Comment le lac Operon est-il réglementé?

L'expression génique est la synthèse d'une chaîne polypeptidique d'une protéine fonctionnelle basée sur les informations codées par un gène particulier. La quantité de la synthèse d'une protéine particulière peut être régulée par la régulation de l'expression du gène. L'expression différentielle de gènes peut être réalisée au cours des différentes étapes de la synthèse protéique. Cependant, la régulation de l'expression des gènes est différente dans les gènes eucaryotes et procaryotes. Lac l'opéron est un groupe de gènes responsables du métabolisme du lactose E. coli. La régulation de l'expression de lac L'opéron est obtenu en réponse aux taux de lactose et de glucose dans le milieu. La régulation de la lac l'opéron est utilisé comme premier exemple de la régulation des gènes procaryotes dans les études préliminaires de biologie moléculaire et cellulaire.

Zones clés couvertes

1. Qu'est-ce que la régulation de l'expression génétique?
      - Définition, régulation de l'expression génique
2. Qu'est-ce que le lac Operon?
     - Définition, structure et fonction des produits géniques
3. Comment le lac Operon est-il réglementé?
     - Lac repressor, CAP

Mots-clés: protéine activatrice de catabolite (CAP), E. coli, expression génique, glucose, lac opéron, répresseur lacustre, métabolisme du lactose

Qu'est-ce que la régulation de l'expression génétique?

La régulation de l'expression des gènes fait référence à un large éventail de mécanismes utilisés par la cellule pour augmenter ou réduire la production d'un produit génique particulier (une protéine ou un ARN). Il est atteint au cours des différentes étapes de la synthèse protéique décrites ci-dessous..

1. Niveau de réplication - Les mutations qui se produisent lors de la réplication de l'ADN peuvent entraîner des altérations de l'expression du gène.
2. Niveau transcriptionnel - La transcription d'un gène particulier peut être contrôlée par des répresseurs et des activateurs.
3. Niveau post-transcriptionnel - L’expression génique peut être réalisée au cours des modifications post-transcriptionnelles telles que l’épissage d’ARN.
4. Niveau translationnel - La traduction d'une molécule d'ARNm peut être contrôlée par divers processus tels que la voie d'interférence de l'ARN.
5. Niveau post-traductionnel - La synthèse d'une protéine peut être régulée au niveau post-traduction en contrôlant les modifications post-traduction.

Cependant, la régulation de l'expression des gènes chez les procaryotes est principalement réalisée lors de l'initiation de la transcription. Cela implique les activateurs qui régulent positivement l'expression des gènes et les répresseurs qui régulent négativement l'expression des gènes. La régulation de l'expression des gènes à différentes étapes de la synthèse de la protéine est montrée dans Figure 1.

Figure 1: Régulation de l'expression des gènes

Quel est Lac Opéron

le lac L'opéron fait référence à un groupe de gènes responsables du métabolisme du lactose chez E. coli. D'où le lac l'opéron est une unité fonctionnelle du E. coli génome. Tous les gènes de la lac les opérons sont contrôlés par un seul promoteur. Par conséquent, tous les gènes de l'opéron sont transcrits ensemble. Les produits géniques sont les protéines responsables du transport du lactose dans le cytosol de la cellule et de la digestion du lactose en glucose. Le glucose est utilisé dans la respiration cellulaire pour produire de l'énergie sous forme d'ATP. le lac l'opéron peut également être présent dans de nombreuses autres bactéries entériques. La structure du lac l'opéron est montré dans Figure 2.

Figure 2: Lac Opéron

le lac l'opéron est composé de trois gènes contrôlés par un seul promoteur. Ces gènes sont lacZ, de dentelle, et la CA. Ces gènes sont codés pour les trois enzymes impliquées dans le métabolisme du lactose, appelées bêta-galactosidase, bêta-galactoside perméase et bêta-galactoside transacétylase, respectivement. La bêta-galactosidase est impliquée dans la décomposition du lactose en glucose et en galactose. La perméase bêta-galactoside est intégrée dans la membrane cellulaire, permettant ainsi le transport du lactose dans le cytosol. La bêta-galactoside transacétylase est impliquée dans le transfert d'un groupe acétyle de l'acétyle Co-A vers le bêta-galactoside. La transcription de la lac Operon produit une molécule d'ARNm polycistronique qui produit les trois produits géniques à partir d'une seule molécule d'ARNm. En général, le lacZ et de dentelle les produits géniques suffisent au catabolisme du lactose.

En plus de ces trois gènes, lac l'opéron est composé d'un certain nombre de régions régulatrices différentes protéines peuvent se lier pour contrôler la transcription. Les séquences régulatrices clés dans le lac Les opérons sont le promoteur, l'opérateur et le site de liaison de la protéine activatrice de catabolite (CAP). le promoteur sert de site de liaison pour l'ARN polymérase, l'enzyme responsable de la transcription des gènes. le opérateur sert de site de régulation négative auquel le lac le répresseur se lie. le Site de liaison CAP sert de site régulateur positif auquel la PAC se lie.

Comment est la Lac Operon réglementé

La régulation de l’expression des gènes dans les gènes procaryotes se fait par le biais de opérons inductibles dans lesquels différents types de protéines se lient, activant ou réprimant la transcription de l'opéron en fonction des besoins de la cellule. Lac l'opéron est un opéron inductible. Il permet l'utilisation du lactose, un disaccharide, dans la production d'énergie en le convertissant en glucose qui peut être facilement utilisé dans la respiration cellulaire, lorsque le glucose n'est pas disponible pour la cellule. le lac L'opéron est régulé dans les états «éteindre» et «allumer» en fonction de la présence de glucose dans la cellule. le lac Le répresseur est responsable du mode "éteindre" du lac l'opéron alors que CAP est responsable du mode "allumer" du lac opéron.

Lac Répresseur

le lac répresseur se réfère à un capteur de lactose, qui bloque la transcription de la lac l'opéron en présence de glucose. L'utilisation du glucose dans la respiration cellulaire nécessite moins d'étapes dans la production d'énergie par rapport au lactose. Par conséquent, lorsque le glucose est disponible dans la cellule, il est facilement décomposé dans les voies cellulaires pour produire de l'énergie. De plus, lorsque le glucose est utilisé dans la respiration, il convient d’éviter l’utilisation du lactose à cette fin, afin d’obtenir une efficacité maximale de la respiration cellulaire. Dans cette situation, le blocage de la transcription de la lac l'opéron est obtenu par la liaison du répresseur lac à la région de l'opérateur du lac opéron. Généralement, la région opérateur chevauche la région promotrice. Par conséquent, lorsque le lac répresseur se lie à la région de l’opérateur, l’ARN polymérase est incapable de se lier à la région du promoteur car la région du promoteur complète n’est pas disponible. Lorsque le glucose est facilement disponible dans la cellule et que le lactose n’est pas disponible, le lac répresseur se lie étroitement à la région de l'opérateur, inhibant la transcription de la lac opéron. La régulation de la lac l'opéron est montré dans figure 3.

Figure 3: Régulation de la Lac Opéron

Catabolite Activateur Protéine (CAP)

La protéine CAP fait référence à un répresseur de glucose qui active la transcription de la lac opéron. Lorsque la cellule est à court de glucose et que le lactose est facilement disponible dans le cytosol, le lac le répresseur perd sa capacité à se lier à l'ADN. Par conséquent, il flotte hors de la région de l'opérateur, rendant la région du promoteur disponible pour la liaison à l'ARN polymérase. Lorsque le lactose est disponible, certaines des molécules sont converties en allolactose, un petit isomère de lactose. La liaison de l'allolactose à la lac Le répresseur provoque son relâchement de la région de l'opérateur. Par conséquent, l’allolactose sert d’inducteur, déclenchant l’expression de la lac opéron. De plus, le lac l'opéron est considéré comme un opéron inductible.

Cependant, l'ARN polymérase seule est incapable de se lier parfaitement à la région promotrice. Par conséquent, le CAP contribue à la liaison étroite de l'ARN polymérase au promoteur. Il se lie au site de liaison de la CAP en amont du promoteur. La liaison de la CAP à l’ADN est régulée par une petite molécule connue sous le nom de AMP cyclique (AMPc). Le cAMP sert de signal de faim émis par E. coli en l'absence de glucose. La liaison de l'AMPc à la CAP modifie la conformation de la CAP, permettant ainsi la liaison de la CAP au site de liaison de la CAP au lac opéron. Cependant, l'AMPc est présent dans la cellule lorsque les taux de glucose sont très bas à l'intérieur de la cellule. Par conséquent, l'activation du lac l'opéron ne peut être obtenu que lorsque le glucose n'est pas disponible pour la cellule. En conclusion, l'activation du lac l'opéron peut être obtenu lorsque le glucose n'est pas disponible et que le lactose est disponible à l'intérieur de la cellule. Lorsque le glucose et le lactose sont absents dans la cellule, le lac le répresseur reste contraignant pour le lac opéron, empêchant la transcription de l'opéron.

Glucose	Lactose	Mécanisme	Règlement
Absent	Présent	CAP se lie au site de liaison CAP	Expression de lac opéron
Présent	Absent	lac le répresseur se lie à la région de l'opérateur	Suppression de lac opéron

Conclusion

le lac L'opéron est un opéron inductible dans lequel les protéines nécessaires au métabolisme du lactose sont présentes dans des grappes de gènes. Par conséquent, la transcription de la lac l'opéron produit une molécule d'ARNm polycistronique capable de synthétiser de multiples produits géniques. le lac l'opéron n'est exprimé qu'en absence de glucose et en présence de lactose à l'intérieur de la cellule pour la respiration cellulaire. le lac le répresseur se lie à la région opérateur du lac l'opéron lorsque le glucose est facilement disponible et que le lactose n'est pas disponible. Le CAP se lie à l'opérateur du lac l'opéron, aidant la transcription lorsque le glucose n'est pas disponible et que le lactose est facilement disponible. Par conséquent, la cellule devient capable d’utiliser le lactose dans la respiration cellulaire pour produire de l’énergie..

Courtoisie d'image:

1. “Contrôle de l'expression génique” Par ArneLH - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. «Lac operon1" (domaine public) via Commons Wikimedia
3. "Lac opéron" (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia

Référence:

1. “Régulation du gène procaryote.” Lumen / Boundless Biology, disponible ici.
2. “L'opéra lac.” Khan Academy, disponible ici.
3. «Lac Operon: Régulation de l'expression des gènes chez les procaryotes.» Biologie, classes de Byjus, 21 novembre 2017, disponible ici..