【難しい用語なし】ラクトースオペロンとは?【わかりやすく解説】

生物

 

悩んでいる人
悩んでいる人
  • ラクトースオペロンって複雑でよくわからない
  • ラクトースオペロンってなんのためにあるの?
  • グルコースがあるときと、ないときとか違うかよくわからない。

 

こんな疑問を解決します。

 

「ラクトースオペロン調節」の分野では、オペロンやプロモーター、リプレッサーやポリメラーゼなどいろいろな知識が出てきて、ごちゃごちゃしてしまいますよね。

 

本記事では、そのような難しい語句を出来るだけ使わず、「ラクトースオペロン調節」にわかりやすく解説していきます。

 

本記事の内容

  • ラクトースオペロンとは?
  • ラクトースオペロン調節について【難しい用語なし】
  • グルコースとラクトースがあるとはラクトースオペロンは利用できる?【応用編】

 

本記事を書いた僕は、生命科学を専攻とした大学院に在籍しています。

ラクトースオペロンとは?

 

ラクトースオペロンとは、大腸菌が栄養源としてラクトースを利用するオペロンのことをいいます。

 

大腸菌は普段は栄養源としてグルコースをつかっています。

 

しかし、周りにグルコースがなく、ラクトースしか使うことができないときに大腸菌はこのオペロンを利用します。

 

実際には大腸菌がラクトースを分解する酵素をつくって、ラクトースを分解します。

 

「ラクトース=グルコース+ガラクトース」なので、分解酵素で簡単にグルコースを調達できるというわけですね。

 

ラクトースオペロン調節について【難しい用語なし】

 

それでは「ラクトースオペロンの調節」について解説します。

 

押さえてほしいことは、大腸菌は「普段はグルコースを栄養源とするが、ゲルコースがないときはラクトースを使う」ことです。

 

なので、周りにグルコースがないときのラクトースオペロンの働きについて解説します。

 

以下の項目で解説していきます。

 

  • ラクトースがないとき(グルコースなし)
  • ラクトースがあるとき(グルコースなし)

 

一つずつ解説していきますね。

 

ラクトースがないとき(グルコースなし)

 

ラクトースがないとき、ラクトースオペロンは使うことができません。

 

そのメカニズム図で表すと、以下のとおりです。

 

 

リプレッサー(調節タンパク質)がオペレーターに結合して、ラクトースオペロンから転写ができないというわけですね。

 

 

Keito
Keito
  • リプレッサー→repress(抑制する)から派生
  • オペレーター→orerate(作動する)から派生

とういうようにすると、それぞれの働きが覚えやすいよ!

 

転写ができないことから、ラクトースオペロンを利用することができません。

 

ラクトースがあるとき(グルコースなし)

 

グルコースがない状態で、ラクトースが存在するとラクトースオペロンが利用されます。

 

そのメカニズムを図で表すと以下のとおりです。

 

 

具体的な流れは以下のとおり。

 

  1. ラクトースが存在すると、リプレッサーにラクトースの物質が結合する。
  2. リプレッサーからオペレーターが外れる
  3. ラクトースオペロンが転写できるようになる
  4. ラクトースオペロンが発現して、ラクトースを栄養源として利用できる

 

ラクトースオペロンが発現すると、ラクトース分解酵素がつくられて、ラクトースを分解できるようになるということですね。

 

グルコースとラクトースがあるとはラクトースオペロンは利用できる?【応用編】

 

結論からいうと、グルコースとラクトースがあるときは、ラクトースオペロンは利用することができません。

 

実は、ラクトースオペロンにはリプレッサー以外にも、CAP(cAMP activated protein)というタンパク質によっても調節されています。

 

その調節機構を図で表すと、以下のとおりです。

 

 

ラクトースオペロンを制御する流れは以下のとおり。

 

  1. グルコースが細胞内のcAMP(サイクリックAMP)濃度を下げる。
  2. CAPの活性化が抑制される
  3. 結果として、ラクトースオペロンが抑制される

 

グルコースがあれば、ラクトースオペロンを使う必要がないので、このような2重の調節機構があります。

 

まとめ

 

今回は以上です。

 

ラクトースオペロンは、「オペロン」「リプレッサー」「オペレーター」など、聞きなれない単語と、難しい調節機構でなかなか理解が難しいですよね。

 

本記事では、図を用いてわかりやすく解説致しました。

 

本記事を読んだうえで、普段の教科書や参考書を読んでみるとより理解が深まるかもしれません。

 

ぜひ、今後の勉強に役立ててください。

 

最後までありがとうございました。

 

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