젖당 오페론: 젖당을 이용한 구조유전자 발현

젖당 오페론

젖당 오페론은 단일 프로모터 즉, 단일 전령 리보핵산으로 전사되는 유전자 그룹입니다. 오페론의 유전자는 박테리아가 젖당을 에너지원으로 사용할 수 있도록 하는 단백질을 암호화합니다. 대장균의 젖당 오페론은 젖당 대사에 관여하는 유전자를 포함합니다. 젖당이 있고 포도당이 없을 때만 발현됩니다. 2개의 조절인자는 젖당 및 포도당 수준에 대한 반응으로 오페론을 켜거나 끕니다. 억제자는 젖당의 센서 역할을 합니다. 일반적으로 오페론의 전사를 차단하지만 젖당이 존재하면 억제인자 역할을 멈춥니다. 억제자는 이성질체인 알로락토오즈를 통해 간접적으로 젖당을 감지합니다. 이화산물 유전자 활성화 단백질(Catabolite activator protein)은 포도당 센서 역할을 합니다. 이것은 오페론의 전사를 활성화하지만 포도당 수치가 낮을 때만 활성화됩니다. 이화산물 유전자 활성화 단백질은 배고픔 신호 분자인 싸이클릭 아데노신 모노포스페이트(Cyclic adenosine monophosphate)를 통해 간접적으로 포도당을 감지합니다. 젖당은 대장균 박테리아에게 있어 좋은 에너지 공급원입니다. 그러나 포도당과 같은 물질을 사용할 수 없을 때만 젖당을 먹습니다.

 

오페론의 발현

대장균 박테리아는 젖당을 분해할 수 있지만, 대장균에게 젖당은 가장 좋은 연료는 아닙니다. 포도당이 주변에 있다면 포도당을 훨씬 더 많이 사용합니다. 포도당은 젖당보다 분해하는 데 더 적은 분해 단계를 거치며, 에너지도 더 적게 필요로 합니다. 그러나 젖당이 유일하게 이용 가능한 물질이라면 대장균은 곧바로 이를 에너지원으로 사용합니다. 젖당을 사용하려면 박테리아가 젖당 섭취와 대사를 위한 핵심 효소를 암호화하는 젖당 오페론 유전자를 발현해야 합니다. 가능한 한 효율적으로 대장균은 두 가지 조건이 충족될 때만 젖당 오페론을 발현시킵니다. 하나는 억제자라는 물질이 젖당 센서 역할을 합니다. 다른 하나인 이화산물 유전자 활성화 단백질은 포도당 센서 역할을 합니다. 이 단백질은 젖당 오페론의 디옥시리보핵산에 결합하고 젖당과 포도당 수준에 따라 전사를 조절하게 됩니다. 젖당 오페론에는 젖당 분해 유전자, 젖당 투과 유전자 및 아세틸기 부착 유전자의 세 가지 유전자가 있습니다. 이 유전자들은 하나의 프로모터의 제어 하에 단일 전령 리보핵산으로 전사됩니다. 젖당 오페론의 유전자는 세포가 젖당을 활용하는 데 도움이 되는 단백질을 만듭니다. 젖당 분해 유전자는 젖당을 해당 과정에 공급될 수 있는 단당류인 단일 단위의 당으로 분해하는 효소를 인코딩합니다. 유사하게, 젖당 투과 유전자는 젖당을 세포로 가져오는 데 도움이 되는 막 내장 수송체를 인코딩합니다. 이러한 3개의 유전자 외에도 젖당 오페론에는 많은 조절 디옥시리보핵산 서열이 포함되어 있습니다. 이들은 특정 조절 단백질이 결합하여 오페론의 전사를 제어할 수 있는 디옥시리보핵산의 영역입니다. 프로모터는 전사를 수행하는 효소인 리보핵산 중합효소의 결합 부위입니다. 작동자는 억제 단백질에 의해 결합된 음성 조절 부위입니다. 작동자는 프로모터와 중첩되며, 억제자가 결합되면 리보핵산 중합효소가 프로모터에 결합하지 못하고 전사를 시작할 수 없습니다. 이화산물 유전자 활성화 단백질의 결합 부위는 이화산물 유전자 활성화 단백질에 의해 결합되는 양성 조절 부위입니다. 이화산물 활성화 유전자 단백질이 이 부위에 결합하면 리보핵산 중합효소가 프로모터에 결합하는 것을 도와 전사를 촉진합니다. 다시 정리하자면, 이화산물 유전자 활성화 단백질은 은 리보핵산이라는 중합효소에 의한 젖당 오페론의 전사를 활성화하기 위해 싸이클릭 아데닌 모노 포스페이트에 결합해야 합니다. 이화산물 유전자 활성화 단백질은 끝 말단에 리간드 결합 도메인 및 시토신 말단에 디옥시리보핵산을 결합해주는 도메인을 지닌 전사 활성화제입니다. 싸이클릭 아데닌 모노포스페이트 분자는 이화산물 유전자 활성화 단백질에 결합하고 디옥시리보핵산에 대한 이화산물 유전자 활성화 단백질의 친화도를 증가시켜 알로스테릭 이펙터로 기능합니다.