操纵子(operon)
/ OP-er-on /
想象一个开关接着一个房间里所有的灯——按一下,整间屋子要么一起亮、要么一起黑。细菌常常把自己的基因接成同样的样子。当好几个蛋白质都是为同一项工作所需——比方说一起消化某种特定糖的三种酶——把它们当作一个整体来控制,就比一个一个地控制更合理。操纵子正是如此:一簇接在同一个开关上的基因。
更确切地说,操纵子是细菌DNA上的一段,里面含有几个基因,它们从同一个共享的启动子一起被转录成一条长长的RNA分子。沿DNA读下去,你会依次看到:启动子(RNA聚合酶结合以开始的地方)、操纵基因(一个短短的控制位点,作用像那个开关),然后是排成一列的结构基因。一个调控基因——往往在附近、却单独转录——编码那个拨动开关的蛋白质。当操纵子开着时,聚合酶径直穿过所有结构基因,产生一条转录本,载着这一组里每个蛋白质的指令。于是细胞要么造出整支队伍、要么一个都不造——这是协调那些协同工作的蛋白质的利落办法。
操纵子是原核生物基因组织方式的标志,也是细菌如何把相关基因齐步开关的核心。乳糖操纵子和色氨酸操纵子是教科书上的范例。这个概念让雅各布(François Jacob)和莫诺(Jacques Monod)赢得了诺贝尔奖,并给了生物学第一个清晰的基因调控模型。真核生物大多不用操纵子——它们的基因通常一个一个地转录——所以这种优雅的成簇做法基本上是细菌和古菌的把戏。
乳糖操纵子把三个基因——lacZ、lacY、lacA——装在同一个启动子和同一个操纵基因之下。把它打开,细胞一次性转录这三个,得到分解乳糖的酶、把乳糖运进来的转运体,还有第三种酶,作为协调一致的一套。
一个开关,几个基因——协调那些共担一项工作的蛋白质。
操纵子在细菌和古菌中常见,在真核生物中却罕见——真核基因通常各有自己的启动子、被单独转录。不要以为操纵子模型能照搬到人类的基因调控上。