一個典型的操縱子
操縱組 (英語:operon ,又稱操縱子 或操縱元 )是共同调控相关功能的基因簇,包括一個操縱基因 (operator),及一個或以上的結構基因 被用作生產信使RNA (mRNA)的基元,受一個單一的啟動子 控制[ 1] 。首个被發現操縱子是乳糖操縱子 ,由方斯華·賈克柏 及賈克·莫諾 於1961年發現。
操縱子是與調節子 及刺激子 有關:操縱子包含了一組受操縱基因調節的基因,調節子包含了一組受單一調節蛋白質 的基因,而刺激子則包含一組受單一細胞調節的基因。[來源請求]
最初,操纵子被认为仅存在于原核生物 中,但自从1990年代初发现真核生物 中的第一个操纵子以来[ 2] [ 3] ,已经出现了更多的证据表明它们比以前假设的更常见[ 4] 。通常,原核操纵子的表达导致产生多顺反子mRNA,而真核操纵子导致单顺反子mRNA。
操纵子也存在于病毒如噬菌体 [ 5] [ 6] 。例如,T7噬菌体 有两个操纵子。
作為轉錄的基元
操縱子包含一個或以上的結構基因 ,這個結構基因會被轉錄 成為一個多基因性 的mRNA 。一個單一的mRNA分子會為多於一個蛋白質 編碼。在結構基因上游的是啟動子 序列,能給核糖核酸聚合酶 (RNA聚合酶)提供結合位點及引發轉錄。在啟動子附近的是一組DNA 稱為操縱基因 。操縱子亦會包含調控基因 ,如阻遏基因 能為調控蛋白質編碼,使之與操縱基因結合及阻止轉錄。調控基因未必是操縱子的一部份,但是位於基因組 的某一處。阻遏基因會到達操縱基因阻礙結構基因的轉錄。
原核生物 的一个转录区段可视为一个转录单位,也称作操纵子。
啟動子
一個啟動子是一組DNA 序列能使一個基因 進行轉錄。啟動子是由RNA聚合酶 所確認,並且引發轉錄。在RNA的合成中,啟動子是一種方法區分哪一個基因用作製造mRNA ,及進而控制細胞 製造哪一種蛋白質 。
操縱基因
操縱基因是DNA 的一段能調控與操縱子連結的結構基因 的活動,這種調控是透過獨特阻遏基因 或活躍基因 的相互作用。這是一個調控過程將基因 「關掉」或「開啟」。
基因調節
控制操縱子基因 是屬於基因調節 的一種,能使生物 調控不同基因對環境條件的表現。操縱子調節可以是負向或正向的。負向調節涉及與阻遏基因 與操縱基因的結合,以阻止轉錄 。
在負向可誘導操縱子中,一個調節的阻遏蛋白質一般會與操縱基因結合,並阻止操縱子中基因的轉錄。若存在著一個誘導物 分子,它會與阻遏基因結合,並改變它的構造,使它不能與操縱基因結合。這可以使操縱基因的轉錄發生。
在負向可阻遏操縱子中,操縱子的基因轉錄一般都會發生。阻遏蛋白質會由調控基因 所產生,但它們卻不能夠與操縱基因結合。但是,某些稱為共同抑制物的分子可以與阻遏蛋白質結合,並改變它的構造,使得它能與操縱基因結合。活躍化的阻遏蛋白質會與操縱基因結合,並阻止轉錄。
操縱子亦可以是正向調控的。當存在正向調控時,活躍蛋白質會與DNA 結合(一般是在非操縱基因的位點)而引發轉錄。
在正向可誘導操縱子中,活躍蛋白質一般不能與適切的DNA結合。但是,某些基底分子可以與活躍蛋白質結合,並改變它的構造,使之能與DNA結合及令轉錄進行。
在正向可阻遏操縱子中,活躍蛋白質一般都會與適切的DNA段結合。但是,某些分子可以與活躍基因結合,以阻止它與DNA的結合,從而阻止轉錄的發生。
乳糖操縱子
模式生物 大腸桿菌 的乳糖操縱子是首先被發現的操縱子,亦提供了操縱子功能的典型例子。它包含了三個相連的結構基因 、啟動子 、終結子 及操縱基因 。乳糖操縱子是由多種因素,包括葡萄糖 及乳糖 的存在來調控的。
操縱子數量及組織的預測
操縱子的數量及組織可以從大腸桿菌 的研究中得知。預測可以基於基因組 序列。
其中一個方法是使用不同讀架 中基因 間的距離作為基因組中操縱子數量的主要預測工具。這個分隔只會改變讀架及確保讀數的效能。在操縱子開始及結束的地方有較長的延伸,一般可以是40-50鹼基對 。[ 7]
若考慮分子 的機能類,操縱子的預測則更準確。細菌 會團集牠的讀架成單元,隱藏在蛋白質複合物、共同途徑、或分享的底物 及運載物中。因此,若有著所有這些資料及數據,預測會更準確,但這實際上是一項艱深的工作。
参见
参考文献
^ Sadava, David; et al. Life: The Science of Biology 9th. Macmillan. 2009: 349 [2016-12-18 ] . ISBN 978-1-4292-1962-4 . (原始内容存档 于2020-07-28).
^ Spieth, J.; Brooke, G.; Kuersten, S.; Lea, K.; Blumenthal, T. Operons in C. Elegans: polycistronic mRNA precursors are processed by trans-splicing of SL2 to downstream coding regions. Cell. 1993, 73 (3): 521–532. PMID 8098272 . doi:10.1016/0092-8674(93)90139-H .
^ Brogna, S.; Ashburner, M. The Adh-related gene of Drosophila melanogaster is expressed as a functional dicistronic messenger RNA: Multigenic transcription in higher organisms . The EMBO Journal. 1997, 16 (8): 2023–2031. PMC 1169805 . PMID 9155028 . doi:10.1093/emboj/16.8.2023 .
^ Blumenthal, T. Operons in eukaryotes. Briefings in Functional Genomics and Proteomics. 2004, 3 (3): 199–211. PMID 15642184 . doi:10.1093/bfgp/3.3.199 .
^ Definition of Operon . Medical Dictionary. MedicineNet.com. [30 December 2012] . (原始内容存档 于2014-02-28).
^ Displacements of Prohead Protease Genes in the Late Operons of Double-Stranded-DNA Bacteriophages . Journal of Bacteriology. 1 March 2004 [30 December 2012] . (原始内容存档 于2018-07-28).
^ Salgado, H; Moreno-Hagelsieb, G; Smith, T. F.; Collado-Vides, J. Operons in Escherichia coli: Genomic analyses and predictions . PNAS. 2000, 97 : 6652–6657 [2007-01-30 ] . (原始内容存档 于2006-09-27).
基础概念 基因架构 非遗传因素的影响 发育架构 遗传系统的进化 对发育的控制
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