Лактозный оперон

Примером индуцируемых генов (или генов с регулируемой транскрипцией) является Lac-оперон E. coli. Гены Lac-оперона ответственны за расщепление лактозы на моносахара, используемые в процессе клеточного метаболизма. Данная индуцируемая система включает: бактериальную ДНК, репрессор, мРНК, а также молекулу лактозы. В этой анимации показаны только два из трех белков, кодируемых Lac-опероном: ß-галактозидаза и пермеаза. Экспрессия генов может быть индуцирована появлением в клетке специфической молекулы-индуктора. В индуцируемой системе молекула репрессора препятствует экспрессии генов путем связывания с контролирующим регионом. Лактоза является индуктором Lac-оперона. Лактоза пассивно проникает в клетку E. coli и связывается с молекулой репрессора. Это связывание освобождает репрессор из контролирующего региона. После этого РНК полимераза может начать транскрипцию оперона. Здесь показаны два из трех генов Lac-оперона, транскрибируемых в мРНК. Затем рибосомы прикрепляются к мРНК и происходит трансляция белков. Первый из белков – это фермент ß-галактозидаза, которая расщепляет лактозу на два простых сахара. Второй белок – мембраносвязанная пермеаза. После внедрения в клеточную мембрану, пермеаза создает прямой путь для проникновения лактозы в клетку. Этот путь более эффективный, чем рассмотренный ранее пассивный транспорт. Поскольку трансляция продолжается, вновь синтезированные пермеазы также внедряются в мембрану. ß-галактозидаза расщепляет лактозу на простые сахара – глюкозу и галактозу. Когда концентрация лактозы значительно уменьшается, ее связь с репрессором распадается. Репрессор снова связывается с контролирующим регионом и экспрессия генов Lac-оперона прекращается. Рассмотренное здесь взаимодействие репрессора и индуктора, которое влияет на экспрессию генов, характерно для всех индуцируемых систем, таких как Lac-оперон.