유도성 오페론: 젖당 분해효소 발현기제

젖당 억제인자

젖당 억제자는 젖당 오페론의 전사를 억제하는 단백질입니다. 프로모터와 부분적으로 겹치는 연산자에 바인딩하여 이를 수행합니다. 결합되면 젖당 억제자가 리보핵산 중합효소를 방해하여 오페론을 전사하지 못하게 합니다. 젖당을 사용할 수 없을 때 젖당 억제자는 작동자에 단단히 결합하여 리보핵산 중합효소에 의한 전사를 억제합니다. 그러나 젖당이 존재하면 젖당 억제인자가 디옥시 리보핵산에 결합하는 능력을 잃습니다. 이는 조작자로부터 떠내려가 리보핵산 중합효소가 오페론을 전사할 수 있는 길을 열어줍니다. 젖당 억제자의 이러한 행동은 젖당의 이성질체인 재배열된 버전인 소분자 알로락토즈에 의해 발생합니다. 젖당을 사용할 수 있게 되면, 일부 분자는 세포 내부에서 알로 락토즈로 전환됩니다. 알로락토즈는 젖당 억제자에 결합하여 더 이상 디옥시 리보핵산에 결합할 수 없도록 모양을 변경합니다. 알로락토즈는 유전자 또는 오페론의 발현을 유발하는 소분자인 인듀서의 한 예입니다. 젖당 오페론은 일반적으로 억제되어 유도성 오페론으로 간주되지만 유도제 알로락토즈가 있는 경우 켤 수 있습니다.

 

이화 활성제 단백질

젖당이 존재하면 젖당 억제자는 디옥시 리보핵산 결합 능력을 잃습니다. 이것은 리보핵산 중합효소가 프로모터에 결합하고 젖당 오페론을 전사를 시작할 수 있도록 해줍니다. 리보핵산 중합효소 단독으로는 젖당 오페론 프로모터에 잘 결합하지 못합니다. 약간의 전사체를 만들 수는 있지만, 이화 산물 활성화 단백질의 추가 도움을 받지 않는 한 작업을 수행하지 않습니다. 이화 산물 활성화 단백질은 젖당 오페론 프로모터 직전의 디옥시 리보핵산 영역에 결합하고, 리보핵산 중합효소가 프로모터에 부착되도록 도와 전사를 유도합니다. 이화 산물 활성화 단백질이 항상 활성 상태인 것은 아닙니다. 대신 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트(Cyclic adenosine monophosphate)라고 하는 작은 분자에 의해 조절됩니다. 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트는 포도당 수치가 낮을 때 대장균이 만드는 배고픔 신호입니다. 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트는 이화 산물 활성화 단백질에 결합하여 모양을 변경하고 디옥시 리보핵산에 결합하여 전사를 촉진할 수 있습니다. 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트가 없으면 이화 산물 활성화 단백질은 디옥시 리보핵산에 결합할 수 없으며 비활성화됩니다. 이화 산물 활성화 단백질은 포도당 수치가 낮을 때만 활성화됩니다. 즉, 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트 수치가 높을 때만 작용합니다. 따라서 젖당 오페론은 포도당이 없을 때만 높은 수준으로 전사될 수 있습니다. 이것은 박테리아가 선호하는 에너지원인 포도당을 모두 사용한 후에만 젖당 오페론을 켜고, 젖당 사용을 시작하도록 해줍니다. 정리하자면, 두 가지 조건이 충족되면 젖당 오페론이 높은 수준으로 발현됩니다. 포도당을 사용할 수 없어야 합니다. 포도당을 사용할 수 없으면, 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트가 이화 산물 활성화 단백질에 결합하여 이화 산물 활성화 단백질이 디옥시 리보핵산에 결합할 수 있도록 합니다. 결합된 이화 산물 활성화 단백질은 리보핵산 중합효소가 젖당 오페론 프로모터에 부착되도록 도와줍니다. 젖당을 사용할 수 있어야 합니다. 젖당을 사용할 수 있는 경우 젖당 억제자가 작업자로부터 방출됩니다. 이는 알로락토즈의 결합에 의한 것입니다. 이는 리보핵산 중합효소가 디옥시 리보핵산에서 앞으로 이동하고 오페론을 전사할 수 있게 합니다. 활성인자의 결합과 억제인자의 방출이라는 두 가지 사건이 결합되어, 리보핵산 중합효소가 프로모터에 강하게 결합하고 전사를 위한 과정을 시작합니다. 이들은 젖당 오페론의 전사와 젖당 이용에 필요한 효소 생산을 유도합니다.

 

젖당 오페론 마무리 정리

지금까지 젖당 오페론의 모든 부분을 보았으므로 젖당 오페론이 여러 다른 조건들, 예를 들어 포도당 및 젖당의 존재 또는 부재에 어떻게 반응하는지 알아보기 위해 정리해 보도록 하겠습니다.

• 포도당 존재, 젖당 없음: 젖당 오페론의 전사가 일어나지 않습니다. 이는 젖당 억제자가 작동자에 결합된 채로 남아 있고 리보핵산 중합효소에 의한 전사를 방지하기 때문입니다. 또한 포도당 수치가 높기 때문에 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트 수치가 낮으므로 이화 산물 활성화 단백질이 비활성화되어 디옥시 리보핵산에 결합할 수 없습니다.
• 포도당 있음, 젖당 있음: 젖당 오페론의 낮은 수준의 전사가 발생합니다. 유도제(알로락토즈)가 존재하기 때문에 젖당 억제인자가 작동자로부터 방출됩니다. 그러나 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트 수준은 포도당이 존재하기 때문에 낮습니다. 따라서 이화 산물 활성화 단백질은 비활성 상태를 유지하고 디옥시 리보핵산에 결합할 수 없으므로 전사는 낮은 수준의 누출 수준에서만 발생합니다.
• 포도당 없음, 유당 없음: 젖당 오페론의 전사가 발생하지 않습니다. 포도당 수치가 낮기 때문에 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트 수치가 높기 때문에 이화 산물 활성화 단백질이 활성화되어 디옥시 리보핵산에 결합됩니다. 그러나 젖당 억제인자는 또한 작동자에 여전히 결합되어 있습니다. 이는 알로락토즈가 없기 때문입니다. 리보핵산 중합효소에 대한 장애물로 작용하고 전사를 방지합니다.
• 포도당 없음, 유당 있음: 젖당 오페론의 강한 전사가 발생합니다. 유도제(알로락토즈)가 존재하기 때문에, 젖당 억제인자가 작동자로부터 방출됩니다. 포도당이 없기 때문에 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트 수준이 높아 이화 산물 활성화 단백질이 활성화되어 디옥시 리보핵산에 결합됩니다. 이화 산물 활성화 단백질은 리보핵산 중합효소가 프로모터에 결합하여 높은 수준의 전사를 가능하게 합니다.