공통 프로모터 오페론

공통 프로모터 오페론

오페론

원핵생물에서는 어떤 특정 대사 경로의 효소들을 암호화하고 있는 유전자들이 종종 단체로 조절됩니다. 즉, 그 경로의 단백질들을 암호화하고 있는 유전자들이 서로 가까이 함께 존재하면서 공통 프로모터의 조절을 받습니다. 이런 유전자 집단을 오페론이라고 부릅니다. 일반적으로 그 유전자들이 항상 전사되는 것은 아닙니다. 그보다는 유도인자라고 하는 적절한 물질이 있으면 이런 단백질들이 합성이 유발됩니다. 이런 현상을 유도라고 합니다. 유도성 단백질들 중, 특히 잘 알려진 예가 E.coli의 효소인 B-갈락토시데이스입니다.

억제인자 작용 양상

 

이당류인 락토오스는 B-갈락토시데이스의 기질입니다. 이 효소는 락토오스를 구성하는 단당류인 갈락토오스와 글루코오스 사이의 글라이코사이드 결합을 가수분해합니다. E.coli는 락토오스만을 유일한 탄소원으로 사용하여 생존할 수 있습니다. 그렇게 하려면, 박테리아는 락토오스 분해의 첫 단계를 촉매하는 B-갈락토시데이스가 필요합니다. 락토오스가 있을 때에만, B-갈락토시데이스의 생산이 일어나며, 글루코오스와 같은 다른 탄소원이 있을 때에는 일어나지 않습니다. 락토오스의 대사물질인 알로락토오스가 실질적인 유도인자이고, B-갈락토시데이스는 유도성 효소입니다.

 

B-갈락토시데이스는 구조 유전자인 lacZ에 의해 암호화되어 있습니다. 구조 유전자란 오페론의 생화학적 경로에 관여되어 있는 유전자 산물들을 암호화하고 있는 유전자입니다. 또 다른 두 가지 구조 유전자들이 이 오페론을 구성하고 있습니다. 하나는 lacY로서, 이것은 락토오스를 세포 안으로 들어갈 수 있게 해주는 효소인 락토오스 투과 효소를 암호화하고 있습니다.  또 하나는 lacA인데, 아세틸전이효소라고 하는 효소를 암호화하고 있습니다. 이 아세틸전이효소의 존재 목적은 밝혀져 있지 않지만, 일부 사람들은 이 효소의 역할이 락토오스 투과효소를 통해 세포 안으로 들어올 수도 있는 어떤 항생제들을 불활성화시키는 것이라고 생각하고 있습니다. 이 구조 유전자들의 발현도 역시 조절 유전자인  lacI의 조절을 받고 있는데, 이 조절 유전자의 작동 양상이야말로 lac 오페론 메커니즘에서 가장 중요한 부분입니다.

 

조절 유전자는 억제인자라는 단백질의 생산을 담당하고 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이, 억제인자는 구조 유전자의 발현을 저해합니다. 유도인자가 있으면, 이러한 억제작용이 일어나지 않습니다.  lac 오페론이 발현되지 않도록 하는 어떤 물질이 존재하지 않는 한 lac 오페론이 발현되므로, 이것은 음성적 조절의 한 예가 됩니다.

 

lacI  유전자에 의해 만들어지는 억제인자 단백질은 번역되고 나면 4량체를 형성합니다. 그 다음에 이 억제인자 단백질은 작동 유전자라고 부르는 오페론의 한 부분과 결합합니다. 억제인자가 작동 유전자와 결합하면, 구조유전자의 발현을 촉진시키는 인접한 프로모터 지역에 RNA 중합효소가 결합할 수 없습니다. 작동유전자와 프로모터는 함께 조절 부위를 구성합니다.

 

유도 작용이 일어날 떼에는 유도인자가 억제인자와 결합함으로써, 작동 유전자와 결합할 수 없는 불활성화된 억제인자가 만들어 집니다. 억제인자가 더 이상 작동유전자와 결합할 수 없기 때문에, 이제 RNA 중합효소는 프로모터와 결합할 수 있으며, 구조 유전자들의 전사와 번역이 일어날 수 있습니다. lac 오페론에서는 lacI 유전자가 구조유전자들 옆에 인접해 있지만, 반드시 그럴 필요성이 있는 것은 아닙니다.

[-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌