bg‑azure

Negatywna kontrola operonu

Regulacja operonuoperonoperonu tryptofanowego, podobnie jak w operonie laktozowym, zachodzi z udziałem operatoraoperatoroperatora oraz regulatora pełniącego funkcje represorarepresorrepresora. Operony z negatywną kontrolą – czyli takie, jak tryptofanowy – są aktywne, dopóki nie zostaną wyłączone działaniem regulatora (represora transkrypcjitranskrypcjatranskrypcji). Innymi słowy, nieaktywny represor umożliwia ekspresję genów struktury kodujących określone białka enzymatyczne.

bg‑azure

Obecność tryptofanu w otoczeniu

TryptofantryptofanTryptofan jest produktem szlaku biochemicznego katalizowanego przez pięć enzymów, które są kodowane przez geny podlegające wspólnej regulacji. Gdy aminokwas ten obecny jest w komórce, łączy się z nieaktywnym represorem (represor trp) powstającym w wyniku ekspresji genu kodującego represor, i aktywuje go. Aktywny represor wraz z tryptofanem, który pełni funkcję korepresorakorepresorkorepresora, przyłączają się do operatora i blokują dostęp polimerazy RNARNARNA do promotorapromotorpromotora. To oznacza, że operon tryptofanowy zostaje wyłączony. Niemożliwa jest transkrypcja genów operonu. W konsekwencji nie powstaną odpowiednie cząsteczki mRNAmRNAmRNA i nie dojdzie do biosyntezy białek enzymatycznych uczestniczących w szlaku syntezy tryptofanu.

R1aTmOiFC6qdZ1
Jeśli tryptofan znajduje się w otoczeniu, operon tryptofanowy zostaje wyłączony.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie "Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Kiedy brakuje tryptofanu

Gdy zmniejsza się stężenie tryptofanu w komórce, represor pozostaje nieaktywny. Zachodzi wówczas ekspresja genów kodujących enzymy szlaku syntezy tryptofanu. Polimeraza RNA przyłącza się do promotora i przeprowadza transkrypcję genów strukturygeny strukturygenów struktury operonu. W wyniku tego tworzą się enzymy szlaku biochemicznego, w którym powstaje tryptofan. Stężenie tego związku w komórce zwiększa się.

Należy pamiętać, że w komórce represor wytwarzany jest stale w niewielkiej ilości w formie nieaktywnej, niełączącej się z operatorem. Dzieje się tak ze względu na stałą ekspresję kodującego represor genu.

R1Yb2mTd6QR0M1
Na skutek braku tryptofanu w komórce operon tryptofanowy zostaje włączony.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. (Na podstawie "Biologia na czasie 3. Podręcznik. Zakres rozszerzony"), licencja: CC BY-SA 3.0.
Dla zainteresowanych

Dla operonu tryptofanowego obserwuje się dodatkowy mechanizm regulacji – jego aktywność może opierać się na atenuacjiatenuacjaatenuacji, która zachodzi przy wysokim stężeniu tryptofanu. W przeciwieństwie do regulacji za pomocą represora, który hamuje proces inicjacji transkrypcji genów, proces atenuacji blokuje ukończenie syntezy powstającego mRNA oraz prowadzi do terminacji translacji.

Proces atenuacji operonu tryptofanowego możliwy jest dzięki obecności sekwencji atenuatora. Fragment ten pozwala na utworzenie różnych struktur drugorzędowych RNA. Tworzą się struktury „spinki do włosów”, które biorą udział w regulacji zachodzenia transkrypcji mRNA.

Kiedy zaczyna się transkrypcja operonu, rybosom wiąże się do powstającego transkryptu i rozpoczyna translację sekwencji liderowej. Sekwencja ta koduje polipeptyd, w skład którego wchodzą dwie reszty tryptofanowe. Jeśli tryptofan jest obecny w komórce, tRNA transportujące ten związek zostaje szybko dostarczone do rybosomu – do końca sekwencji liderowej proces translacji zachodzi niezwłocznie i rybosom odłącza się od mRNA po syntezie tego peptydu. W obrębie sekwencji atenuatora tworzy się odpowiednia „spinka do włosów”, co powoduje terminację translacji mRNA operonu.

W przypadku niedoboru tryptofanu rybosom zatrzymuje się na sekwencji liderowej. Jeśli jej translacja zachodzi powoli, w obrębie sekwencji atenuatora powstaje inna struktura „spinki do włosów”, która nie blokuje translacji genów struktury.

Słownik

atenuacja
atenuacja

mechanizm ograniczający ekspresję operonu trp w warunkach wysokiego stężenia tryptofanu, poprzez blokowanie zakończenia transkrypcji

geny struktury
geny struktury

geny zawierające informację o syntezie określonych białek enzymatycznych

korepresor
korepresor

mała cząsteczka, która wiąże się z białkowym represorem bakteryjnym, zmieniając jego kształt, przez co umożliwia włączenie wyłączonego operonu

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 JacobJacuqes Monod, odkrywcy mechanizmu jego regulacji

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

RNA
RNA

kwasy rybonukleinowe będące składnikami licznych elementów komórki: jądra, mitochondriów, rybosomów i cytoplazmy. Zawartość kwasu rybonukleinowego jest szczególnie duża w komórkach, w których zachodzi intensywna biosynteza białka.

transkrypcja
transkrypcja

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

tryptofan
tryptofan

aromatyczny aminokwas; należy do aminokwasów niezbędnych (które nie mogą być syntetyzowane w organizmie człowieka i muszą być dostarczane z pożywieniem)