Universitatea Academiei de tiineFacultatea,,tiine ale Naturii,,Specialitatea,,Biologie molecular,,

Operonul lactozei si a Triptofanului

A realizat : Paladi Ana-Maria

Chiinu,2013

Cuprins1.Definiia de Operon.2.Componentele operonului.a)genele structuraleb)regiunea operatorc)regiunea promotord)gena reglatoare3.Reglarea pozitiv.4.Reglarea negativ.5.Operonul triptofanului.Bibliografie...

Operonul este o unitate funcional de reglare, alctuit dintr-un grup de cistroni (A, B, C etc.), care codific o anumit funcie (de exemplu, biosinteza enzimelor unei ci metabolice) i este transcris unitar ntr-o molecul de ARNm policistronic.Cel mai cunoscut este operonullac, care codific i regleaz sinteza enzimelor ce intervin n metabolismul lactozei.

Pe bazastudiului operonului lac, Jacob i Monod (l967) au elaborat modelul clasic de structur a operonilor. Un operon este alctuit din:gene structurale; regiuneaoperator(o) format din circa 27 de perechi de baze, ce funcioneaz ca situs de recunoatere i legare a represorului specific;regiuneapromotor(p), cu o lungime de circa 80 de baze, cu rolul de a lega ARN-polimeraza pentru iniierea transcrierii genelor structurale;gena reglatoare, situat adiacent sau la distan de regiunea operatoare, ce ine sub control toate celelate gene ale unui operon.

E. coli utilizeaza lactoza ca unica surs de carbon. Enzimele eseniale pentru catabolismul acestui dizaharid sunt -galactozidaza (sub aciunea creia, lactoza este hidrolizat la galactoza i glucoz), galactozid-permeaza (necesar transportului lactozei prin membrana celulei bacteriene) i thiogalactozid-transacetilaza (al crei rol fiziologic este incert).

Reglarea pozitiv

Operonul lac este inductibil: o gen reglatoare produce un represor care se leag de operator blocnd transcrierea unor gene structurale.

Prezena alolactozei inactiveaz represorul permind transcrierea genelor structurale ale operonului lac.

Celulele deE. colicultivate pe un mediu cu glucoz sau cu glicerol, conin mai puinde l0 molecule deb-galactozidaz/celula, iar numarul lor crete la cateva mii, dup cultivarea celulelor pe mediul cu lactoza. Sintezab-galactozidazei este inductibil. Inductorul fiziologic al sintezeib-galactozidazei estealolactoza(izomerul glucoza-l,6-galactoza), derivat din lactoz, printr-o reacie de transglicozilare. Sinteza alolactozei este catalizat de cele cateva molecule deb-galactozidaz, existente n celul, nainte de inductie. Sintezab-galactozidazei la nivel minim se numetesinteza constitutiv de baz(bazala) i este posibil, deoarece legarea represorului de operator nu este niciodat att de ferm ncat s blocheze complet transcrierea operonului.

Inductorul (lactoza) se asociaz cu represorul i l modific, astfel ncat acesta nu mai interactioneaz cu operatorul. n prezena inductorului, operatorul rmane liber i promotorul este disponibil pentru iniierea sintezei ARNm. Genele structurale z, y, a sunt transcrise ntr-o molecul de ARNm, codificatoare pentru toate cele trei proteine. O molecul de ARNm ce codific sinteza a cel puin dou proteine diferite se numete poligenomic sau policistronic .Reglarea operonului necesit ca gena operatoare s fie adiacent genelor structurale ale operonului (lac z, lac y, lac a), dar proximitatea genei lac nu este obligatoriu necesar, deoarece represorul lac I este o protein difuzibil.

Genele ARNm lac sunt traduse diferenial. Raportul cantitativ al celor trei proteine (-galactozidaza, permeaza i transacetilaza) este l,0 : 0,5 : 0,2. Sinteza lor difereniata cantitativ este rezultatul reglrii traducerii pe doua ci: l) Gena z este tradus prima, din ARNm policistronic. Dupa sinteza -galactozidazei, jumtate din ribosomi se detaeaza de molecula de ARNm. 2) ARNm bacterian este degradat dupa cteva cicluri de traducere. Degradarea este lent, dar incepe cu o frecvena mai mare la nivelul genei a dect la nivelul genei y, iar degradarea la nivelul genei y este mai frecvent decat la nivelul genei z.

Reglarea negativ Proteina represor produsul de sinteza a genei lac I, se leag de secvena operatoare a operonului. Represorul s-a purificat din celulele bacteriene infectate cu fagi transductori ai genei lac. n absena inductorului, represorul se leag cu mare afinitate de regiunea operatoare

S-au izolat mutante defective pentru sinteza uneia din cele trei proteine. De exemplu, mutanta z- y+ a+ este defectiv pentru sinteza beta-galactozidazei, dar sintetizeaz permeaza i transacetilaza. Cea mai interesant clasa de mutante este aceea a mutantelor constitutive, care sintetizeaz cantiti mari ale celor trei proteine n absena inductorului.

Rata sintezei celor trei proteine este, n mod normal, controlat de o gen reglatoare comun (gena i). Bacteriile de tip salbatic sunt inductibile i au genotip i+ z+ y+ a+. Efectul reglator al genei i se realizeaz prin intermediul represorului pe care-l codific.

Operonul triptofanului Represia enzimatic reprezint fenomenul scderii ratei de sintez a unui grup de enzime metabolic nrudite, ori chiar de oprire a sintezei lor, ca urmare a prezenei n celul, a unui metabolit cu rol de represor. Enzimele din aceasta categorie se numesc represibile.

Operonul triptofanului (trp) la E. coli codific sinteza acestui aminoacid . Reglarea operonului se face astfel ncat, cand triptofanul se gasete n mediul de cretere, operonul trp nu este transcris. Cand aprovizionarea celulelor cu triptofan este insuficient, transcrierea operonului este initiat.

Triptofanul se sintetizeaz n 5 trepte, fiecare catalizat de o enzim specific. La E. coli, genele codificatoare (A, B, C, D, E) ale enzimelor sunt traduse dintr-o molecul de ARNm policistronic. Prima gen tradus este trp E.

Diagrama operonului triptofanului la E. coli.

Cnd aprovizionarea celulei cu triptofan exogen este diminuat, operatorul este liber i transcrierea ncepe. Acesta este principiul mecanismului reglator on-off. Cile biosintetice sunt controlate nsa, prin mecanisme mai fine, n care concentraia enzimelor unei ci este variabil n funcie de concentraia produsului final al cii. Mecanismul const n terminarea prematur a transcrierii, nainte ca prima gen structural s fie transcris.

Pe masur ce triptofanul disponibil scade, ncepe transcrierea, dar aceasta este modulat cantitativ. ntre promotor i operator sunt dou regiuni, denumite leader i atenuator (trp L si trp a). Secvena L, necodificatoare, se gsete la capatul 5 al moleculei de ARNm.

Moleculele de ARNm Leader au rolul de a recepiona concentraia triptofanului sintetizat de enzimele operonului. Dac nivelul triptofanului este sczut, ARN-polimeraza depete situsul atenuator i transcrie ntregul operon. Invers, creterea concentraiei aminoacidului n celul, blocheaz transcrierea la nivelul secvenei atenuator.

Din punct de vedere molecular, mecanismul reglator este condiionat de faptul c la bacterii, transcrierea este cvasi-simultan cu traducerea mesajului. Fenomenul represiei sintezei enzimelor prin feed-back, permite celulei s menin n limite adecvate, concentraiile relative ale enzimelor necesare sintezei aminoacizilor, proteinelor, acizilor nucleici etc.

BibliografieGenetica, evolutionism, ecologie. Autor: Lucian GavrilaCercetari de genetica vegetala si animala, Volumul I,www.scrigroup.com/educatie/biologie/Reglarea-activitatii-celulei-b63357.phpwww.happytreeflash.com/triptofanului-ppt.htmlhttp://www.slideshare.net.operonulhttp://bimogeum.ucoz.com/Biologie_moleculara/Rom/Prezentations/Gena_Rom.pdf

http://www.scrigroup.com/term/structura-operonului_s-28.php

V mulumim pentru atenie...

***