Lac operon

[bullvar_katip]

Laktoz operonu (lac operon) E. coli ve birçok diğer enterik bakteri tarafından laktozun taşınması ve metabolizması için gerekli olan bir operon dur. Çoğu bakteri için glukoz tercih edilen karbon kaynağı olsa da, lac operonu beta-galaktozidaz aktivitesi aracılığıyla glukozun kullanılamadığı durumlarda laktozun etkili bir şekilde sindirilmesini sağlar. Lac operonunun gen regülasyonu açıkça anlaşılan ilk genetik düzenleyici mekanizmadır, bu yüzden prokaryotik gen regülasyonunun önde gelen bir örneği haline gelmiştir. Bu nedenle, genellikle giriş seviyesindeki moleküler ve hücresel biyoloji derslerinde tartışılır. Bu laktoz metabolizma sistemi, François Jacob ve Jacques Monod, bir biyolojik hücrenin hangi enzimi sentezleyeceğini nasıl bildiğini belirlemek için kullanılmıştır. Lac operonu üzerine yaptıkları çalışma, 1965'te Fizyoloji veya Tıp dalında Nobel Ödülü kazandı. Bakteriyel operonlar, bir mRNA transkriptinden birden fazla protein üretebilen polisistronik transkriptlerdir. Bu durumda, bakteri için bir şeker kaynağı olarak laktoz gerektiğinde, lac operonunun üç geni ifade edilebilir ve ardından proteinleri çevrilebilir: lacZ, lacY ve lacA. lacZ geninin ürünü β-galaktozidaz olup, disakkarit laktozsu, glukoz ve galaktoza ayırır. LacY, hücreye laktozun taşınmasını sağlamak için beta-galaktozit permeaz kodlar ve bir zar proteinidir, son olarak lacA β-galaktozit transasetilazı kodlar. Layout of the lac operon. küçükresim|275x275pik|lac operonu. Üst: Baskılanmış, Alt: Aktif. 1: RNA polimeraz, 2: Represör, 3: Promotör, 4: Operatör, 5: Laktoz, 6: lacZ, 7: lacY, 8: lacA. Laktozun veya glikoz gibi tercih edilen bir enerji kaynağının mevcut olmaması durumlarında enzimlerin üretilmesi tamamen gereksiz hale gelir. lac operonu, bu operondan kodlanan enzimlerin üretimi için hücrenin yalnızca ihtiyaç duyduğu durumlarda enerji harcamasını sağlamak üzere iki aşamalı bir kontrol mekanizması kullanılır. Laktozun ortamda bulunmadığı durumlarda lac baskılayıcı olan lacI, lac operonu tarafından kodlanan enzimlerin üretimini durdurur. lacI, ancak bir co-indükleyici bağlandığı durumlarda daima eksprese edilir. Dolayısıyla, sadece küçük co-indükleyici moleküllerin varlığında transkripsiyona uğrar. Glikozun ortamda bulunduğu durumlarda, enzimlerin üretimi için gerekli olan Katabolit Aktivatör Protein (CAP) devre dışı kalır ve EIIA laktoz permeaz enzimini inhibe ederek laktozun hücre içine taşınmasını engeller. Bu ikili kontrol mekanizması, diauxie olarak adlanırılan hücrelerin farklı iki büyüme evresinde glikoz ve laktozun ardışık olarak kullanılmasına sebep olur.