젖당 오페론이란?

1. 오페론

하나의 조절 부위에 의하여 통합적으로 전사가 조절되는 여러 개의 암호화 부위

1. 오페론은 3가지의 구성요소로 구성되어 있다.

(1) 프로모터 : 조절 부위 중 RNA 중합효소가 결합하는 부위

(2) 작동 부위( operator ) : 조절 부위 중 억제자( repressor )가 결합하는 부위

(3) 구조 유전자( structure gene ) : 기능을 하는 효소를 암호화한 유전자로 오페론 인접 부위에 존재한다.

2. 조절 유전자( regulator gene ) : 작동 부위에 결합하는 억제자를 암호화한 유전자로 오페론 인접 부위에 존재한다.

2. 유전자는 발현 조절 방식에 따라 크게 3종류로 구분한다.

1. 지속성 유전자( constitutive gene ) : 세포 내에서 지속해서 항상 발현되는 유전자로 구성 효소를 암호화한다.

2. 유도성 유전자( inducible gene ) : 주변 환경의 물질에 대한 반응으로 유전자가 발현되는 경우 이러한 현상을 유도라고 하며, 유도를 일으키는 물질을 유도자라 하고 이러한 유전자를 유도성 유전자라고 한다.

3. 억제성 유전자( repressive gene ) : 환경 신호의 반응으로서 항상 발현되던 유전자의 발현이 억제되는 경우 이러한 현상을 억제라고 하며, 이러한 유전자를 억제성 유전자라고 한다.

3. 대장균( E.coli )의 젖당 오페론( lac operon ) - 젖당 오페론의 구성

1. 젖당을 분해하는 과정에 필요한 세 효소를 암호화한 3개의 구조 유전자 부위

(1) Z 유전자( lac Z )

젖당을 포도당과 갈락토스로 분해하는 효소인 베타갈락토시다아제( β - galactosidase )를 암호화한다.

(2) Y 유전자( lac Y )

젖당을 세포 내로 보다 효율적으로 들여보내는 효소인 베타갈락토시드투과효소( β - galactoside permease )를 암호화한다.

(3) A 유전자 ( lac A )

티오갈락토사이드 아세틸전이효소( thiogalactoside transacetylase )를 암호화한다.

2. 프로모터

3. 작동 부위 : 조절 유전자인 lac I 유전자 산물인 억제자가 결합하는 자리

+ 젖당 오페론 가까운 곳에는 lac 억제물질( lac repressor )을 암호화한 조절 유전자의 암호화 부위와 이 암호화 부위를 조절하는 조절 부위가 존재한다.

4. 젖당 오페론의 음성적 조절

1. 젖당 오페론의 억제물질( 음성 조절 단백질 : negative regulation protein )의 특성

(1) lac 억제물질은 i 유전자에서 만들어지며, lac 오페론의 작동 부위와 잘 결합할 수 있다. lac 오페론의 작동 부위와 결합하게 되면 lac 오페론의 프로모터에 RNA 중합효소가 결합하지 못하게 하여 lac 오페론의 구조유전자가 전사되지 못한다.

(2) lac 억제물질은 젖당과도 결합할 수 있는데, lac 억제물질이 젖당과 결합하게 되면 lac 오페론의 작동 부위와 결합할 수 없게 되어 lac 오페론의 프로모터에 RNA 중합효소가 결합할 수 있게 되어 전사가 일어난다. 즉, 젖당이 유도자( inducer )로서 작용한다.

2. 젖당 오페론 프로모터의 특징

(1) 젖당 오페론의 프로모터는 RNA 중합효소와의 친화력이 약하기 때문에 lac 억제물질이 작동 부위에 결합하고 있지 않더라도 RNA 중합효소 단독으로는 전사가 잘 일어나지 못한다.

(2) CAP이라는 물질이 젖당 오페론의 프로모터 바로 상류에 결합하고 있으면, RNA 중합효소는 젖당 오페론의 프로모터와 잘 결합할 수 있게 되어 젖당 오페론의 구조유전자 전사가 활발히 일어나게 된다.

5. 젖당 오페론의 양성적 조절

1. 대사 활성자 단백질( catabolite activator protein : CAP ) 혹은 CRP( cAMP receptor )라 불리는 양성 조절 단백질이 관여한다.

2. 포도당의 농도가 낮을 경우, 세포 내 cAMP양이 증가하고 CAP은 cAMP와 결합하여 복합체를 형성하여 작용한다.