Оперон — функциональная единица организации генетического материала прокариот (бактерий и архей), в которой цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующих совместно или последовательно работающие белки, объединяются под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать экспрессию этих генов.

История исследования

Концепция оперона была предложена в 1961 году французскими учеными Франсуа Жакобом и Жаком Моно, за что они получили Нобелевскую премию в 1965 году.

Многообразие и структура

Оперона по количеству цистронов классифицируют на моно-, олиго- и полицистронни, содержащих, соответственно, только один, несколько или много цистроны (генов).

Характерным примером опероннои организации генома прокариот является лактазной оперон (lac -оперон).

Оперон начинается и заканчивается регуляторными областями — промотором в начале и терминатором в конце, кроме этого, каждый отдельный цистрон может иметь в своей структуре собственный промотор и / или терминатор.

В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы (не путать с геном-регулятором). Структурные гены кодируют белки, которые осуществляют последовательно этапы биосинтеза какого-либо вещества. Этих генов может быть один, два или несколько. Они тесно сцеплены друг с другом и, что самое главное, в ходе транскрипции работают как один единственный ген: на них синтезируется одна общая молекула иРНК, которая только затем расщепляется на несколько иРНК, соответствующих отдельным генам. Регуляторными элементами являются следующие:

  • Промотор — участок связывания фермента, осуществляющего транскрипцию ДНК — РНК-полимеразы. Является местом начала транскрипции. Представляет собой короткую последовательность из нескольких десятков нуклеотидов ДНК, с которой специфически связывается РНК-полимераза. Кроме того, промотор определяет, какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для синтеза иРНК;
  • Оператор — участок связывания регуляторного белка;
  • Терминатор — участок в конце оперона, что сигнализирует о прекращении транскрипции.

На работу оператора данного оперона влияет самостоятельный ген-регулятор, синтезирует соответствующий регуляторный белок. Этот ген не обязательно располагается рядом с опероном. Кроме того, один регулятор может регулировать транскрипцию нескольких оперонов. Ген-регулятор также имеет собственный промотор и терминатор. Регуляторные белки бывают двух типов: белок-репрессор или белок-активатор. Они присоединяются к специфическим нуклеотидных последовательностей ДНК оператора, или препятствует транскрипции генов (отрицательная, негативная регуляция), или способствует ей (положительная, позитивная регуляция) механизмы их работы противоположные. Кроме того, на работу белков-репрессоров могут влиять вещества — эффекторы: соединяясь с репрессором, они влияют на его взаимодействие с оператором.

В эукариот

В эукариот транскрипция осуществляется с участков, подобных оперона прокариот и также состоят из регуляторных и структурных генов, однако в оперонов эукариот есть ряд особенностей.

1. В состав оперона эукариот входит только один структурный ген (а не несколько — как у прокариот).

2. оперона эукариот почти всегда содержит только структурный ген, а другие гены разбросаны по хромосоме или даже по разным хромосомами.

3. оперона эукариот состоит из чередующихся друг с другом значимых (экзонов) и незначимых (интронов) участков. При транскрипции вчитываются как экзонов, так и интроны, а затем в ходе процессинга происходит вырезание интронов (сплайсинг).

Изображения по теме

  • Оперон