2 types de système opératoire de la génétique Avantages de la régulation génique

Un opéron est une partie de matériel génétique (ou ADN) qui agit comme une seule unité régulée comprenant un ou plusieurs gènes de structure, un gène opérateur, un gène promoteur, un gène régulateur, un répresseur et un inducteur ou un corepresseur (provenant de l'extérieur). Les gènes opérateur, promoteur et régulateur constituent la région régulatrice.

Les systèmes opératoires sont courants dans les procaryotes. Le premier opéron LAS-opéron a été découvert par Jacob et Monad (1961). Plus tard, un certain nombre de ces opérons ont été découverts, par exemple, trp -operon, ara -operon, his-operon, vol -operon. Les opérons sont de deux types, inductibles et répressibles.

Courtoisie d'image: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

Système Opéron Inductible - Lac Opéron (Fig. 6.34):

Un système d'opéron inductible est une unité régulée de matériel génétique activée en réponse à la présence d'un produit chimique. Il comprend les parties suivantes:

Gènes structurels:

Ce sont ces gènes qui synthétisent réellement les ARNm. Un ARNm contrôle l'activité métabolique du cytoplasme par la formation de protéines ou d'enzymes sur les ribosomes. Un opéron a un ou plusieurs gènes de structure. Le lactose ou lac-opéron d'Escherichia coli contient trois gènes de structure (Z, Y, A).

Ils transcrivent une molécule d'ARNm polyacistronique qui aide à la synthèse de trois enzymes: la P-galactosidase pour hydrolyser le lactose ou le galactoside, le lactose ou le permactase de galactoside pour permettre l'entrée de lactose de l'extérieur et la thiogalactoside acétylase ou la transacétylase pour le traitement de substances toxiques métaboliques qui sont également autorisés perméase au lactose.

Les trois enzymes sont toutefois produites à différentes concentrations molaires. Un très faible niveau d'expression du lac-opéron et par conséquent de ses enzymes est toujours présent. L'entrée initiale du lactose dans la bactérie ne se produirait qu'en raison de cette activité.

Gène de l'opérateur:

C'est un gène qui contrôle directement la synthèse des ARNm sur les gènes structurels. Il est désactivé par la présence d'un répresseur. Un inducteur peut enlever le répresseur et activer le gène. Le gène dirige ensuite les gènes de structure à transcrire. Le gène opérateur de lac opéron est constitué de seulement 27 paires de bases.

Gène promoteur:

Il agit comme un signal d'initiation qui fait fonction de centre de reconnaissance de l'ARN polymérase à condition que le gène opérateur soit activé. L'ARN polymérase est liée au gène promoteur. Lorsque le gène opérateur est fonctionnel, la polymérase se déplace dessus et atteint les gènes structurels pour effectuer la transcription.

Gène régulateur (lac i-Gene):

Dans lac-opéron, il s'appelle i -gene car il produit un inhibiteur ou un répresseur. Le répresseur se lie au gène opérateur et arrête le fonctionnement de ce dernier. Il exerce un contrôle négatif sur le fonctionnement des gènes structurels.

Repressor:

C'est une protéine régulatrice synthétisée à tout moment (constitutivement) par le régulateur i-gène. Repressor est destiné à bloquer le gène opérateur de sorte que les gènes structurels ne puissent pas former d'ARNm. Il possède deux sites allostériques, l'un pour la liaison au gène opérateur et l'autre pour la liaison à l'inducteur.

Après être entré en contact avec l'inducteur, le répresseur subit un changement de conformation d'une manière telle qu'il est incapable de se combiner avec l'opérateur. Le répresseur du lactose ou du lac-opéron est une protéine ayant un poids moléculaire de 160 000. Il est composé de quatre sous-unités, chacune d’un poids moléculaire de 40 000.

Inducteur:

Il s'agit d'un produit chimique (substrat, hormone ou un autre métabolite) qui, après être entré en contact avec le répresseur, modifie celui-ci en un état non lié à l'ADN, libérant ainsi le gène opérateur. L’inducteur d’Escherichia coli pour le lac-opéron est le lactose (en réalité l’allolactose ou métabolite du lactose).

CASQUETTE:

C'est l'activateur appelé protéine activatrice catabolique. Il exerce un contrôle positif sur le lac-opéron car, en son absence, l'ARN polymérase est incapable de reconnaître le gène promoteur. Son gène est situé loin de l'opéron mais le site du récepteur CAP se situe à proximité du promoteur lac. Le CAP n'active les gènes lac que lorsque le glucose est absent.

L'ARN polymérase est reconnue par le gène promoteur. Il passe sur le gène opérateur libéré et catalyse ensuite la transcription des ARNm sur les gènes structurels. Les ARNm passent dans le cytoplasme et forment des protéines ou des enzymes particulières. Parmi les trois enzymes produites par lac-opéron, la lactose-perméase est destinée à amener le lactose à l'intérieur de la cellule. La-galactosidase (= lactase) divise le lactose en deux composants, le glucose et le galactose. L'enzyme comme la lactase ou (3-galactosidase) qui est formée en réponse à la présence de son substrat est souvent appelée enzyme inductible ou adaptative.

Les systèmes d'opéron inductibles apparaissent généralement dans les voies cataboliques. Toutefois, le lac-opéron ne fonctionnera pas indéfiniment malgré la présence de lactose dans l'environnement extérieur.

Il va cesser son activité avec l'accumulation de glucose et de galactose dans la cellule au-delà de la capacité de la bactérie à se métaboliser. Lac -operon est également sous contrôle de la régulation positive.

Système d'opération répressible (Fig. 6.35):

Le système d'opéron répressible se trouve couramment dans les voies anaboliques. L'opéron est actif et les enzymes produites par ses gènes structurels sont normalement présents dans la cellule. Le fonctionnement de l'opéron est arrêté lorsque la concentration d'un produit final dépasse une valeur seuil. Un exemple de système répressible est le tryptophane ou l'opéron trp d'Escherichia coli. Il a également été élaboré par Jacob et Monod et comprend les éléments suivants:

Gènes structurels:

Les gènes sont liés à la transcription des ARNm. Les ARNm traduisent leurs informations codées dans la synthèse de polypeptides. Les polypeptides donnent naissance à des substances protéiniques, notamment des enzymes. L'opéron tryptophane a cinq gènes de structure - trp E, D, С, B, A. Ils forment des enzymes pour cinq étapes de la synthèse du tryptophane.

Gène de l'opérateur:

Il contrôle le fonctionnement des gènes structurels. Normalement, il est maintenu allumé, car l'aporepresseur produit par le gène régulateur ne parvient pas à bloquer complètement le gène opérateur. Le gène opérateur est désactivé lorsqu'un corépresseur est disponible en même temps qu'un aporepresseur.

Gène promoteur:

C'est le site de liaison initiale de l'ARN-polymérase. Ce dernier voyage du gène promoteur aux gènes structurels à condition que le gène opérateur soit activé.

Autres composants de la région réglementaire:

Deux composants de la région régulatrice se situent entre le gène opérateur et le gène structural E. Ce sont la séquence leader (L) et l’atténuateur (A). La séquence leader est impliquée dans le contrôle de l'atténuateur. L'atténuateur aide à réduire la synthèse du tryptophane lorsqu'il est présent en quantité suffisante sans éteindre l'opéron.

Gène régulateur (trp R):

Il forme un composant protéique susceptible de bloquer l’activité du gène opérateur. Le gène régulateur de l'opéron tryptophane se situe à distance de l'opéron restant.

Aporepressor:

C'est une substance protéineuse synthétisée par le gène régulateur. Aporepressor forme un composant du répresseur pour bloquer le fonctionnement du gène opérateur. Pour cela, il faut un corepressor. Lorsque celui-ci n’est pas suffisamment puissant, le gène opérateur est maintenu activé car, en soi, l’aporepressor est incapable de bloquer le fonctionnement du gène opérateur.

Corepressor:

C'est un composant non protéique du répresseur qui est également un produit final des réactions catalysées par des enzymes produites par l'activité de gènes structurels. Le produit final est souvent utilisé dans une autre réaction de sorte qu'il s'accumule rarement et par conséquent ne fonctionne pas en tant que corepressor.

Cependant, chaque fois qu’il s’accumule ou devient disponible de l’extérieur, le produit final devient le corepressor, se combine avec l’aporepressor, forme un répresseur et bloque le gène opérateur.

Les gènes structurels arrêtent maintenant la transcription. Le phénomène est connu sous le nom de répression par rétroaction. Il exerce un contrôle négatif. Dans l'opéron tryptophane, le tryptophane (un acide aminé) fonctionne comme un corepressor.

Différences entre induction et répression:

Induction:

1. C'est l'activation d'un opéron qui reste normalement éteint.

2. L'induction est provoquée par un nouveau substrat qui doit être manipulé et métabolisé.

3. Il est généralement lié à une voie catabolique.

4. Le gène régulateur d'un opéron, susceptible de subir une induction, produit un répresseur qui bloque le gène opérateur.

5. L'induction est la suppression du répresseur d'un opéron par le métabolite inducteur.

6. L'inducteur est un substrat, une hormone ou son sous-produit.

7. Cela entraîne la transcription et la traduction.

Répression:

1. Il éteint un opéron qui reste normalement allumé.

2. La répression est causée par la formation accrue ou la disponibilité d'un métabolite.

3. La répression est principalement liée à une voie anabolique.

4. Le gène régulateur d'un opéron, susceptible de subir une répression, produit une partie du répresseur appelée aporepressor. Le même ne peut pas bloquer le gène opérateur.

5. La répression est le blocage du gène opérateur de l'opéron par un répresseur complexe formé par l'union d'un aporepresseur formé par le gène régulateur et le cépresseur, qui est en réalité un produit de la voie anabolique.

6. Le répresseur est un composé formé par un aporepresseur et un corepressor qui est généralement le produit final de la voie métabolique.

7. La répression arrête la transcription et la traduction.

Avantages de la régulation génique:

1. Un certain nombre de gènes apparentés requis pour une activité métabolique particulière peuvent être activés ou désactivés simultanément.

2. La régulation génique permet à la cellule d'ajuster le métabolisme en fonction des modifications et du développement de l'environnement.

3. Il est économique dans la mesure où il synthétise des enzymes uniquement lorsque cela est nécessaire.

4. La régulation des gènes contribue à la croissance et à la différenciation.

5. Il est utile de mener à bien les réactions en chaîne.