Um operon é uma unidade funcional de DNA que agrupa genes que operam sob o sinal do mesmo promotor , uma seção de DNA que dispara sua transcrição . Os genes são, portanto, transcritos em RNA mensageiro juntos e contribuem para o desempenho da mesma função fisiológica . Portanto, ou todos os genes de um operon são transcritos juntos ou nenhum é transcrito, pois estão todos sob o controle do mesmo promotor.
No entanto, eles parecem estar presentes principalmente em procariotos e nematóides .
Os operons foram descritos pela primeira vez por Paul Chauvin e Jacques Monod em 1960 . Um dos casos mais famosos é o operon da lactose , encontrado, por exemplo, na bactéria Escherichia coli .
Um operon é composto por 3 componentes principais:
• O promotor : é uma sequência de nucleotídeos que permite a transcrição do gene em mRNA. É reconhecido pela RNA polimerase que inicia a transcrição. Durante a síntese do RNA, o promotor indica qual gene deve ser expresso e, portanto, quais proteínas a célula deve produzir. Em um operon, é comum a todos os genes.
• O operador : é um segmento de DNA e / ou RNA mensageiro ao qual se liga um sinal químico (uma molécula reguladora). Pode ser um sinal repressor ou um sinal que ativa a transcrição (operador de DNA) ou a tradução (operador de RNA) dos genes do operon.
• Genes estruturais: são genes coordenados de forma coordenada pelo operador, ou seja, co-transcritos na forma de um RNA mensageiro policistrônico .
O gene regulador não é sistematicamente parte do operon em si, mas é essencial para seu funcionamento. Este gene codifica o sinal molecular que se liga ao operador. No entanto, pode estar espacialmente muito longe do operon no cromossomo.
O operon Trp envolve a justaposição de 5 genes, respectivamente EDCBA. A jusante deste último, há um Peptídeo Líder, um Operador e um Promotor, que são as sequências regulatórias do operon.
Operons repressíveis e operons induzíveis são exemplos de repressão genética negativa no nível transcricional. De fato, nesses dois tipos de operons, a ligação de um repressor de proteína ao operador do operon tem o efeito de bloquear sua transcrição em RNA.
• Operons reprimíveis
O repressor só é ativado quando se liga a outra molécula, chamada de corepressor. Na ausência de um corepressor, o repressor, portanto, não tem a estrutura espacial necessária para se ligar ao operador e o operon é então transcrito normalmente, os genes são expressos.
• Operons induzíveis
O repressor é naturalmente ativo e, portanto, inativa a transcrição do operon ligando-se ao operador deste último. A ligação de uma molécula chamada indutor com o repressor muda sua forma. O repressor, ligado ao indutor, então se desprende do operador e a transcrição do operon é ativada, seus genes são expressos.
Alguns operons também podem ser regulados positivamente por meio de uma proteína ativadora estimuladora. A proteína ativadora, quando ativa, liga-se à RNA polimerase e aumenta sua eficiência, permitindo maior transcrição em RNA e, portanto, maior expressão gênica. A proteína ativadora é geralmente inativa em seu estado natural e ativa apenas na presença de outra molécula com a qual se liga.
Em certos operons biossintéticos ( ou seja, enzimas codificadoras da mesma via biossintética ), a transcrição é regulada por um mecanismo de terminação precoce que ocorre a montante dos genes estruturais. Este mecanismo é denominado atenuação . Se ocorrer terminação por atenuação, o mRNA policistrônico não é transcrito. A terminação precoce é geralmente regulada pela concentração do produto da via biossintética (aminoácidos, nucleotídeos, etc.).
Certos operons são regulados no nível da tradução de mRNA policistrônico em proteínas. Este é, em particular, o caso dos operons que codificam as proteínas do ribossomo . Neste caso, o operador geralmente consiste em uma estrutura secundária na parte 5 'não traduzida do mRNA. A tradução dos diferentes cístrons pode então ser objeto de um acoplamento que permite coordenar a sua expressão.