Gene Regulation and the Order of the Operon (Mei 2024)
Operon, genetisch regulatiesysteem dat wordt aangetroffen in bacteriën en hun virussen waarin genen die coderen voor functioneel gerelateerde eiwitten langs het DNA zijn geclusterd. Deze eigenschap maakt het mogelijk de eiwitsynthese gecoördineerd te regelen als reactie op de behoeften van de cel. Door de middelen te bieden om alleen eiwitten te produceren waar en wanneer ze nodig zijn, stelt de operon de cel in staat energie te besparen (wat een belangrijk onderdeel is van de levensstrategie van een organisme).
Een typisch operon bestaat uit een groep structurele genen die coderen voor enzymen die betrokken zijn bij een metabole route, zoals de biosynthese van een aminozuur. Deze genen bevinden zich aaneengesloten op een stuk DNA en staan onder controle van één promotor (een kort DNA-segment waaraan het RNA-polymerase bindt om transcriptie te initiëren). Een enkele eenheid messenger-RNA (mRNA) wordt getranscribeerd vanuit het operon en vervolgens vertaald in afzonderlijke eiwitten.
De promotor wordt gecontroleerd door verschillende regelgevende elementen die reageren op omgevingsfactoren. Een veel voorkomende reguleringsmethode wordt uitgevoerd door een regulator-eiwit dat bindt aan het operatorgebied, een ander kort segment van DNA dat wordt aangetroffen tussen de promotor en de structurele genen. Het regulerende eiwit kan ofwel de transcriptie blokkeren, in welk geval het een repressoreiwit wordt genoemd; of als activator-eiwit kan het de transcriptie stimuleren. Verdere regulering vindt plaats in sommige operons: een molecuul dat een inductor wordt genoemd, kan aan de repressor binden en deze inactiveren; of een repressor kan mogelijk niet binden aan de operator tenzij hij is gebonden aan een ander molecuul, de corepressor. Sommige operons staan onder controle van de verzwakker, waarbij transcriptie wordt gestart maar wordt stopgezet voordat het mRNA wordt getranscribeerd. Dit inleidende gebied van het mRNA wordt de leidersequentie genoemd; het omvat het verzwakkingsgebied, dat op zichzelf terug kan vouwen, waardoor een stam-en-lusstructuur wordt gevormd die verhindert dat het RNA-polymerase langs het DNA beweegt.
De operontheorie werd voor het eerst voorgesteld door de Franse microbiologen François Jacob en Jacques Monod begin jaren zestig. In hun klassieke paper beschreven ze het regulerende mechanisme van de lac operon van Escherichia coli, een systeem dat de bacterie in staat stelt de productie van enzymen die betrokken zijn bij het lactosemetabolisme te onderdrukken wanneer lactose niet beschikbaar is.
