Operons

คือกลุ่มของยีนที่มีหน้าที่คล้ายกันและมีการทำงานร่วมกันโดยมีการควบคุมโดย “on-off switch” สวิตช์นี้คือบริเวณของดีเอ็นเอที่เรียกว่า Operator ซึ่งปรกติจะอยู่ในส่วนที่เรียกว่า Promotor

โดย Operon นี้ใช้เรียกส่วนของบริเวณทั้งหมดของดีเอ็นเอที่ประกอบด้วย

(1) Operator,

(2) Promotor, และ

(3) ยีนที่มันควบคุม

Operon สามารถปิดได้ด้วยโปรตีนที่เรียกว่า repressor ซึ่งโปรตีน repressor นี้ป้องกันไม่ให้เกิด transcription ของยีนโดยจับเข้ากับส่วนที่เป็น operator และบล้อกเอนไซม์ RNA polymerase จากการจับกับดีเอ็นเอทำให้เอนไซม์ RNA polymerase จับกับดีเอ็นเอไม่ได้จึงไม่เกิดกระบวนการ transcription ซึ่งโปรตีน repressor นี้เป็นผลิตภัณฑ์ของยีนที่ทำหน้าที่ควบคุม (regulatory gene) ซึ่งอยู่ห่างออกไปจาก operon โปรตีน repressor เป็นได้ทั้ง active form และ inactive form ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของโมเลกุลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

ยกตัวอย่างเช่น E. coli สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโน tryptophan เมื่อกรดอะมิโนตัวนี้มีไม่เพียงพอ โดยปรกติแล้ว trp operon จะเปิดเพื่อให้ยีนที่สังเคราะห์กรดอะมิโนตัวนี้ได้ทำงาน แต่เมื่อเซลล์มีกรดอะมิโน tryptophan เพียงพอแล้ว โมเลกุลของกรดอะมิโนตัวนี้จะเข้าไปจับกับ trp repressor protein แล้วเข้าไปจับที่ operator ซึ่งจะทำให้ operon นี้ถูกปิด โปรตีน repressor ตัวนี้จึงทำงาน (active form) เมื่อมี co-repressor คือ tryptophan ดังนั้น operon นี้จะปิด (repressed) เมื่อระดับของกรดอะมิโนตัวนี้มีสูง

รูปที่ 2 trp operon ในแบคทีเรีย E. coli

Operon มีสองแบบคือ repressible และ inducible operons

• Repressible operon คือ operon ที่ปรกติจะเปิดไว้ มี transcription ปกติเพราะไม่มีโปรตีน repressor มาเกาะ ดังนั้นการจับของ repressor ที่ operator จะปิดการทำงานของการ transcription ซึ่ง trp operon เป็น operon ชนิดนี้

• Inducible operon คือ operon ที่ปรกติจะปิด โปรตีน inducer จับกับโปรตีน repressor ทำให้เกิด transcription เช่น lac operon ซึ่งปรกติ lac repressor จะทำงาน (repressor จับอยู่ที่ operator) และปิดการทำงานของ operon แต่เมื่อมีโมเลกุลของ inducer โมเลกุลของ inducer นั้นจะเข้าจับกับ repressor ทำให้โปรตีน repressor นั้นไม่ทำงานแล้วหลุดออกจาก operator จึงทำให้การถอดรหัสเกิดได้

รูปที่ 3 lac operon ใน E. coli

การควบคุมการแสดงออกของยีนเช่น trp และ lac operons เป็นการควบคุมแบบ negative control เนื่องจาก operons ถูกปิดด้วย repressor ที่เป็น active form