lac operon

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Lac operon是講. 沒有glucose時, E coli (細菌)如何使用lactose (不能糖解成ATP), 來產生能量

E coli 用lac operon genes當開關

情況一: 當環境有很多glucose時, 不需要用到lactose阿, 所以會block lactose相關enzyme的製造 (反正用不到)

情況二: 當環境沒有很多glucose時, 就需要用到lactose了, 所以會開啟lactose相關enzyme的製造

情況一

當環境有很多glucose時, 不需要用到lactose阿, 所以會block lactose相關enzyme的製造 (反正用不到)

所以當環境有很多glucose時, promoter上游的 lacI gene 會製造出lac repressor protein, 然後lac repressor protein會bind operator region (在promoter下游), 這樣就佔位了, RNA polymerase就沒有辦法bind operator region (RNA polymerase要bind operator region之後才能轉錄lacZ, lacY, lacA genes)

(即使環境同時有 glucose 跟lactose,只要glucose > lactose還是會關閉lactose, 只用glucose, 因為用glucose比較有效率產生ATP)

情況二: 當環境沒有很多glucose時, 就需要用到lactose了, 所以會開啟lactose相關enzyme的製造

首先, lactose代謝物 (allolactose) 可以跟本來bind在operator的 lac repressor protein結合, 讓lac repressor protein可以離開operator region, 那就可以空出位子讓RNA polymerase可以bind operator region, 就能轉錄lacZ, lacY, lacA genes

然後持續在轉錄lacZ, lacY, lacA genes, 直到lactose用光了, 當lactose<glucose (或缺乏lactose) , 沒有lactose代謝物 (allolactose) bind lac repressor protein了, 那lac repressor protein就會再次獲得自由, 回來bind在operator (佔位不讓RNA polymerasebind在operator ), 那就不能轉錄lacZ, lacY, lacA genes了 (反正也不需要, 因為沒有lactose了嘛)

另外一個部分

雖然當glucose, 有lactose時, 沒有lac repressor protein佔位,  RNA polymerase就可以 bind 在operator, RNA polymerase就可以轉錄lacZ, lacY, lacA genes

但是其實RNA polymerase bind DNA的效率不是這麼好 (口訣:畢竟他是RNA polymerase, 不是DNA polymerase(?)), 所以 RNA polymerase轉錄lacZ, lacY, lacA genes 製造出mRNA的效率不是這麼好, 所以雖然有做出mRNA然後之後再做出 protein, 但是不夠, 不足以有效率發酵lactose

所以我們需要另一個人幫忙, 那個人叫 CAP (catabolite activator protein)

CAP的活性不是由 lactose調控, 而是由環境的glucose濃度調控

所以當環境只有很少glucose, 一個enzyme叫adenylate cyclase, adenylate cyclase可以把ATP環化成cyclic, cAMP.

cAMP 可以binds to CAP, 改變CAP的形狀, 讓CAP可以 bind lac operon region上游的DNA sequence, (不會卡住 RNA polymerase bind的lac repressor protein, 所以不會影響RNA polymerase的作用, 只是幫助RNA polymerase作用)

當CAP bind lac operon region上游的DNA sequence, 那bind在lac operon region的RNA polymerase就可以作用的更加有效率, 可以轉錄更多lacZ, lacY, lacA genes, 這樣就可以增加製造lacZ, lacY, lacA蛋白質, lacZ, lacY, lacA蛋白質就可以更好的代謝 lactose

所以可以把CAP 想成一個 glucose sensor.

當 glucose levels 低,(代表身體需要更多使用lactose作為能量來源) CAP 可以幫助RNA polymerase作用, 促進更多 lactose protein transcription出來

當 glucose levels 高, (代表身體不需要使用lactose作為能量來源,反正glucose很多而且glucose產生能量效率更高), CAP 就不會被活化, (因為要glucose低才會活化adenylate cyclase), 那就不會促進lactose protein transcription出來

參考資料: osmosis影片