RwP7gz7wJQ6gw1
Wyłączenie operonu laktozowego – regulacja pozytywna.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie „Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Podsumowanie aktywacji operonu laktozowego

RSUs3Ypyxx4md
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.

Słownik

aktywator
aktywator

białko przyłączające się do DNA, które wiąże się z odpowiednim miejscem operonu i indukuje lub zwiększa transkrypcję jego genów

geny struktury
geny struktury

geny zawierające informację o syntezie określonych białek enzymatycznych

mRNA
mRNA

makrocząsteczki mRNA powstają (przy udziale polimerazy RNA) jako komplementarne kopie poszczególnych odcinków kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) odpowiadających określonym genom (transkrypcja) i zawierają tę samą, co DNA, informację genetyczną; w procesie translacji mRNA stanowi matrycę, na której przy udziale wielu innych czynników komórkowych aminokwasy są łączone w odpowiedniej kolejności w cząsteczkę białka (biosynteza białka) – w ten sposób informacja genetyczna zawarta w DNA zostaje „przetłumaczona” na sekwencję aminokwasów w białku

operator
operator

sekwencja DNA w operonie regulująca aktywność genów struktury, do której wiąże się białko regulatorowe (aktywator lub represor)

operon
operon

specyficzna i powszechna u bakterii strukturalna i funkcjonalna jednostka genomu, zawierająca od dwóch do kilku kolejno ułożonych genów strukturalnych kodujących enzymy jednego szlaku metabolicznego oraz, położone bezpośrednio przed genami, sekwencje operatora i promotora kontrolujące ich aktywność transkrypcyjną; termin operon wprowadzili do genetyki w 1961 r. François Jacob i Jacuqes Monod, odkrywcy mechanizmu jego regulacji

operony represorowe (hamowane)
operony represorowe (hamowane)

biorą udział w biosyntezie; ich ekspresja zależy od obecności produktu końcowego szlaku anabolicznego

operony indukowane
operony indukowane

uczestniczą w reakcjach katabolicznych; ich ekspresja zależy od stężenia substratu

promotor
promotor

odcinek DNA zawierający sekwencje rozpoznawane przez polimerazę RNA zależną od DNA

represor
represor

białko regulacyjne wiążące się z określoną sekwencją DNA w operatorze i hamujące proces transkrypcji genów; represor uniemożliwia przyłączanie się polimerazy RNA do promotora

transkrypcja
transkrypcja

proces syntezy RNA, podczas którego na matrycy DNA syntetyzowana jest komplementarna nić RNA