포도당이 있고 젖당도 있는 상황에서는 젖당 오페론이 작동하지 않나요?
안녕하세요. 젖당 오페론의 경우에는 젖당이 존재할 때 젖당이 억제자의 구조적 변화를 유발하여서 오페론이 작동할 수 있다고 알고 있는데, 포도당이 있고 젖당도 있는 상황에서는 젖당 오페론이 작동하지 않나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 세균의 젖당 오페론은 두가지 신호에 의해서 조절되는데요, 우선 lac 오페론에는 억제자 단백질이 프로모터 앞의 operator에 결합해 전사를 막고 있습니다. 세포 안에 젖당이 들어오면 이 젖당이 억제자 단백질에 결합하여 구조적 변화를 유도하며 그 결과 억제자가 DNA에서 떨어져나가고, RNA 중합효소가 프로모터에 접근할 수 있는 상태가 됩니다. 즉, 젖당은 억제 신호를 해제하는 역할을 합니다.
반면에 세균은 에너지원이 여러 개 있을 때 가장 효율적인 포도당을 먼저 사용하는데요 따라서 포도당이 충분할 경우, 세포 내 cAMP 농도가 낮아집니다. lac 오페론이 강하게 발현되기 위해서는 cAMP–CAP 복합체가 프로모터 상류에 결합해 RNA 중합효소를 안정화시켜야 하는데, 포도당이 많으면 이 신호가 약해지기 때문에 따라서 젖당이 있어 억제자가 떨어져 있어도, 포도당이 있으면 오페론의 전사는 제대로 활성화되지 못하는 것입니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
포도당과젖당이 동시에 존재하면 젖당오페론은 거의 발현되징낳거나 매우 약하게만 발현됩니다.
이는 포도당이 세포내 cAMP농도를 낮춰서 CAP 단백질이 프로모터에 결합하지 못하게만들면서 RNA 중합효소의 결합이 약해지기 때문입니다.
그래서 젖당은 억제자를 비활서오하시켜도, 포도당이 있는한 오페론발현은 효율적으로 이루어지지 않게됩니다.
감사합니다.
아닙니다, 포도당이 존재할 경우 젖당 오페론은 거의 작동하지 않습니다. 대장균은 포도당을 젖당보다 에너지원으로 선호하며, 포도당이 존재할 경우 젖당 분해 효소를 만드는 것은 에너지 낭비이기 때문입니다. 이러한 현상을 이화물질 억제라고 합니다. 포도당이 있으면 세포 내의 cAMP(고리형 AMP) 농도가 낮아지고, 이로 인해 cAMP-CAP 복합체가 형성되지 않아 RNA 중합효소가 프로모터에 효과적으로 결합하지 못해 전사가 활성화되지 않습니다.
네, 맞습니다. 포도당과 젖당이 모두 존재하는 상황에서는 젖당 오페론이 거의 작동하지 않습니다.
왜냐하면 포도당이 더 효율적인 에너지원이기 때문에, 대장균이 포도당을 먼저 사용하도록 진화했기 때문입니다.
사실 젖당 오페론이 억제자에 의한 음성 조절 외에도 활성인자에 의한 양성 조절을 동시에 받습니다.
음성 조절의 경우 젖당이 있을 때 억제자 단백질이 작동자에서 떨어져 전사가 가능해집니다. 반면 양성 조절은 포도당 농도가 높으면 활성인자인 CAP가 비활성화되어 RNA 중합효소의 전사를 돕지 못하게 됩니다.
결과적으로, 젖당이 억제자를 비활성화시키더라도, 포도당의 존재로 인해 활성인자가 제 역할을 못하므로 전사율이 매우 낮아지는 것입니다.