Informations

12.1 : Le lac Opéron - Biologie

12.1 : Le lac Opéron - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Les premières informations sur les mécanismes de régulation transcriptionnelle sont venues d'études de E. coli par les chercheurs François Jacob & Jacques Monod. Dans E. coli, et de nombreuses autres bactéries, les gènes codant pour plusieurs protéines différentes peuvent être situés sur une seule unité de transcription appelée un opéron. Les gènes d'un opéron partagent la même régulation transcriptionnelle, mais sont traduits individuellement. Les eucaryotes ne regroupent généralement pas les gènes en opérons (l'exception est C. elegans et quelques autres espèces).

De base lac Structure d'opéron

E. coli rencontre de nombreux sucres différents dans son environnement. Ces sucres, tels que lactose et glucose, nécessitent différentes enzymes pour leur métabolisme. Trois des enzymes du métabolisme du lactose sont regroupées dans le lac opéron: lacZ, de dentelle, et la CA(Figure (PageIndex{1})). LacZ code une enzyme appelée -galactosidase, qui digère le lactose en ses deux sucres constitutifs : le glucose et le galactose. de dentelle est un imprégner qui aide à transférer le lactose dans la cellule. Finalement, la CA est un trans-acétylase; dont la pertinence dans le métabolisme du lactose n'est pas tout à fait claire. Transcription de la lac L'opéron ne se produit normalement que lorsque le lactose est disponible pour être digéré. Vraisemblablement, cela évite de gaspiller de l'énergie dans la synthèse d'enzymes pour lesquelles aucun substrat n'est présent. Un seul transcrit d'ARNm comprend les trois séquences codant pour l'enzyme et est appelé polycistronique. Un cistron équivaut à un gène.

Cis- et transRégulateurs

En plus des trois gènes codant pour les protéines, le lac L'opéron contient de courtes séquences d'ADN qui ne codent pas pour des protéines, mais sont plutôt des sites de liaison pour les protéines impliquées dans la régulation transcriptionnelle de l'opéron. Dans le lac opéron, ces séquences sont appelées P (promoteur), O (opérateur), et CBS (site de liaison CAP). Collectivement, les éléments de séquence tels que ceux-ci sont appelés cis-éléments parce qu'ils doit être situés sur le même morceau d'ADN que les gènes qu'ils régulent. D'autre part, les protéines qui se lient à ces cis-les éléments sont appelés trans-régulateurs car (en tant que molécules diffusibles), elles n'ont pas nécessairement besoin d'être codées sur le même morceau d'ADN que les gènes qu'elles régulent.

LacI est un répresseur allostériquement régulé

L'un des principaux trans-les régulateurs de la lac l'opéron est codé par lacI. Quatre molécules identiques de lacI les protéines s'assemblent pour former un homotétramère appelé un répresseur (Figure (PageIndex{2})). Ce répresseur se lie à deux séquences opérateur adjacentes au promoteur de la lac opéron. La liaison du répresseur empêche l'ARN polymérase de se lier au promoteur (Figure (PageIndex{3})). Par conséquent, l'opéron ne sera pas transcrit lorsque l'opérateur est occupé par un répresseur.

Outre sa capacité à se lier à des séquences d'ADN spécifiques au niveau de l'opérateur, une autre propriété importante du lacI la protéine est sa capacité à se lier au lactose. Lorsque le lactose est lié à lacI, la forme de la protéine change d'une manière qui l'empêche de se lier à l'opérateur. Par conséquent, en présence de lactose, l'ARN polymérase est capable de se lier au promoteur et de transcrire le lac opéron, conduisant à un niveau modéré d'expression de la lacZ, de dentelle, et la CA gènes. Des protéines telles que lacI qui changent de forme et de propriétés fonctionnelles après la liaison à un ligand sont dits être régulés par un allostérique mécanisme. Le rôle de lacI dans la régulation de la lac L'opéron est résumé dans la figure (PageIndex{4}).

CASQUETTE est un activateur allostérique de la lac opéron

Un deuxième aspect de lac la régulation de l'opéron est conférée par un trans-facteur appelé protéine de liaison à l'AMPc (CASQUETTE, Figure (PageIndex{4})). La PAC est un autre exemple de régulation allostérique trans-facteur. Ce n'est que lorsque la protéine CAP est liée à l'AMPc qu'une autre partie de la protéine peut se lier à un cis-élément dans le lac promoteur appelé le Séquence de liaison CAP (CBS). CBS est situé très près du promoteur (P). Lorsque CAP est lié à CBS, l'ARN polymérase est mieux à même de se lier au promoteur et d'initier la transcription. Ainsi, la présence d'AMPc conduit finalement à une augmentation supplémentaire de lac transcription de l'opéron.

L'importance physiologique de la régulation par l'AMPc devient plus évidente dans le contexte des informations suivantes. La concentration d'AMPc est inversement proportionnelle à l'abondance de glucose : lorsque les concentrations de glucose sont faibles, une enzyme appelée l'adénylate cyclase est capable de produire de l'AMPc à partir d'ATP. Évidemment, E. coli préfère le glucose au lactose et exprime ainsi la lac opéron à des niveaux élevés uniquement lorsque le glucose est absent et que le lactose est présent. Cela fournit une autre couche de contrôle logique de lac expression de l'opéron : ce n'est qu'en présence de lactose et en l'absence de glucose que l'opéron est exprimé à ses niveaux les plus élevés.


Lac Opéron : mécanisme et régulation

L'opéron lac est un exemple bien connu d'un réseau de gènes inductibles qui régule le transport et le métabolisme du lactose dans Escherichia coli. Il code les gènes pour l'internalisation du lactose extracellulaire puis sa conversion en glucose.

L'opéron lactose de E. coli est activé uniquement lorsque le lactose est disponible (et que le glucose, la source d'énergie préférée, est absent). Lorsqu'il y a une absence de lactose, la transcription des gènes de l'opéron lac est bloquée par une protéine répresseur (car il n'y aura pas d'utilisation des produits du gène de l'opéron).

Structure de l'opéron lac

L'opéron lac se compose d'un promoteur (P) et d'une région opérateur (O) suivis de trois gènes de structure lacZ, lacY, et la CA en aval. Un gène régulateur lacI (I) précédant l'opéron lac est responsable de la production d'une protéine répresseur (R).

En plus des gènes de structure, l'opéron lac contient également un certain nombre de séquences d'ADN régulatrices. Ce sont des régions d'ADN auxquelles des protéines régulatrices particulières peuvent se lier, contrôlant la transcription de l'opéron.

  1. Régulateurs positifs (activateurs) : L'activateur augmente la transcription des gènes régulés. Dans l'opéron lac, l'activateur (appelé CAP) agit comme un capteur de glucose. Il active la transcription de l'opéron lorsque le glucose est absent/bas.
  2. Régulateurs négatifs (répresseur) : Le répresseur diminue ou élimine la transcription des gènes. Dans l'opéron lac, le répresseur agit comme un capteur de lactose. Le répresseur Lac est codé par le lacI gène. Le répresseur Lac empêche la transcription des gènes de structure pour le métabolisme du lactose lorsque le lactose n'est pas disponible en se liant étroitement au opérateur Région.

SAVEZ-VOUS?

Jacques Monod, avec François Jacob, a formulé un modèle d'opéron lac pour la régulation de l'expression des gènes à la fin des années 1950. Tous deux, ainsi que leur collègue André Lwoff, ont reçu le « Prix Nobel de physiologie ou médecine » en 1965. Depuis sa découverte, l'opéron lac sert de système modèle pour comprendre différents aspects de la régulation des gènes.


Les lac opéron

La capacité de répondre à la présence de lactose a toujours été là. Les gènes des trois enzymes induites font partie du génome de la cellule. Mais jusqu'à ce que le lactose soit ajouté au milieu de culture, ces gènes n'étaient pas exprimés (la &beta-galactosidase était exprimée faiblement &mdash juste assez pour convertir le lactose en allolactose).

Le moyen le plus direct de contrôler l'expression d'un gène est de réguler son taux de transcription c'est-à-dire la vitesse à laquelle l'ARN polymérase transcrit le gène en molécules d'ARN messager (ARNm).

La transcription du gène commence à un nucléotide particulier montré dans la figure comme "+1". L'ARN polymérase se lie en fait à un site "en amont" (c'est-à-dire du côté 5') de ce site et ouvre la double hélice afin que la transcription d'un brin puisse commencer.

  • une séquence de TATAAT (ou quelque chose de similaire) centrée 10 nucléotides en amont du +1 site et
  • une autre séquence (TTGACA ou quelque chose d'assez proche) centrée 35 nucléotides en amont.

La séquence exacte d'ADN entre les deux régions ne semble pas être importante.

Chacune des trois enzymes synthétisées en réponse au lactose est codée par un gène distinct. Les trois gènes sont disposés en tandem sur le chromosome bactérien.

Les lac opéron. En l'absence de lactose, la protéine répresseur codée par le gène I se lie à la lac opérateur et empêche la transcription. La liaison de l'allolactose au répresseur le fait quitter l'opérateur. Cela permet à l'ARN polymérase de transcrire les trois gènes de l'opéron. La seule molécule d'ARNm qui en résulte est ensuite traduite en trois protéines.

Les lac répresseur se lie à une séquence spécifique de deux douzaines de nucléotides appelée opérateur. [Lien vers une discussion sur la façon dont la séquence d'ADN du site opérateur peut être déterminée.] La plupart de l'opérateur est en aval du promoteur. Lorsque le répresseur est lié à l'opérateur, l'ARN polymérase est incapable de poursuivre en aval sa tâche de transcription génique.

Le répresseur lac ne représente qu'une infime fraction des protéines dans le E. coli cellule.
Lien vers une discussion sur la façon dont il peut néanmoins être isolé et purifié.

L'opéron est la combinaison de

Le gène codant pour le lac le répresseur est appelé le je gène. Il se trouve qu'il est situé juste en amont de la lac promoteur. Cependant, sa localisation précise n'est probablement pas importante car elle exerce son effet au moyen de son produit protéique, qui est libre de diffuser dans toute la cellule. Et, de fait, les gènes de certains répresseurs ne sont pas situés à proximité des opérateurs qu'ils contrôlent.

Une fois à cheval sur l'ADN, le répresseur peut se déplacer le long de celui-ci jusqu'à ce qu'il rencontre la séquence opérateur. Maintenant, un changement allostérique dans la structure tertiaire de la protéine permet aux mêmes acides aminés d'établir des liaisons &mdash principalement des liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes &mdash avec des bases particulières dans la séquence d'opérateurs.

  • il provoque la libération du répresseur de l'opérateur
  • L'ARN polymérase peut maintenant commencer à transcrire les 3 gènes de l'opéron en un Célibataire molécule de ARN messager.

À peine la transcription commence-t-elle que les ribosomes se fixent à la molécule d'ARNm en croissance et la descendent jusqu'à Traduire le message dans les trois protéines. Vous pouvez voir pourquoi les codons de ponctuation &mdash UAA, UAG ou UGA &mdash sont nécessaires pour terminer la traduction entre les parties de l'ARNm codant pour chacune des trois enzymes.

  • Les gènes chez les eucaryotes ne sont pas liés en opérons (sauf pour les nématodes comme C. elegans et tuniciers comme Ciona intestinalis).
  • Les transcrits primaires chez les eucaryotes contiennent le transcrit d'un seul gène (avec les exceptions ci-dessus).
    C. elegans diffère de la plupart des eucaryotes par le fait qu'une fraction substantielle (15 à 20 %) de ses gènes est regroupée en opérons contenant chacun de 2 à 8 gènes. Comme les bactéries, tous les gènes d'un opéron sont transcrits à partir d'un seul promoteur produisant un seul transcrit primaire (pré-ARNm). Certains des gènes de ces opérons semblent, comme dans les bactéries, être impliqués dans la même fonction biochimique, mais ce n'est peut-être pas le cas pour la plupart. C. elegans les opérons diffèrent également de ceux des bactéries en ce que chaque pré-ARNm est transformé en un ARNm séparé pour chaque gène plutôt que d'être traduit en tant qu'unité.
  • La transcription et la traduction ne sont pas physiquement liées chez les eucaryotes comme elles le sont chez les bactéries, la transcription se produit dans le noyau tandis que la traduction se produit dans le cytosol (à quelques exceptions près).

Régulation d'Arabinose Opéron

L'opéron arabinose est régulé à la fois positivement et négativement, comme un modèle Lac-opéron.

Régulation positive

Ici, un terme positif indique que la synthèse de l'ARNm se produira. Par conséquent, l'ARNm d'ara BAD est formé en régulation positive. L'opéron arabinose est régulé positivement par les deux conditions expliquées ci-dessous :

Cas-I (lorsque la protéine inductrice et répresseur est absente) :

Il n'y aura pas de répression de l'opéron arabinose en l'absence à la fois d'un inducteur et d'un répresseur. Dans cette condition, l'ARN polymérase se liera à la région promotrice spécifique et transcrira les gènes ara-BAD pour former l'ARNm. Mais dans ce cas, le taux de transcription de l'ARNm est beaucoup plus lent.

Cas-II (lorsque l'inducteur et le répresseur sont tous deux présents) :

L'inducteur (arabinose) se liera à la protéine répresseur pour réguler la transcription de l'ARNm. La protéine Ara-C plus l'arabinose forment un complexe qui ne permettra pas la formation de la boucle. L'arabinose se lie au dimère Ara-C et modifie sa configuration structurelle. Ce changement de configuration structurelle permettra à l'ARN polymérase de transcrire les gènes ara-BAD pour former l'ARNm. L'ARNm se traduira ensuite en protéines.

Régulation négative

Ici, un terme négatif indique que la transcription de l'ARNm ne se produira pas. Pour comprendre le processus de manière simple, prenons la condition III pour la comparer aux deux conditions précédentes.

Cas-III (lorsque seule la protéine répresseur est présente) :

Le rôle principal de l'opéron arabinose implique la dégradation de l'arabinose. En l'absence d'arabinose, il n'y aura pas de transcription et de traduction de la molécule d'ADN. L'arabinose agit comme un inducteur, qui se lie et inactive la protéine répresseur ARA-C. En l'absence d'inducteur, la protéine répresseur sera produite par le gène ara-C. La protéine répresseur ARA-C forme un dimère avec l'opérateur et le gène inducteur en formant un boucle. La formation de boucle ne permettra pas à l'ARN polymérase de transcrire les gènes ara-BAD pour former l'ARNm.


Question à réponse longue : Décrivez le « Lac-opéron ». - La biologie

1. L'opéron lactose ou lac d'E. coli est un opéron inductible. L'opéron est activé lorsqu'un inducteur chimique, le lactose, est présent dans le milieu.

2. Jacob et Monad ont proposé le modèle classique de l'opéron Lac.

3. L'opéron Lac comprend le site promoteur (P), le site régulateur (i) et le site opérateur (O).

4. Il possède également trois gènes de structure, à savoir z, y et chacun produisant une enzyme.

5. Les trois enzymes suivantes sont nécessaires au métabolisme du lactose dans la cellule.

Nom du gène Enzyme produite Fonction
lac z &bêta-galactosidase [ce]
lac y Imprégner Entrée du lactose dans la cellule
la CA Transacétylase Transfère le groupe acétyle de l'acétyl CoA à la &beta-galactosidase

6. Si le glucose n'est pas disponible pour les cellules, elles auront besoin d'une autre source d'énergie telle que le lactose.

7. Si le lactose n'est pas disponible, la protéine répresseur produite par le gène répresseur s'attachera à l'opérateur et bloquera l'ARN polymérase.

8. Le lactose agit comme un inducteur. Si le lactose est disponible, il empêchera le répresseur de se lier à l'opérateur, en formant un complexe inducteur-répresseur et permettra à l'ARN polymérase de transcrire l'ARNm.

9. L'ARN polymérase s'attachera au promoteur et commencera à transcrire l'ARNm.

10. L'ARN polymérase transcrit d'abord le gène lac z qui est responsable de la synthèse de la &beta-galactosidase.

11. L'ARN polymérase passe au gène suivant, lac y, qui synthétise l'enzyme perméase.

12. L'ARN polymérase se déplace finalement vers le lac, un gène responsable de la synthèse de la transacétylase.

13. La &beta-galactosidase, la perméase et la transacétylase sont des enzymes de la voie métabolique utilisée pour obtenir de l'énergie à partir du lactose.

14. Une fois que le lactose est épuisé et que les niveaux diminuent, le répresseur se fixe à l'opérateur, bloquant la production de &beta-galactosidase, de perméase et de transacétylase, de sorte que les niveaux de lactose augmentent.


Schéma du Lac Opéron

Une classe spéciale de mutants d'E coli incapables d'utiliser le lactose comme source de carbone présentait des mutations dans la séquence codante pour la -galactosidase (gène lacZ). Ils ne produisent pas de protéine β-galactosidase. Étonnamment, ils ne parviennent pas à produire les produits polypeptidiques de la perméase (lacY) et de la transacétylase (lacA). De plus, aucun ARNm d'aucun de ces gènes n'est détecté.
Trois types de révertants ont été isolés :
Révertants de type I : activités de perméase (LacY) et de transacétylase (LacA) récupérées, mais pas d'activité de -galactosidase. Ces mutations réversives ont été trouvées dans l'opéron lac.
Révertants de type II : ont récupéré les 3 activités enzymatiques.
Révertants de type III : n'ont récupéré que les activités de perméase et de transacétylase par une mutation secondaire cartographiée dans le gène du facteur rho.
L'ADN de l'opéron Lac a été isolé de la souche mutante d'origine. Les brins de l'ADN ont été séparés les uns des autres et mélangés avec des brins simples d'ADN contenant l'opéron lac isolé d'une bactérie de type sauvage. On a laissé ces ADN "mélangés" s'hybrider les uns aux autres. Les structures en double hélice résultantes ont été isolées et visualisées par microscopie électronique :

SHAPE * MERGEFORMAT A. (5pnts) Qu'est-ce qu'une mutation révertante (en général) ?

B. (5pnts) Quel est l'événement génétique qui a causé la mutation lac originale (c'est-à-dire qui n'a pas permis l'expression de lacZ, lacY ou lacA) ?

C. (5pnts) Pourquoi cet événement a-t-il entraîné l'échec de la production de perméase et de transacétylase ?

D. (5pnts) Quelle est la nature des mutations réversibles de type I ?

E. (5pnts) Quelle est la nature des mutations réversibles de type II ?

F. (5pnts) Quelle est la nature des mutations réversibles de type III ?

© BrainMass Inc. brainmass.com 5 mars 2021, 00:55 ad1c9bdddf
https://brainmass.com/biology/genetics/schematic-lac-operon-547656

Pièces jointes

Aperçu de la solution

Q6 (A-F). 30pnts Ci-dessous est un schéma de l'opéron lac : SHAPE * MERGEFORMAT
Une classe spéciale de mutants d'E coli incapables d'utiliser le lactose comme source de carbone présentait des mutations dans la séquence codante pour la -galactosidase (gène lacZ). Ils ne produisent pas de protéine β-galactosidase. Étonnamment, ils ne parviennent pas à produire les produits polypeptidiques de la perméase (lacY) et de la transacétylase (lacA). De plus, aucun ARNm d'aucun de ces gènes n'est détecté. Trois types de révertants ont été isolés : Révertants de type I : activités de perméase (LacY) et de transacétylase (LacA) récupérées mais pas d'activité β-galactosidase. Ces mutations réversives ont été trouvées dans l'opéron lac. Révertants de type II : ont récupéré les 3 activités enzymatiques. Révertants de type III : n'ont récupéré que les activités de perméase et de transacétylase par une mutation secondaire cartographiée dans le gène du facteur rho. L'ADN de l'opéron Lac a été isolé de la souche mutante d'origine. Les brins de l'ADN ont été séparés les uns des autres et mélangés avec des brins simples d'ADN contenant l'opéron lac isolé d'une bactérie de type sauvage. On a laissé ces ADN "mélangés" s'hybrider les uns aux autres. Les structures en double hélice résultantes ont été isolées et visualisées par microscopie électronique :

A. (5pnts) Qu'est-ce qu'une mutation révertante (en général) ?

Une mutation révertante est un mutant capable de revenir à son génotype d'origine par une autre mutation suppressive. Une mutation révertante peut également revenir au phénotype d'origine grâce à ce type d'interaction suppressive entre le mutant A et le mutant B. Pour être un mutant révertissant, le deuxième mutant doit supprimer la première mutation. Par exemple, dans la bactérie E. coli mutante de l'opéron lac. Il existe une deuxième mutation qui transforme les gènes mutés de l'opéron Lac de LacI- et LacA- en un génotype (LacI et LacA) et un phénotype normaux en ce sens qu'il peut désormais produire des produits de perméase (Lac Y) et de transacétylase (Lac A).

B. (5pnts) Quel est l'événement génétique qui a causé la mutation lac originale (c'est-à-dire qui n'a pas permis l'expression de lacZ, lacY ou lacA) ?


L'opéron du Lac

L'opéron : Jacob et Monod ont proposé le modèle d'opéron en 1961 pour la régulation coordonnée de la transcription de gènes impliqués dans des voies métaboliques spécifiques. Les opéron est une unité d'expression et de régulation des gènes qui comprend généralement :

  • Les gènes de structure (tout gène autre qu'un régulateur) pour les enzymes impliquées dans une voie de biosynthèse spécifique dont l'expression est contrôlée de manière coordonnée.
  • Des éléments de contrôle tels qu'un séquence d'opérateurs, qui est une séquence d'ADN qui régule la transcription des gènes de structure.
  • Gène régulateur(s) dont les produits reconnaissent les éléments de contrôle, par exemple un répresseur qui se lie à et régule une séquence d'opérateurs.

L'opéron lactose : Escherichia coli peut utiliser le lactose comme source de carbone. Les enzymes nécessaires à l'utilisation du lactose comme source de carbone ne sont synthétisées que lorsque le lactose est disponible comme seule source de carbone. Les opéron lactose (ou lac opéron) se compose de trois gènes de structure : lacZ, qui code pour la -galactosidase, une enzyme responsable de l'hydrolyse du lactose en galactose et glucose de dentelle, qui code pour une galactoside perméase responsable du transport du lactose à travers la paroi cellulaire bactérienne et la CA, qui code pour une thiogalactoside transacétylase.

Les trois gènes de structure sont codés dans une seule unité de transcription, lacZYA, qui possède un seul promoteur, Plac. Cette organisation signifie que les trois protéines structurelles de l'opéron lactose sont exprimées ensemble sous la forme d'un ARNm polycistronique contenant plus d'une région codante sous le même contrôle régulateur. L'unité de transcription lacZYA contient un site opérateur Olac qui est positionné entre les bases –5 et +21 à l'extrémité 5′ du Plac région promotrice. Ce site se lie à une protéine appelée répresseur lac qui est un puissant inhibiteur de la transcription lorsqu'il est lié à l'opérateur. Le répresseur lac est codé par un gène régulateur séparé lacI qui fait également partie de l'opéron lactose lacI est situé juste en amont de Plac.

Le répresseur lac : Le gène lacI code pour le répresseur lac, qui est actif en tant que tétramère de sous-unités identiques. Il a une très forte affinité pour le site de liaison à l'opérateur lac, Olac, et a également une affinité généralement élevée pour l'ADN. Le site de l'opérateur lac se compose de 28 pb qui est palindrome. UNE palindrome a la même séquence d'ADN lorsqu'un brin est lu de gauche à droite dans une direction 5′ à 3′ et que le brin complémentaire est lu de droite à gauche dans une direction 5′ à 3′. Cette symétrie de répétition inversée de l'opérateur correspond à la symétrie inhérente du répresseur lac qui est composé de quatre sous-unités identiques. En l'absence de lactose, le répresseur occupe le site de liaison de l'opérateur. Il semble qu'à la fois le répresseur lac et l'ARN polymérase puissent se lier simultanément aux sites promoteur et opérateur lac. Le répresseur lac augmente en fait la liaison de la polymérase au promoteur lac de deux ordres de grandeur. Cela signifie que lorsque le répresseur lac est lié à la séquence d'ADN de l'opérateur Olac, la polymérase est également susceptible d'être liée à la séquence adjacente. Plac séquence promotrice.

Intronisation : En l'absence d'inducteur, le répresseur lac bloque tout sauf un très faible niveau de transcription de lacZYA. Lorsque le lactose est ajouté aux cellules, le faible niveau basal de la perméase permet son absorption, et la -galactosidase catalyse la conversion d'une partie du lactose en allolactose.

L'allolactose agit comme un inducteur et se lie au répresseur lac. Cela provoque un changement dans la conformation du tétramère répresseur, réduisant son affinité pour l'opérateur lac. L'élimination du répresseur lac du site opérateur permet à la polymérase (qui est déjà située au niveau du promoteur adjacent) de commencer rapidement la transcription des gènes lacZYA. Ainsi, l'ajout de lactose, ou d'un inducteur synthétique tel que isopropyle-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) , stimule très rapidement la transcription des gènes de structure de l'opéron lactose. L'élimination ultérieure de l'inducteur conduit à une inhibition quasi immédiate de cette transcription induite, puisque le répresseur lac libre réoccupe rapidement le site opérateur et le transcrit ARN lacZYA est extrêmement instable.

protéine réceptrice cAMP: Les Plac promoteur n'est pas un promoteur fort. Plac et les promoteurs apparentés n'ont pas de fortes séquences -35 et certains ont même de faibles séquences consensus -10. Pour une transcription de haut niveau, ils nécessitent l'activité d'une protéine activatrice spécifique appelée protéine réceptrice de l'AMPc (CRP). CRP peut également être appelé protéine activatrice de catabolite ou CASQUETTE.

Lorsque du glucose est présent, E. coli n'a pas besoin de sources de carbone alternatives telles que le lactose. Par conséquent, les opérons cataboliques, tels que l'opéron lactose, ne sont normalement pas activés. Cette régulation est médiée par la CRP qui existe sous forme de dimère qui ne peut pas se lier à l'ADN par elle-même, ni réguler la transcription. Le glucose réduit le niveau d'AMPc dans la cellule. Lorsque le glucose est absent, les niveaux d'AMPc dans E. coli augmentent et la CRP se lie à l'AMPc. Le complexe CRP-AMPc se lie au promoteur de l'opéron lactose Plac juste en amont du site de l'ARN polymérase. La liaison à la CRP induit une courbure de 90 ° de l'ADN, ce qui est censé améliorer la liaison de l'ARN polymérase au promoteur, améliorant ainsi la transcription de 50 fois. Le site de liaison à la CRP est une répétition inversée et peut être adjacent au promoteur (comme dans l'opéron lactose), peut se situer dans le promoteur lui-même, ou peut être beaucoup plus en amont du promoteur. Des différences dans les sites de liaison à la CRP des promoteurs de différents opérons cataboliques peuvent médier différents niveaux de réponse de ces opérons à l'AMPc in vivo.


L'opéron lac : un opéron inductible

Le troisième type de régulation génique dans les cellules procaryotes se produit par opérons inductibles, qui possèdent des protéines qui se lient pour activer ou réprimer la transcription en fonction de l'environnement local et des besoins de la cellule. Les lac l'opéron est un opéron inductible typique. Comme mentionné précédemment, E. coli est capable d'utiliser d'autres sucres comme sources d'énergie lorsque les concentrations de glucose sont faibles. Une de ces sources de sucre est le lactose. Les lac L'opéron code les gènes nécessaires pour acquérir et traiter le lactose de l'environnement local. Le gène Z du lac L'opéron code pour la bêta-galactosidase, qui décompose le lactose en glucose et galactose.

Cependant, pour le lac pour activer l'opéron, deux conditions doivent être remplies. Premièrement, le niveau de glucose doit être très bas ou inexistant. Deuxièmement, le lactose doit être présent. Ce n'est que lorsque le glucose est absent et que le lactose est présent que le lac l'opéron soit transcrit (Figure). En l'absence de glucose, la liaison de la protéine CAP rend la transcription de la lac opéron plus efficace. Lorsque le lactose est présent, il se lie au lac répresseur et change de forme afin qu'il ne puisse pas se lier au lac opérateur pour empêcher la transcription. Cette combinaison de conditions est logique pour la cellule, car ce serait un gaspillage énergétique de synthétiser les enzymes pour traiter le lactose si le glucose était abondant ou si le lactose n'était pas disponible.


Lac Opéron - I gène

Dans le tableau ci-dessous, prédisez (oui ou non) si l'opéron lac E. coli sera transcriptionnellement actif en présence ou en l'absence de glucose ou de lactose comme indiqué et répondez
Lactose Glucose Lac expression ?
Non Oui
Oui oui
Oui Non
aux questions "a" et "b."

une. Expliquez chacune de vos réponses en termes de mécanismes moléculaires connus pour sous-tendre la régulation de l'opéron lac.

b. Quel mécanisme est considéré comme un contrôle négatif et lequel est considéré comme un contrôle positif ? Expliquer.

© BrainMass Inc. brainmass.com 5 mars 2021, 01h07 ad1c9bdddf
https://brainmass.com/biology/human-biology/lac-operon-i-gene-564483

Aperçu de la solution

lactose-glucose
Dans le tableau ci-dessous, prédisez (oui ou non) si l'opéron lac E. coli sera transcriptionnellement actif en présence ou en l'absence de glucose ou de lactose comme indiqué et répondez
Lactose Glucose Lac expression ?
Non Oui
Oui oui
Oui Non
aux questions "a" et "b."

une. Expliquez chacune de vos réponses en termes de mécanismes moléculaires connus pour sous-tendre la régulation de l'opéron lac.

b. Quel mécanisme est considéré comme un contrôle négatif et lequel est considéré comme un contrôle positif ? Expliquer.

Lactose Glucose Lac expression

une. Expliquez chacune de vos réponses en termes de mécanismes moléculaires connus pour sous-tendre la régulation de l'opéron lac.

Résumé des solutions

L'opéron lactose contient le gène I qui code pour le répresseur le gène P qui code pour le promoteur le gène O qui code pour l'opérateur. Les gènes de structure Z Y A en aval de l'opérateur. Le gène Z code pour la B-galactosidase, le gène Y code pour la perméase et le gène A qui code pour la transacétylase.

B-galactosidase - convertit le lactose en glucose et galactose
B-galactoside perméase - transporte le lactose dans la cellule
B-galactoside transacétylase - fonction inconnue

L'opéron lac fonctionne à la fois comme une régulation négative et positive de la dégradation du lactose. C'est un système inductible qui dépend de la présence de l'inducteur lactose.


Réglementation stricte

Normalement, le lac l'opéron est désactivé. Une protéine répresseur se lie à la région opérateur (contrôle) en amont de l'opéron empêchant la transcription.

Lorsque le lactose est présent à l'extérieur de la cellule, il traverse la membrane cellulaire et agit comme un inducteur de l'opéron. Il le fait une fois que le lactose est décomposé pour créer de l'allolactose. Les lac L'opéron est ensuite transcrit et traduit en protéines, notamment la perméase, qui s'intègre dans la membrane cellulaire, facilitant le transport du lactose dans la cellule, et la &beta-galactosidase, qui consomme le lactose pour fabriquer des molécules de glucose. La &beta-galactosidase produit également de l'allolactose. Cela conduit à une boucle de rétroaction positive.

Cet opéron prend le relais lorsque les niveaux de glucose sont bas. Cela est dû à une autre protéine, appelée protéine activatrice de catabolite (CAP), et à des molécules d'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). Lorsque les niveaux de glucose baissent, les niveaux d'AMPc augmentent jusqu'à ce qu'il y ait suffisamment d'AMPc pour se lier et activer plus de CAP. Le CAP favorise la transcription de gènes par l'ARN polymérase conduisant à une augmentation de l'expression de l'opéron lac.

Ensemble, vous avez un régulateur négatif, la protéine répresseur, qui est liée et désactivée par l'allolactose et un régulateur positif, qui est favorisé par de faibles niveaux de glucose, garantissant que lorsque les niveaux de glucose sont bas, mais que le lactose est présent, la cellule basculera vers cela. source alternative de dîner.



Commentaires:

  1. Silsby

    Je pense que tu as tort. Je propose d'en discuter.

  2. Kigaran

    peu puissant

  3. Wayne

    D'accord, c'est la drôle d'information

  4. Laurenz

    Force brute)

  5. Abiah

    Drôle de situation



Écrire un message