Lespromoteurs sont une région de l'ADN où les protéines se lient pour transcrire le gène.
Qu'est-ce que l'opéron lac ?
L'opéron lac est un groupe de gènes avec un seul promoteur qui codent pour des protéines permettant d'utiliser le lactose, dont la structure chimique est présentée dans la figure 1 ci-dessous, comme source d'énergie pour les bactéries entériques. Les bactéries entériques sont des bactéries que l'on trouve dans les intestins. Rappelle-toi que les bactéries préfèrent utiliser le glucose comme carburant, donc pour que l'opéron lac s'active, il faut qu'il n'y ait pas de glucose disponible pour elles.
Figure 1. Structure chimique du lactose. Source : Wobble via commons.wikimedia.org
Tu as probablement entendu parler des problèmes liés à la présence d'Escherichia coli dans les aliments et qui rendent les gens malades, mais savais-tu que l 'E. coli est en fait un élément important du tractus intestinal de ton corps ? Il existe différentes souches d'E. coli, certaines étant utiles et d'autres nuisibles. Les souches nocives sont celles qui infectent les gens et causent des problèmes tels que la diarrhée, des problèmes avec les reins et le système nerveux, et la mort. Dans notre corps, les E. coli utiles nous aident à digérer et à nous protéger des microbes nuisibles. Les scientifiques ont également réussi à donner diverses protéines à l'E. coli en dehors du corps afin de récolter différentes protéines utilisées dans les médicaments humains, comme l'insuline.
Fonction de l'opéron Lac
Comme le glucose est beaucoup plus facile à décomposer que le lactose, l'opéron lac ne se met en marche que s'il n'y a pas de glucose et seulement du lactose ! Pour déterminer quand il doit s'activer, l'opéron lac contient deux protéines régulatrices qui fonctionnent comme des capteurs. Le répresseur lac est capable de détecter la quantité de lactose, et la protéine activatrice de catabolite (CAP) est capable de détecter la quantité de glucose. Le répresseur lac et la CAP sont tous deux liés à l'ADN de l'opéron lac et participent à la transcription en fonction de la quantité de lactose et de glucose.
Inducteur de l'opéron lac
Les inducteurs sont de petites molécules capables d'activer des gènes ou des opérons. L'inducteur de l'opéron lac est l'allolactose, un isomère du lactose, ce qui signifie que la présence d'allolactose est capable d'activer l'opéron lac. Le lactose peut être converti en allolactose, et l'allolactose peut se lier au répresseur et changer sa forme, ce qui l'empêche de se lier à l'ADN (Fig. 2).
Lesisomères sont des composés qui ont la même formule chimique, mais dont les atomes sont disposés différemment. Le lactose et l'allolactose sont des exemples d'isomères.
Figure 2. Comparaison des structures du lactose et de l'allolactose. Source : Wobble via commons.wikimedia.org
Régulation de l'opéron Lac
Il existe deux principales parties régulatrices de l'opéron lac: le répresseur lac et la protéine activatrice de catabolite (CAP).
Le répresseur lac est une protéine qui empêche la transcription de l'opéron lac. Il se lie à l'opérateur, qui recouvre partiellement le promoteur et empêche l'ARN polymérase de se lier au promoteur. Le répresseur lac est lié à l'opérateur lorsque le lactose n'est pas présent, mais lorsque le lactose est présent, il ne peut plus se lier à l'opérateur, ce qui permet à l'ARN polymérase de commencer la transcription. Il est important de noter que le gène lacl, qui aide à la transcription du répresseur lac, est continuellement activé et fait partie d'un promoteur différent et non de l'opéron lac.
L'ARN polymérase ne se lie pas aussi bien que prévu au promoteur, elle a donc besoin du CAP pour l'aider en se liant à une région de l'ADN à côté du promoteur. Le CAP lié à côté du promoteur aidera l'ARN polymérase à se lier au promoteur. Le gène du CAP se trouve dans le chromosome bactérien et n'est pas situé à proximité de l'opéron lac, mais il est constamment "activé", de sorte que le CAP est toujours en mesure de surveiller les niveaux de glucose. Le CAP n'est pas toujours capable de se lier à l'ADN et est plutôt régulé par l'AMP cyclique (AMPc). E. coli utilise l'AMPc comme signal lorsque les niveaux de glucose sont bas, et l'AMPc est capable de changer la forme du CAP afin de lui permettre de se lier à l'ADN.
N'oublie pas que les niveaux d'AMPc dépendent de la quantité de glucose qui peut être transportée dans la cellule. Si les niveaux de glucose sont élevés, les niveaux d'AMPc sont faibles. Si les niveaux de glucose sont faibles, les niveaux d'AMPc sont élevés.
Structure de l'opéron Lac
Il y a trois gènes dans l'opéron lac, lacZ, lacY et lacA. Ces gènes ont chacun des fonctions différentes mais sont considérés comme un seul ARNm car ils ont un seul promoteur. lacZ utilise une enzyme, la β-galactosidase, pour transformer le lactose en monosaccharides glucose et galactose. lacY utilise la protéine membranaire lactose perméase pour aider le lactose à pénétrer dans la cellule. lacA utilise l'enzyme transacétylase pour attacher des groupes chimiques à des molécules cibles.
Outre les trois gènes, l'opéron lac contient également le promoteur, l'opérateur et le site de liaison CAP. Le promoteur est l'endroit où l'ARN polymérase, l'enzyme qui effectue la transcription, est capable de se lier. L'opérateur est lié à la protéine répresseur lac et recouvre partiellement le promoteur. Si la protéine répresseur lac recouvre le promoteur, l'ARN transcriptase ne peut pas se lier au promoteur. Le site de liaison CAP est l'endroit où le CAP se lie, et lorsqu'il est là, il aide l'ARN polymérase à se lier au promoteur.
Schéma de l'opéron Lac
Comme tu peux le voir dans la figure 3 ci-dessous, elle montre les trois gènes utilisés dans l'opéron lac et les scénarios dans lesquels il est ou n'est pas activé.
Figure 3. Schéma de l'opéron lac. Source : G3pro via commons.wikimedia.org
Opéron lac - Points clés
- L'opéron lac gère l'utilisation du lactose par les bactéries pour obtenir de l'énergie.
- Les opérons sont des groupes de gènes gérés par un promoteur.
- L'inducteur de l'opéron lac est l'allolactose.
- L'opéron lac est régulé par le répresseur lac et la protéine activatrice de catabolite (CAP).
- Les parties les plus importantes de l'opéron lac sont les trois gènes lacA, lacY et lacZ, ainsi que le promoteur, l'opérateur et le site de liaison de la CAP.
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