유전자 발현은 특정 유전자에 의해 암호화 된 정보에 기초하여 기능성 단백질의 폴리펩티드 사슬의 합성이다. 특정 단백질의 합성의 양은 유전자 발현의 조절에 의해 조절 될 수있다. 유전자의 차별적 발현은 단백질 합성의 다양한 단계 동안 달성 될 수있다. 그러나, 유전자 발현의 조절은 진핵 생물 및 원핵 생물 유전자에서 다르다. lac 오페론 . lac 의 발현의 조절 오페론은 배지의 유당 및 포도당 수준에 반응하여 달성된다. lac 의 조절 Operon은 입문 분자 및 세포 생물학 연구에서 원핵 생물 유전자 조절의 가장 중요한 예로 사용됩니다.
주요 영역이 적용됩니다
1. 유전자 발현의 조절은 무엇입니까
- 정의, 유전자 발현 조절
2. Lac Operon은 무엇입니까
- 유전자 제품의 정의, 구조, 기능
3. Lac Operon은 어떻게 규제됩니까
- Lac Repressor, CAP
주요 용어 :이화물 활성화 제 단백질 (CAP), 대장균, 유전자 발현, 포도당, Lac Operon, Lac Repressor, 유당 대사
유전자 발현의 조절은 무엇입니까
유전자 발현의 조절은 세포가 특정 유전자 생성물 (단백질 또는 RNA)의 생산을 증가 시키거나 감소시키는 데 사용되는 광범위한 메커니즘을 말합니다. 그것은 아래에 설명 된 바와 같이 단백질 합성의 다양한 단계에서 달성됩니다.
- 복제 레벨 - DNA 복제 중에 발생하는 돌연변이는 유전자 발현의 변화를 유발할 수 있습니다.
- 전사 레벨 - 특정 유전자의 전사는 억제제 및 활성화 제에 의해 제어 될 수 있습니다.
- 전사 후 수준-RNA 스 플라이 싱과 같은 전사 후 변형 중에 유전자 발현을 달성 할 수 있습니다.
- 번역 레벨 - mRNA 분자의 번역은 RNA 간섭 경로와 같은 다양한 과정에 의해 제어 될 수있다.
- 번역 후 수준 -단백질의 합성은 번역 후 변형을 제어함으로써 번역 후 수준에서 조절 될 수있다.
그러나 원핵 생물에서 유전자 발현의 조절은 주로 전사 개시 중에 달성됩니다. 그것은 유전자 발현을 긍정적으로 조절하고 유전자 발현을 부정적으로 조절하는 억제제를 포함하는 활성화 제를 포함한다. 단백질 합성의 상이한 단계에서 유전자 발현의 조절은도 1 에 도시되어있다. .
그림 1 :유전자 발현 조절
lac 오페론
lac 오페론은 대장균의 유당 대사를 담당하는 유전자의 클러스터를 말합니다. 따라서 lac 오페론은 e의 기능 단위입니다. coli 게놈. lac 의 모든 유전자 Operon은 단일 프로모터에 의해 제어됩니다. 따라서, 오페론의 모든 유전자는 함께 전사됩니다. 유전자 생성물은 유당을 세포의 시토 졸로 운반하고 유당을 포도당으로 소화하는 것을 담당하는 단백질이다. 포도당은 세포 호흡에 사용되어 ATP의 형태로 에너지를 생성합니다. lac 오페론은 다른 많은 장내 박테리아에도 존재할 수 있습니다. lac 의 구조 오페론은 도 2에 도시되어있다 .
그림 2 : lac 오페론
lac Operon은 단일 프로모터에 의해 제어되는 3 개의 유전자로 구성됩니다. 이 유전자는 lacz 입니다 , Lacy , laca . 이들 유전자는 베타-갈 락토시다 제, 베타-갈 락토 사이드 퍼미 제 및 베타-갈 락토 사이드 트랜스 아세틸 라제로 알려진 유당 대사에 관여하는 3 개의 효소에 대해 암호화된다. 베타-갈 락토시다 제는 유당을 포도당과 갈락토스로 분해하는 데 관여합니다. 베타-갈 락토 사이드 퍼미 제를 세포막에 매립하여 유당을 시토 졸로 수송 할 수있게한다. 베타-갈 락토 사이드 트랜스 아세틸 라제는 아세틸 CoA에서 베타-갈 락토 사이드로 아세틸기의 전이에 관여한다. lac 의 전사 오페론은 단일 mRNA 분자로부터 3 개의 유전자 생성물을 모두 생성하는 폴리 시스트로닉 mRNA 분자를 생성한다. 일반적으로 lacz 및 Lacy 유전자 생성물은 유당의 이화 작용에 충분합니다.
이 세 가지 유전자 외에도 lac Operon은 여러 규제 지역 로 구성됩니다 다양한 단백질이 전사를 제어하기 위해 결합 할 수 있습니다. lac 의 주요 조절 서열 오페론은 프로모터, 운영자 및 이화물 활성화 제 단백질 (CAP) 결합 부위입니다. 프로모터 유전자의 전사를 담당하는 효소 인 RNA 폴리머 라제에 대한 결합 부위로서 작용한다. 연산자 lac 의 부정적인 규제 부위 역할을합니다. 억압자가 묶습니다. 캡 바인딩 부위 캡이 결합하는 긍정적 인 규제 부위 역할을합니다.
lac 은 어떻습니까? 오페론 규제
원핵 생물 유전자에서 유전자 발현의 조절은 유도 가능한 오페론을 통해 발생합니다 상이한 유형의 단백질이 결합하여, 세포의 요구 사항에 기초하여 오페론의 전사를 활성화 또는 억제한다. lac 오페론은 유도 가능한 오페론입니다. 그것은 에너지 생산에서 이당류에서 유당을 사용하여 포도당을 세포에 사용할 수 없을 때 세포 호흡에 쉽게 사용할 수있는 포도당으로 전환함으로써 에너지 생산에서 이당류에서 사용할 수 있습니다. lac 오페론은 세포에 포도당의 존재에 따라 "끄기"및 "턴 켜기"상태로 조절됩니다. lac repressor는 lac 의 '끄기'모드를 담당합니다. Cap while the the 오페론.
lac 억제
lac repressor는 유당 센서를 말하며, 이는 lac 의 전사를 차단합니다. 포도당이있는 오페론. 세포 호흡에서 포도당의 사용은 유당과 비교할 때 에너지 생산에 더 적은 단계를 요구합니다. 따라서, 포도당이 세포에서 이용 가능할 때, 세포 경로에서 에너지를 생산하기 위해 쉽게 분해된다. 또한, 포도당이 호흡에 사용될 때, 세포 호흡의 최대 효율을 달성하기 위해 이전 목적을 위해 유당의 사용을 피해야한다. 이 상황에서, lac 의 전사의 막힘 Operon은 Lac repressor의 결합에 의해 달성됩니다. 오페론. 일반적으로 운영자 영역은 프로모터 영역과 겹칩니다. 따라서, lac 억제제는 연산자 영역에 결합하여, RNA 폴리머 라제는 완전한 프로모터 영역을 이용할 수 없기 때문에 프로모터 영역에 결합 할 수 없다. 포도당이 세포에서 쉽게 구할 수 있고 유당을 이용할 수 없으면 lac 억제제는 연산자 영역에 단단히 결합하여 lac 의 전사를 억제합니다. 오페론. lac 의 조절 오페론은 도 3에 도시되어있다 .
그림 3 : lac 의 조절 오페론
이화물 활성화 제 단백질 (CAP)
CAP 단백질은 lac 의 전사를 활성화시키는 포도당 억제제를 나타냅니다. 오페론. 세포가 포도당이 부족하고 유당이 시토 졸에서 쉽게 구할 수있을 때, lac 억압자는 DNA와 결합하는 능력을 상실합니다. 따라서, 운영자 영역에서 떠 오르면, 프로모터 영역은 RNA 폴리머 라제에 결합 할 수 있습니다. 유당을 이용할 수 있으면 일부 분자는 allolactose 로 전환됩니다. , 유당의 작은 이성질체. allolactose의 lac 에 대한 결합 억제 업체는 운영자 영역에서 IT를 느슨하게합니다. 따라서 Allolactose는 유도제 역할을하여 lac 의 발현을 유발합니다. 오페론. 또한, lac 오페론은 유도 가능한 오페론으로 간주됩니다.
그러나 RNA 폴리머 라제 단독은 프로모터 영역에 완벽하게 결합 할 수 없습니다. 따라서, CAP는 RNA 폴리머 라제의 프로모터에 대한 단단한 결합을 돕는다. 그것은 프로모터에 상류로 캡 결합 부위에 결합합니다. DNA에 대한 캡의 결합은 cyclic amp (camp) 로 알려진 소분자에 의해 조절된다. . 캠프는 포도당이 없을 때 대장균에 의해 만든 굶주림 신호 역할을합니다. CAP에 캠프의 결합은 CAP의 형태를 변화시켜 캡의 캡 결합 부위에 캡의 결합을 가능하게합니다. 오페론. 그러나 포도당 수치가 세포 내부에서 매우 낮을 때 CAMP는 세포에 존재합니다. 따라서, lac 의 활성화 오페론은 포도당이 세포에서 이용할 수없는 경우에만 달성 될 수 있습니다. 결론적으로, lac 의 활성화 포도당을 이용할 수없고 셀 내부에서 유당을 이용할 수있을 때 오페론을 달성 할 수 있습니다. 포도당뿐만 아니라 유당 모두 세포에 없을 때, lac 억제제는 lac 에 결합 된 상태로 남아있다 오페론, 오페론의 전사 방지.
| 포도당 | 유당 | 메커니즘 | 규정 |
| 결석 | 현재 | 캡은 캡 바인딩 부위에 결합한다 | Lac Operon의 발현 |
| 현재 | 결석 | lac 억제자는 운영자 지역에 결합합니다 | Lac Operon의 억제 |
