原核生物的基因調控

操縱子(operon)

/ OP-er-on /

想像一個開關接著一個房間裡所有的燈——按一下,整間屋子要麼一起亮、要麼一起黑。細菌常常把自己的基因接成同樣的樣子。當好幾個蛋白質都是為同一項工作所需——比方說一起消化某種特定糖的三種酶——把它們當作一個整體來控制,就比一個一個地控制更合理。操縱子正是如此:一簇接在同一個開關上的基因。

更確切地說,操縱子是細菌DNA上的一段,裡面含有幾個基因,它們從同一個共享的啟動子一起被轉錄成一條長長的RNA分子。沿DNA讀下去,你會依次看到:啟動子(RNA聚合酶結合以開始的地方)、操縱基因(一個短短的控制位點,作用像那個開關),然後是排成一列的結構基因。一個調控基因——往往在附近、卻單獨轉錄——編碼那個撥動開關的蛋白質。當操縱子開著時,聚合酶徑直穿過所有結構基因,產生一條轉錄本,載著這一組裡每個蛋白質的指令。於是細胞要麼造出整支隊伍、要麼一個都不造——這是協調那些協同工作的蛋白質的俐落辦法。

操縱子是原核生物基因組織方式的標誌,也是細菌如何把相關基因齊步開關的核心。乳糖操縱子和色胺酸操縱子是教科書上的範例。這個概念讓雅各布(François Jacob)和莫諾(Jacques Monod)贏得了諾貝爾獎,並給了生物學第一個清晰的基因調控模型。真核生物大多不用操縱子——它們的基因通常一個一個地轉錄——所以這種優雅的成簇做法基本上是細菌和古菌的把戲。

乳糖操縱子把三個基因——lacZ、lacY、lacA——裝在同一個啟動子和同一個操縱基因之下。把它打開,細胞一次性轉錄這三個,得到分解乳糖的酶、把乳糖運進來的轉運體,還有第三種酶,作為協調一致的一套。

一個開關,幾個基因——協調那些共擔一項工作的蛋白質。

操縱子在細菌和古菌中常見,在真核生物中卻罕見——真核基因通常各有自己的啟動子、被單獨轉錄。不要以為操縱子模型能照搬到人類的基因調控上。

又稱
operon system操纵元