גנטיקה של אופרון

מערכת הוויסות הגנטית של אופרון, שנמצאת בחיידקים ובנגיפים שלהם, שבה גנים המקודדים לחלבונים הקשורים לתפקוד מקובצים לאורך ה- DNA. תכונה זו מאפשרת לשלוט על סינתזת החלבון באופן תיאומי בתגובה לצרכי התא. על ידי מתן האמצעים לייצור חלבונים רק מתי והיכן שהם נדרשים, האופרטון מאפשר לתא לחסוך באנרגיה (שהיא חלק חשוב מאסטרטגיית החיים של האורגניזם).

אופרון טיפוסי מורכב מקבוצה של גנים מבניים המקודדים לאנזימים המעורבים במסלול מטבולי, כמו ביוסינתזה של חומצה אמינית. גנים אלה ממוקמים ברצף על גבי רצועת DNA ונמצאים תחת שליטת מקדם אחד (קטע קצר של DNA שאליו נקשר פולימראז ה- RNA כדי להתחיל שעתוק). יחידה אחת של RNA messenger (mRNA) מועתקת מהאופרטון ומתורגמת לאחר מכן לחלבונים נפרדים.

המקדם נשלט על ידי גורמי רגולציה שונים המגיבים לרמזים סביבתיים. שיטה אחת רגילה לוויסות מתבצעת על ידי חלבון מווסת הנקשר לאזור המפעיל, שהוא קטע נוסף של DNA שנמצא בין המקדם לגנים המבניים. חלבון הרגולטור יכול לחסום שעתוק, ובמקרה זה מכונה חלבון מדכא; או כחלבון מפעיל זה יכול לעורר שעתוק. ויסות נוסף מתרחש באופרטונים מסוימים: מולקולה הנקראת גורם מניע יכולה להיקשר למדכא, ומפעילה אותו; או שמדכא לא יוכל להיקשר למפעיל אלא אם כן הוא קשור למולקולה אחרת, מדכא הקורופרס. חלק מהאופרטורים נמצאים תחת שליטת מגן, בהם מתחיל התעתיק אך הופסק לפני שתעתיק ה- mRNA. אזור היכרות זה של ה- mRNA נקרא רצף המנהיג; הוא כולל את אזור המפחת, שיכול להתקפל על עצמו, ויוצר מבנה גזע-לולאה החוסם את התקדמות פולימראז ה- RNA לאורך ה- DNA.

את תיאוריית האופרטון הוצע לראשונה על ידי המיקרוביולוגים הצרפתים פרנסואה ג'ייקוב וז'אק מונוד בראשית שנות השישים. במאמר הקלאסי שלהם הם תיארו את מנגנון הוויסות של אופרון הלאק של Escherichia coli, מערכת המאפשרת לחיידק להדחיק את ייצור האנזימים המעורבים במטבוליזם של לקטוז כאשר אין לקטוז.