Operony: laktozowy i tryptofanowy

Operon – zbiór wspólnie transkrybowanych i regulowanych genów, położonych obok siebie w genomie. W skład pojedynczego operonu wchodzą:

geny kodujące białka i enzymy (geny struktury lub też geny strukturalne),
dwa odcinki DNA niekodujące białek: promotor i operator.

Operon zawiera też terminator (odcinek genu, na którym kończy się transkrypcja operonu). W skład operonu może też wchodzić atenuator – sekwencja położona między promotorem a genami struktury. Po transkrypcji tej sekwencji powstaje fragment RNA, który może tworzyć strukturę przestrzenną działającą jako sygnał do terminacji transkrypcji.

Rodzaje operonów bakteryjnych:

indukowane (kataboliczne) – produkcja enzymów jeśli substrat obecny w środowisku
ulegające represji (anaboliczne) – produkcja enzymów jeśli substancja syntetyzowana nie istnieje w komórce
podlegające regulacji pozytywnej – blokowanie transkrypcji przez represor związany z aktywatorem
podlegające regulacji negatywnej – blokowanie transkrypcji przez wolny represor

Przykładowe operony:

operon laktozowy (regulacja szlaków katabolicznych),
operon tryptofanowy (regulacja szlaków anabolicznych),
operon arabinozy
operon ramnozy
operon maltozy

Operon laktozowy

Stan wyjściowy takiego operonu jest taki, że jest on wyłączony. Ponieważ bakteria energię czerpie z przemian glukozy, a nie laktozy, dlatego normalnie operon laktozowy jest wyłączony. W momencie kiedy w organizmie pojawi się laktoza, której prokarionty nie umieją wykorzystywać bezpośrednio jako źródło energii- operon laktozowy jest uaktywniany. Uaktywnienie, włączenie operonu polega na przyłączeniu się cząsteczek laktozy do represora (który był aktywny i blokował ekspresje, bo nie było laktozy), co powoduje jego nieuaktywnienie, odłączenie od operatora i rozpoczęcie ekspresji genów odpowiedzialnych za syntezę enzymów rozkładających laktozę do m.in. glukozy.

Operon tryptofanowy

Tu sytuacja jest inna niż w przypadku operonu laktozowego, bo prokariony cały czas syntezują tryptofan na własne potrzeby, ponieważ jest to aminokwas endogenny niezbędny do budowy ich własnych białek. Czyli stan wyjściowy operonu tryptofanowego jest tak,ze jest on włączony. Wyłączenie operonu następuje w momencie niezużywania produktu-tryptofanu i aby zapobiec jego kumulacji w organizmie, zostaje on wyłączony. Nie wykorzystany tryptofan przyłącza się do represora tym samym go aktywując. Aktywny represor przyłącza się w miejsce operatora i blokuje aktywność polimerazy RNA, co skutkuje zahamowaniem ekspresji genów, brakiem transkrypcji tych genów, brakiem syntezy enzymów niezbędnych do wytworzenia tryptofanu.