Οπερoνιο Λακτoζης

  Με τον όρο "οπερόνιο" αναφερόμαστε σε μία λειτουργική μονάδα που αποτελείται από γονιδιωματικό DNA και το οποίο περιέχει δομικά γονίδια, τα οποία υπόκεινται σε κοινό έλεγχο ενός υποκινητή. Τα γονίδια που βρίσκονται σε ένα οπερόνιο μεταγράφονται όλα μαζί δίνοντας ένα μόριο mRNA, το οποίο είτε μεταφράζεται ως έχει, είτε υφίστατε μία διαδικασία, παραπλήσια της ωρίμανσης (είναι λάθος να πούμε ωρίμανση σε προκαρυωτικούς οργανισμούς) και διαχωρίζεται στα υπο μέρους mRNA τα οποία θα μεταφραστούν ξεχωριστά στη συνέχεια.  Το οπερόνιο της λακτόζης είναι ένα οπερόνιο το οποίο απαιτείται για το μεταβολισμό της λακτόζης στο βακτήριο Escherichia coli αλλά και κάποια άλλα βακτήρια τα οποία ζουν στο έντερο. Αποτελείται από τρία δομικά γονίδια, την β-γαλακτοζιδάση,
την περμεάση και την τρανσακετυλαση αντίστοιχα. Πριν από το πρώτο γονίδιο βρίσκεται μια ρυθμιστική περιοχή DNA η οποία ονομάζεται χειριστής. Πριν το χειριστή βρίσκεται ο υποκινητής, ενώ πριν από αυτός ένα ρυθμιστικό γονίδιο το οποίο μεταγράφεται και μεταφράζεται δίνοντας μία πρωτεΐνη καταστολέα. Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη, προσδένεται ισχυρά στο χειριστή και με αυτό τον τρόπο καθιστά το DNA σε εκείνη την περιοχή απροσπέλαστο. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τα γονίδια καθώς και τα υπόλοιπα μόρια.

Η γλυκόζη αποτελεί την κύρια τροφή για το βακτήριο, ωστόσο υπάρχουν περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει διαθέσιμος ο μονοσακχαρίτης, αλλά υπάρχουν άλλοι δισακχαρίτες στο περιβάλλον. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να μεταβολιστεί η λακτόζη, ένας δισακχαρίτης ο οποίος αποτελείται από τα μονομερή γαλακτόζη και γλυκόζη. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να ενεργοποιηθούν εκείνα τα γονίδια τα οποάι θα διασπάσουν το δισακχαρίτη. Πρέπει δηλαδή να ενεργοποιηθεί το οπερόνιο για να παραχθούν τα απαραίτητα ένζυμα. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η πρωτεΐνη καταστολέας προσδένεται στο χειριστή, με αποτέλεσμα η RNA πολυμεράση να αδυνατεί να μεταγράψει τα γονίδοα. Όταν υπάρχει μόνο λακτόζη στο θρεπτικό υλικό όμως, τότε το ίδιο το μόριο, το οποίο έχει συγγένεια πρόσδεσης με την πρωτεΐνη καταστολέα, προσδένεται σε αυτό, αλλάζοντας τη διαμόρφωσή του. Πλέον η πρωτεΐνη αδυνατεί να προσδεθεί στο χειριστή, με αποτέλεσμα η RNA πολυμεράση να μεταγράψει τα τρία δομικά γονίδια. Στο παρακάτω link μπορείται να δείτε σε μορφή video την όλη διαδικασία.
Οπερόνιο Λακτόζης

Ας δούμε αναλυτικότερα τα διάφορα στοιχεία του οπερονίου:

• β-γαλακτοζιδάση (lacZ): Ένζυμο το οποίο διασπά το δισακχαρίτη στα μονομερή του.
• περμεάση (lacY):  Μεμβρανώσης πρωτεΐνη η οποία αντλεί λακτόζη μέσα στο κύτταρο.
• τρανσακετυλάση (lacA): Ένζυμο το οποίο μεταφέρει ακετυλο ομάδες στις β-γαλακτοζίδες.
• πρωτεΐνη καταστολέας (lacI): Πρωτεΐνη η οποία παράγεται συνεχώς και έχει συγγένεια πρόσδεσης με το χειριστή.

 Πέρα από την πρωτεΐνη καταστολέα, υπάρχει και ένας ακόμη μηχανισμός ρύθμισης του οπερονίου. Πρόκειται για την ίδια τη γλυκόζη. Όταν υπάρχει γλυκόζη στο θρεπτικό υλικό, τότε η μεταφορά της ίδιας της γλυκόζης στο κύτταρο, εμποδίζει την μεταφορά της λακτόζης στο εσωτερικό, με αποτέλεσμα να είναι σε καταστολή το οποερόνιο. Επομένως, σε περίπτωση γλυκόζης και λακτόζης στο θρεπτικό, το κύτταρο πρώτα θα μεταβολίσει τη γλυκόζη και στη συνέχεια τον άλλο υδατάνθρακα.
Η ανακάλυψη και μελέτη του οπερονίου της λακτόζης ανήκει  στους Jacob-Monod.

Πηγές εικόνων-βίντεο:

• Μιχάλης Δέδες
• Λύκουρας Φώτης

Posted in: Γ Λυκείου, Γενετική, Εκπαίδευση, Λύκειο, Μοριακή Βιολογία