오페론 (Operon) #

생물 내 모든 유전자가 항상 발현될 필요 없이 특정 시기에 특정 유전자가 발현되어 특정 물질만을 합성하는 것이 아무래도 효율적일 것이다. 특히 원핵 생물은 한 가지 물질대사에 관여하는 여러 효소의 유전자가 하나의 집단을 이루고 있으므로 이를 한꺼번에 조절할 수 있다.

오페론은 미생물 유전에서 발견된 것으로 구조유전자, 작동유전자, 촉진유전자, 조절유전자 등에 의하여 통일적으로 조절되어 있는 서로 이웃한 유전자군을 일컫는다.

오페론의 구성 #

• 조절유전자(regularoty gene) : 독자적인 프로모터를 가지고 있으며 억제유전자(repressor)를 암호화하며 항상 발현됨
• 촉진유전자(promoter) : RNA 중합효소가 인식하여 부착하는 DNA 서열로 구조유전자의 작동 개시점이 되는 부분임
• 작동유전자(operator) : 프로모터 내 혹은 프로모터와 구조유전자의 사이에 위치하여 RNA 중합효소가 유전자에 접근하는 것을 조절함
• 구조유전자(structural gene) : 단백질(효소) 구조를 결정하는 정보를 가진 유전자(DNA) 부분

작동 기작 #

조절유전자가 작동하여 억제유전자가 생성되면 그것이 작동유전자의 작동을 제어한다. 따라서 촉진유전자 및 구조유전자의 기능은 발현되지 않는다. 그러나 어떤 유도물질이 억제유전자에 작용하면 그것은 비활성화된다. 따라서 작동유전자가 작동하고 그것이 촉진유전자에 작용하여 구조유전자의 기능이 발현되어 여러 가지 효소가 만들어진다.

대표적인 오페론의 예 #

lac operon #

락토오스 오페론은 유전자의 표현 조절기구 중에서 가장 잘 알려진 것으로 Jacob, F. and J. Monod (1965 노벨상 수상)에 의해 제시되었다. lac operon은 락토오스를 유일한 탄소원으로 넣은 배지에 대장균을 배양하면 구조유전자가 발현되는 유도유전자 (inducible gene)이다. 락토오스는 2당류로서 한 분자의 글루코오스와 한 분자의 갈락토오스가 결합된 것이다. 배지에 단당류인 글루코스가 있으면 대장균은 이를 흡수하여 그대로 해당과정(glycolysis)으로 분해하여 이용할 수 있다. 따라서 락토오스 보다 이용하기 쉬운 물질이 있을 경우는 구조유전자가 표현될 필요가 없다. 그러나 탄소원으로 락토오스만 이용 가능한 조건에서는 락토오스를 단당으로 쪼개어 이용해야 하며 이를 위해 필요한 효소(enzyme)를 생산하여야 한다. 이러한 상황에서 유도 (induction) 상태로 전환된다.

trp operon #

트립토판은 대장균의 생존에 매우 중요한 아미노산이지만, 필요 이상으로 많이 만들 필요는 없다. trp 오페론은 이러한 트립토판 생성을 조절한다. trp 오페론은 억제인자가 작동자에 결합하여 트립토판의 생성을 억제하는 음성적 조절 오페론이다. trp 억제인자는 고농도의 트립토판을 신호로 하여 trp 오페론의 작동자에 결합해 trp 오페론을 억제한다. 그러나 trp 억제인자 그 자체로는 작동자에 결합할 수 없고, 보조 억제인자가 있을 때만 작동자에 결합헤 구조 유전자의 발현을 억제할 수 있다. trp 오페론에서 보조억제인자는 다름아닌 트립토판으로, 트립토판이 억제인자에 결합해 형태를 변화시킬 때만 억제인자는 작동자에 결합할 수 있다. 따라서 트립토판이 흘러 넘칠 때에만 trp 오페론이 억제되며 트립토판 농도가 낮아지면 억제는 풀리고 trp 오페론이 가동된다. 젖당이 존재할 때 작동했던 lac오페론과는 비슷하면서도 다른 방식이다.

출처(오페론:두산백과)