If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Лактозен оперон

Преглед на регулацията на гените в лактозния оперон. Обсъждане на CAP, cAMP и lac репресор и алолактоза при регулацията на лактозния оперон.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

В това видео ще говорим за един от най-известните оперони – Lac оперонът. Той е част от генома на E. coli Това lac тук идва от лактоза. Можеш да се досетиш, че кодира гени, участващи в метаболизма на лактозата. Думата лактоза сигурно ти е позната. Това е захарта в млякото. Някои, в това число и аз, сме алергични към лактоза. Имаме проблем с разграждането ѝ. Затова имам малко смесени чувства към този въпрос. Но най-общо, за да я използва, клетката трябва да може да я абсорбира. Трябва да може да я разгражда на по-прости захариди, които да използва като гориво. И точно това кодират гените в Lac-оперона. Един пример: lac Z генът ето тук, кодира ензим, който подпомага разграждането на лактозата до по-прости захариди. Lac Y генът пък кодира ензим, който позволява преминаването на лактозата през клетъчните мембрани. Lac A е малко по-интересен и по-малко изучен. Но основната идея тук е, че тези три ензима са част от метаболизма и усвояването на лактоза. Тъй като това е оперон, тук ще имаме промотор, където се прикрепва РНК-полимеразата. Нарисувал съм и други участъци. Нарисувал съм оператора ето тук, където ще се свърже репресор, по-точно Lac репресор. А ето тук – този CAP участък – наименованието идва от катаболитен активатор протеин. Катаболитен. Катаболитен. Активатор. Активатор. Протеин. И това е мястото, където протеин, наречен катаболитен активатор протеин, може да се свърже и да играе ролята на активатор. Като изяснихме това, да си представим различните сценарии. Нека разгледаме сценарий, в който Ешерихия коли е в среда без лактоза. Какво мислиш, че се случва тук? Всички тези неща са много логични, ако допуснем, че много от организмите са доста пестеливи. Не искат да разхищават ресурси. Ако няма лактоза, защо да транскрибираме гените, които могат да бъдат преведени до ензими за метаболизма на лактозата? Ако няма лактоза – можеш да го вземеш за начално състояние ето тук – на практика имаш Lac репресор протеин, свързан към оператора. Това е Lac репресорът. Lac репресор, ето тук. И няма да можеш да презапишеш тези гени. РНК-полимеразата няма да може да свърши нищо. Няма да се случи транскрипция. Няма лактоза – няма транскрипция. Което е логично. Бактериите, или бактерията – ед.ч. няма да иска да хаби ресурси. Какво мислиш ще се случи, ако има лактоза? Ще оставя това тук, за да го виждаш. При наличието на лактоза, се досещаш, че този репресор вече не ти трябва. И наистина се случва точно това. Има изомер на лактозата, наречен алолактоза – ако лактозата е налице, ще имаш също и алолактоза ето тук. Това тук е алолактоза. Тя може да играе ролята на стартов агент за транскрипцията. Това става като се залепва за Lac репресора и той не може повече да се закача за участъка на оператора. Когато имаме алолактоза, тя ще се залепи за репресора и той ще напусне участъка оператор. Няма да може да се скачи. Нека го нарисувам. В този случай операторът, репресорът по-точно, операторът е мястото, където репресорът се свързва. Това ето тук е репресорът. Имаш някакво количество алолактоза. Това ще оцветя в бяло. Имаш алолактоза, която се залепва за репресора и поради това той няма да се свърже към оператора. И понеже не е закачен за оператора, РНК-полимеразата може да презапише тези гени. И това е ценно. Защото чрез транскрибиране на тези гени ще можем да обменяме тази лактоза. Така че при налична лактоза се осъществява транскрипция. Случва се транскрипция. Това е много схематично представяне на Lac-оперон. Има други участници – има други захари, например глюкоза, която клетката предпочита. Нека помислим какво ще се случи, ако имаме глюкоза, и какво ако нямаме. Нека го запиша тук. С глюкоза и без глюкоза. Всъщност първо ще видим какво става без глюкоза. Така, нямаме налична глюкоза. А, както казах, глюкозата е предпочитана пред лактозата. Тя е по-проста захар. Ако имаш глюкоза, защо да се занимаваш с лактозата? А в този случай имаме налична глюкоза. Ще разгледаме и двете ситуации: наличие на лактоза и липса на лактоза. Ако нямаме лактоза, тогава няма да имаме и алолактоза наоколо. Тогава ще имаме репресор, стоящ върху оператора. И няма да имаме никаква транскрипция. Това няма да зависи от това дали имаме или не глюкоза. Така че ще разгледаме случая без глюкоза и наличие на лактоза. Плюс лактоза. А тук имаме глюкоза плюс лактоза. Относно лактозата – казахме, че ако я имаме, ще имаме също така и алолактоза. И вече разгледахме този сценарий. Алолактозата се свързва с Lac репресора, и го спира да не се свърза към оператора. Тогава РНК-полимеразата може да извърши транскрипцията. Но не е само това. В ситуация без глюкоза ще вземе участие и CAP участъкът. Ще имаш активатор, който ще ускори всичко това, защото без наличие на глюкоза, наистина имаш нужда от тази лактоза. Има нещо наречено CAP. Нека го нарисувам. Катаболитен активатор протеин точно тук. Катаболитен активатор протеин. И в присъствието на цикличен АМФ (аденозинмонофосфат, дериват на аденозинтрифосфат) Това ето тук – цикличен АМФ. Ще срещаш това често в биологията. Това е катаболитният активатор протеин при наличие на цикличен АМФ. След малко ще разгледаме как цикличният АМФ е свързан с глюкозата. При наличие, ще се скачи с CAP участъка и ще активира още повече транскрипцията. В тази ситуация – без глюкоза и плюс лактоза, ще имаш още по-усилена транскрипция. Нека запиша това. Засилена транскрипция. Усилена транскрипция. Знам, че вероятно се питаш – аз се питах това в началото, когато ми казаха за цикличния АМФ. "Какво отношение има цикличния АМФ към глюкозата?" Няма да навлизам в големи детайли тук, но това, което трябва да знаеш, (и е съвсем логично) е, че ако имаш глюкоза... Нека го запиша така. Ако имаш висока концентрация на глюкоза, тогава производството на цикличен АМФ ще бъде потиснато. Следователно: ниска концентрация на цикличен аденозинмонофосфат. А ако имаш ниска концентрация на глюкоза или никаква, няма да се потиска производството на цикличен АМФ. Така че ще имаш висока концентрация на цикличен АМФ. Ако нямаш глюкоза или имаш ниска концентрация на глюкоза, сме в този сценарий тук. Ще имаш по-висока концентрация на цикличен АМФ, който може да се свърже с катаболитния активатор протеин, който от своя страна действа като активатор, за да ускори още повече транскрипцията на Lac-оперона. Още веднъж, защо това е важно? Ами, ако няма глюкоза или тя е малко, ще имаш нужда от лактоза. Тогава ще искаш да презапишеш тези гени колкото е възможно повече. А какво става в другата ситуация, където имаме глюкоза и лактоза? Както казахме, ако има лактоза, значи ще има алолактоза, която ще се свърже с Lac репресора По този начин той няма да може да се закачи за оператора. Тогава, пак казваме, РНК-полимеразата ще успее да извърши транскрипция. Но понеже имаш налична глюкоза, ще имаш ниска концентрация, ще запиша "малко", цикличен АМФ. А ако цикличният АМФ е малко или го няма, тогава той няма да може да се свърже с катаболитния активатор протеин. А той от своя страна няма да може да действа като активатор. Знам, че повтарям много от думите по няколко пъти. Така той няма да се свърже с участъка активатор, с CAP участъка. Това означава, че ще има по-малко транскрипция. По-малко транскрипция. Което отново е логично. Имаш глюкоза и лактоза. Клетката ще предпочете глюкозата. По-простата захар. Защо да губи ресурси? Имаш достатъчно енергия наоколо, значи ползвай директно глюкозата. Но ако нямаш глюкоза, тогава използвай повече ресурси, така че да можеш да усвоиш лактозата.