Opéron

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Un opéron est un groupe de gènes comprenant un opérateur (accepteur de l'enzyme de transcription), un promoteur commun, et un ou plusieurs gènes structuraux qui sont controlés pour produire des ARN messagers (mRNA). Les operons sont présents principalement chez les procaryotes et les nématodes. Ils ont été décrits la première fois par François Jacob et Jacques Monod en 1961. La transcription des gènes structuraux a lieu sauf si un répresseur est lié à l'opérateur.

[modifier] Exemple de l'opéron lactose

Le métabolisme du lactose chez Escherichia coli nécessite la présence de 3 enzymes :

La β-galactosidase (hydrolyse le lactose en glucose et galactose) ;
La β-galactoside perméase, protéine membranaire, permet la pénétration des β-galactosides contre un gradient de concentration ;
La β-thiogalactoside acétyltransférase permettant à la cellule d'utiliser les thiogalactosides.

[modifier] Structure de l'opéron

L'opéron est constitué de :

3 gènes de structure :
- z codant pour la β-galactosidase (constitué de 3072 paires de bases) ;
- y codant pour la β-galactoside perméase (1251 pb) ;
- a codant pour la β-thiogalactoside acétyltransférase (609 bp).
1 gène régulateur :
- i codant pour le répresseur dont la forme active se place au niveau du gène o et dont la complexation avec le lactose change sa conformation (il ne peut plus se fixer au gène o ;
2 gènes de contrôle :
- p le gène promoteur où se fixe l'ARN polymérase ;
- o le gène opérateur non codant sur lequel peut se fixer la forme active du répresseur empêchant l'action de l'ARN polymérase : il contrôle les 3 gènes z, y et a.

[modifier] En absence de lactose

Figure 1 : Mécanisme de l'opéron lactose, en absence de lactose : les gènes z, y, a ne sont pas transcrits.

En absence de lactose, le gène régulateur i est transcrit en un ARN messager permettant la synthèse d'une protéine : le répresseur. Celui-ci est complémentaire du site opérateur (gène non codant o).

L'ARN polymérase se fixe sur le site promoteur p. La transcription des gènes z, y, a est impossible tant que l'opérateur est encombré par le répresseur. La synthèse des 3 protéines (enzymes) codées par ces 3 gènes est impossible : le métabolisme du lactose n'est pas possible.

[modifier] En présence de lactose

Figure 2 : Mécanisme de l'opéron lactose, en présence de lactose : les gènes z, y et a sont transcrits, le métabolisme du lactose peut avoir lieu.

Figure 3 : Structure chimique de l'allolactose : β-D-galactopyrannosyl (1->6) D-glucopyrannose.

Figure 4 : Courbe de croissance dans un milieu contenant deux glucides (par exemple : I : utilisation du glucose et II : utilisation du lactose).

Sans perméase, le lactose du milieu extérieur pénètre faiblement et se transforme en allolactose (figure 3), un isomère du lactose. L'allolactose forme avec le represseur un complexe le rendant incapable de se fixer sur le gène o opérateur (forme incative, figure 2).

L'ARN polymérase fixée sur le gène p promoteur peut alors commencer la transciption des gènes de structure z, y et a. Les enzymes nécessaire au métabolisme du lactose sont synthétisées.

[modifier] Phénomène de diauxie

La présence de l'opéron explique le phénomène de diauxie (figure 4)^[1]. Une population bactérienne mise dans un milieu de culture contenant deux sucres présente une courbe de croissance biphasique. Après une première phase de croissance exponentielle, la croissance s'arrète puis reprend à nouveau de façon exponentielle. Après avoir épuisé le premier sucre, la répression de l'opéron est levée et le second sucre peut être utilisé. La latence entre la phase I et II s'explique par le temps pris pour synthétiser les gènes de l'opéron.