Определение оперона в генетике, схема и функции

Что такое оперон в генетике — кто разработал концепцию

В состав оперонов входят цистоны, т.е. гены, синтезирующие определенный белок. По количеству этих единиц транскрипции опероны делятся на такие виды, как: 

• моноцистонные;
• олигоцистонные;
• полицистонные.

Одним из примеров оперонной организации генома является лактозный оперон. Эта группа генов, контролирующая синтез ферментов, отвечающих за расщепление молочного сахара (лактозы). Изучив данный механизм, французские ученые Ф.Жакоб и Ж.Моно, разработали концепцию оперона, и за это открытие в области биохимии в 1965 году получили Нобелевскую премию.

Структурная организация и основные функции

Строение оперона

Опероны состоят из промоторной области, оператора и структурных генов. В начале и конце оперона находятся регуляторные области: в начале — промотор, в конце — терминатор. Эти элементы может иметь в своем составе и каждый отдельно взятый цистон.

Функции оперона

Опероны участвуют в процессах синтеза полипептидов, необходимых для усвоения определенных питательных веществ. Опероны являются стимулом для того, чтобы в клетке живого организма начали вырабатываться необходимые ферменты. Например, фермент лактаза, за который отвечает оперон Lac, расщепляет молочный сахар. Оперон Trp способствует выработке ферментов, синтезирующих аминокислоту триптофан. 

Оперон и транскриптон как единицы транскрипции

Оперон является видом транскриптона, но может присутствовать только у прокариотов. Транскриптоны эукариот содержат, как правило, только один ген. В прокариотических клетках транскрипторные единицы содержат несколько генов и производят  полицистронные мРНК. В результате их трансляции рибосомы синтезируют необходимый белок. 

Когда происходит включение оперона

Механизм выработки клеткой определенного фермента включается только при попадании вещества в культурную среду. Для включения оперона и начала экспрессии нужного гена необходимо наличие индуктора. 

Процесс регуляции своевременного включения оперона обозначается понятием индукция. Если в клетке наблюдается недостаток синтезирующего вещества, то индуктор придает белку-регулятору способность присоединяться к оператору, либо препятствует присоединению белка-репрессора. Способ индукции зависит от того, какое вещество находится в среде. Каждый из них по-своему включает нужные участки ДНК.

Когда в клетке наблюдается избыток полипептида, индуктор включает аттенуацию, процесс регуляции оперона путем репрессии стимулятора. Транскрипция гена прекращается, и фермент больше не синтезируется.

Как найти длину оперона

Оперон является участком ДНК, поэтому для вычисления его длины необходимо знать количество нуклеотидов, входящих в его состав. Длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм. Нужно умножить их количество на указанное число.