Inligting

15: Positiewe en negatiewe beheer van geenuitdrukking - Biologie

15: Positiewe en negatiewe beheer van geenuitdrukking - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Operateurs

An operon is 'n groep van gekoördineerde gereguleerde gene. Dit sluit in strukturele gene (ensieme kodeer gewoonlik), regulatoriese gene (enkodering, bv. aktiveerders of onderdrukkers) en regulatoriese webwerwe (soos promotors en operateurs). Die tipe beheer word gedefinieer deur die reaksie van die operon wanneer geen regulatoriese proteïen teenwoordig is nie. In die geval van negatiewe beheer, word die gene in die operon uitgedruk tensy hulle deur 'n onderdrukkerproteïen afgeskakel word. Die operon sal dus konstitutief aangeskakel word (die gene sal uitgedruk word) wanneer die onderdrukker geïnaktiveer word. In die geval van positiewe beheer, word die gene slegs uitgedruk wanneer 'n aktiewe reguleerderproteïen, bv. 'n aktiveerder, teenwoordig is. Die operon sal dus afgeskakel word wanneer die positiewe regulatoriese proteïen afwesig of geïnaktiveer is.

Tabel 4.1.1. Positiewe versus negatiewe beheer

Kataboliese versus biosintetiese operone

Kataboliese weë kataliseer die afbreek van voedingstowwe (die substraat vir die pad) om energie, of meer presies ATP, die energie -geldeenheid van die sel op te wek. In die afwesigheid van die substraat,daar is geen rede dat die kataboliese ensieme teenwoordig is nie, en die operon wat dit kodeer onderdruk. In die teenwoordigheid van die substraat, wanneer die ensieme benodig word, is die operon veroorsaak of de-onderdruk.

Tabel 4.1.2. Vergelyking van kataboliese en biosintetiese operone
Operon enkodeerAfwesigheid vanEffekTeenwoordigheid vanEffek
kataboliese ensiemesubstraatonderdruksubstraatonderdruk (geïnduseerd)
biosintetiese ensiemeprodukveroorsaakprodukonderdruk

Die lac-operon kodeer byvoorbeeld die ensieme wat nodig is vir die opname (laktosepermease) en aanvanklike afbreek van laktose (die disakkaried b-D-galaktosiel-1->4-D-glukose) in galaktose en glukose (gekataliseer deur b-galaktosidase). Hierdie monosakkariede word afgebreek na laktaat (hoofsaaklik via glikolise, wat ATP produseer), en van laktaat na CO2 (via die sitroensuursiklus), wat NADH produseer, wat in die elektronvervoerketting invloei om meer ATP (oksidatiewe fosforilering) te produseer. Dit kan die energie verskaf vir die bakteriese sel om te lewe. Die aanvanklike ensieme (laktosepermease en b-galaktosidase) word egter slegs benodig, en slegs uitgedruk, in die teenwoordigheid van laktose en in die afwesigheid van glukose. In die teenwoordigheid van die substraat laktose word die operon aangeskakel, en in die afwesigheid daarvan word die operon afgeskakel.

Anaboliese, of biosintetiese, paaie gebruik energie in die vorm van ATP en reduseer ekwivalente in die vorm van NAD(P)H om die sintese van sellulêre komponente te kataliseer (die produk) van eenvoudiger materiale, bv. sintese van aminosure uit klein dikarboksielsure (komponente van die sitroensuursiklus). As die sel reeds baie van die produk het (in die teenwoordigheid van die produk), die ensieme wat die sintese daarvan kataliseer is nie nodig nie, en die operon wat hulle kodeer, word onderdruk. In die afwesigheid van die produk, as die sel meer moet maak, die biosintetiese operon word geïnduseer. Bv. die trpoperon kodeer die ensieme wat die omskakeling van chorismiese suur na triptofaan kataliseer. Wanneer die sellulêre konsentrasie van Trp (of Trp-tRNAtrp) hoog is, word die operon nie uitgedruk nie, maar wanneer die vlakke laag is, word die operon uitgedruk.

Induseerbare versus onderdrukbare operone

Induseerbaar operone word aangeskakel in reaksie op 'n metaboliet ('n klein molekule wat metabolisme ondergaan) wat die operon reguleer. Bv. die lac operon word geïnduseer in die teenwoordigheid van laktose (deur die werking van 'n metaboliese neweproduk allolaktose). Onderdrukbaar operone word afgeskakel as reaksie op 'n klein regulerende molekuul. Bv. die trpoperon word onderdruk in die teenwoordigheid van tryptofaan. Let daarop dat die terme in hierdie gebruik gedefinieer word deur die reaksie op 'n klein molekule. Alhoewel lac 'n induseerbare operon is, sal ons toestande sien waaronder dit onderdruk of geïnduseer word (via derepressie).

Tabel 4.1.3.

Kaart van die E. colilac operon

Figuur 4.1.1.

  1. Promotors = bl= bindingsplekke vir RNA-polimerase vanwaar dit transkripsie inisieer. Daar is afsonderlike promotors vir die lacIgeen en die lacZYAgene.
  2. Operator = o = bindingsplek vir onderdrukker; oorvleuel met die promotor vir lacZYA.
  3. Onderdrukker gekodeer deur lacIgeen
  4. Strukturele gene: lacZYA

lacZ kodeer b-galaktosidase, wat die diskcharied laktose in galaktose en glukose splits.

lacYkodeer vir die laktose -permease, 'n membraanproteïen wat die opname van laktose vergemaklik.

lacAkodeer vir b-galaktosied transasetilase; die funksie van hierdie ensieme in katabolisme van laktose word nie verstaan ​​nie (ten minste deur my)

C. Negatiewe beheer

Die lac operon is onder albei negatiewe en positiewe beheer. Die meganismes hiervoor sal afsonderlik oorweeg word.

1. In negatiewe beheer, die lacZYAgene word deur onderdrukker afgeskakel wanneer die induseerder afwesig is (wat 'n afwesigheid van laktose aandui). Wanneer die onderdrukker tetrameer gebind is o, lacZYAis nie getranskribeer nie en dus nie uitgedruk nie.

Figuur 4.1.2. Onderdruk lac operon

2. Wanneer induseerder teenwoordig is (wat die teenwoordigheid van laktose aandui), bind dit die onderdrukkerproteïen, waardeur die konformasie daarvan verander word, wat sy affiniteit vir o, die operateur. Die dissosiasie van die repressor-induseerkompleks laat toe lacZYAgetranskribeer te word en dus uitgedruk word.

Figuur 4.1.3. Induksie van die lac operon deur derepressie.

Opwekkers

Die natuurlike induseerder (of antirepressor), is allolaktose, 'n analoog van laktose. Dit word gevorm as 'n metaboliese byproduk van die reaksie wat deur b-galaktosidase gekataliseer word. Gewoonlik kataliseer hierdie ensiem die splitsing van laktose na galaktose + glukose, maar soms sal dit 'n isomerisering kataliseer om allolaktose te vorm, waarin die galakose gekoppel is aan C6 van glukose in plaas van C4.

A verniet inducer sal die operon induseer maar nie deur die gekodeerde ensieme gemetaboliseer word nie; daarom word die induksie vir 'n langer tyd gehandhaaf. Een van die algemeenste wat in die laboratorium gebruik word, is 'n sintetiese analoog van laktose, genaamd isopropylthiogalactoside (IPTG). In hierdie verbinding is die b-galaktosidiese binding aan 'n tiol, wat nie 'n doeltreffende substraat vir b-galaktosidase is nie.

E. Regulerende mutante

Regulerende mutasies beïnvloed die hoeveelheid van al die ensieme wat deur 'n operon gekodeer word, terwyl mutasies in 'n strukturele geen slegs die aktiwiteit van die gekodeerde (enkele) polipeptied beïnvloed.

Onderdrukker mutante

  • a. Wild-tipe stamme (lacI+) is induseerbaar.
  • b. Die meeste stamme met 'n defekte onderdrukker (laI-) is konstituerend, dit wil sê hulle maak die ensieme wat deur die lac operon gekodeer word, selfs in die afwesigheid van die induseerder.
  • c. Stamme met repressor wat nie in staat is om met die induseerder in wisselwerking te kom nie (lacIS) is nie-induseerbaar. Aangesien die induseerder nie kan bind nie, bly die onderdrukker op die operator en voorkom dit die uitdrukking van die operon, selfs in die teenwoordigheid van 'n induseerder.
  • d. Afleidings gebaseer op fenotipes van mutante
Tabel 4.1.4. Fenotipes van onderdrukkermutante
b-galaktosidasetransasetilase
Genotipe-IPTG+IPTG-IPTG+IPTGAfsluiting
I+Z+A+<0.1>100<1>100Induseerbaar
I+Z-A+<0.1><0.1><1>100lacZkodeer vir b-galaktosidase
I-Z+A+1001009090Konstitutief
I+Z-A+ /F' I-Z+A+<0.1>100<1>200Ek+ >ek- in trans
IsZ+A+<0.1><1><1><1>Nie-induceerbaar
IsZ+A+ /F' I+Z+A+<0.1>1<1>1Is>.Ek+ in trans
  1. Die wilde tipe operon kan veroorsaak word deur IPTG.
  2. 'n Mutasie in lacZbeïnvloed slegs b-galaktosidase, nie die transasetielase (of ander produkte van die operon nie), wat toon dat lacZis 'n strukturele geen.
  3. 'n Mutasie in lacIbeïnvloed dus beide ensieme lacIis 'n regulerende geen. Beide word uitgedruk in die afwesigheid van die induseerder, daarom word die operon konstitutief uitgedruk (die stam toon 'n konstitutiewe fenotipe).
  4. In 'n merodiploïede stam, waarin een kopie van die lac-operon op die chromosoom is en 'n ander kopie op 'n F'-faktor is, kan 'n mens toets vir dominansie van een alleel oor 'n ander. Die wilde-tipe lacI+is oorheersend oor laI-intrans. In 'n situasie waar die enigste funksionele lacZgeen is op dieselfde chromosoom as lacI-, die funksionele lacI veroorsaak steeds onderdrukking in die afwesigheid van induseerder.
  5. Die lacISallele is nie -induseerbaar.
  6. In 'n merodiploïed, die lacISalleel is dominant oor wilde-tipe in transs.

e. Die feit dat die produk van die lacIgeen is trans-werkend beteken dat dit 'n diffundeerbare molekule is wat op een chromosoom gekodeer kan word, maar op 'n ander inwerk, soos die F'-chromosoom in voorbeeld (d) hierbo. Trouens, die produk van die lacIgeen is 'n onderdrukker proteïen.

2. Operator mutante

a. Defekte in die operateur lei tot konstitutiewe uitdrukking van die operon, dus kan 'n mens isoleer operateur konstitutiewe mutasies, afgekort oc. Die wilde-tipe o+induseerbaar is.

b. Mutasies in die operateur is cis- toneelspel; hulle beïnvloed slegs die uitdrukking van strukturele gene op dieselfde chromosoom.

(1) Die merodiploïed ek+ocZ+/ek+o+Z- [dit is 'n afkorting vir lacI+oclacZ+/lacI+o+lacZ-] druk b-galaktosidase konstitutief uit. Dus oc is dominant aan o+ wanneer oc is in cisaan lacZ+.

(2) Die merodiploïed ek+ocZ-/ek+o+Z+ is induseerbaar vir b-galaktosidase uitdrukking. Dus o+ is dominant aan oc wanneer o+ is in cisaan lacZ+.

(3) Die alleel van odit is in cisna die aktiewe verslaggewergeen (d.w.s. op dieselfde chromosoom as lacZ+ in hierdie geval) is die een wie se fenotipe gesien word. So is die operateur cis-waarnemend, en na hierdie eiendom word verwys as cis-oorheersing. Soos in die meeste gevalle van cis-regulerende rye, dit is plekke op DNA wat nodig is vir regulering. In hierdie geval is die operateur 'n bindingsplek vir die trans-werkende onderdrukker proteïen.

Interaksies tussen operateur en onderdrukker

Volgorde van operateur

Die operateur oorvleuel die begin van die perseel van transkripsie en die promotor. Dit het 'n diade simmetrie gesentreer op +11. So 'n diadesimmetrie word algemeen gevind binne bindingsplekke vir simmetriese proteïene (die onderdrukker is 'n homotetramer). Die volgorde van DNS wat die operateur vorm, is gedefinieer deur die posisie van oC mutasies, sowel as die nukleotiede beskerm teen reaksie met, bv. DMS, na binding van die onderdrukker.

Figuur 4.1.4.

2. Onderdrukker

a. Suiwering

(1) Verhoog die hoeveelheid onderdrukker in die beginmateriaal met ooruitdrukking.

'N Wilde tipe sel het slegs ongeveer 10 molekules van die repressor tetramer. Isolasie en suiwering van die proteïen is grootliks gehelp deur die gebruik van mutante stam met up-promotor mutasies vir lacI, sodat baie meer kopieë van die proteïen in elke sel teenwoordig was. Hierdie algemene strategie van oorproduksie van die proteïen word wyd in suiweringskemas gebruik. Nou word die geen vir die proteïen in 'n uitdrukkingsvektor gekloon, sodat die gasheer (bakterieë in hierdie geval) 'n groot hoeveelheid van die proteïen maak - dikwels 'n aansienlike fraksie van die totale bakteriese proteïen.

(2) Bepalings vir onderdrukker

[1] Binding van radio-gemerkte IPTG (gratuitous inducer) aan onderdrukker

[2] Binding van radiogemerkte operateur-DNS-volgorde aan onderdrukker. Dit kan gemonitor word deur die vermoë van die proteïen-DNA-kompleks om aan nitrosellulose te bind (terwyl 'n radio-gemerkte mutantoperateur DNA-fragment, oc, plus onderdrukker sal nie bind nie). Elektroforetiese mobiliteitsverskuiwingtoetse sal nou in baie gevalle gebruik word.

[3]Hierdie vermoë van bepaalde reekse om met hoë affiniteit aan die verlangde proteïen te bind, word gereeld ontgin om die proteïen vinnig te isoleer. Die bindingsplek kan gesintetiseer word as dupleks oligonukleotiede. Dit word saamgebind om multimere te vorm, wat dan in 'n kolom aan 'n soliede substraat geheg word. Die gewenste DNA-bindende proteïen kan dan geïsoleer word deur affiniteitschromatografie, met behulp van die bindingsplek in DNA as die affiniteitsligand.

b. Die geïsoleerde, funksionele onderdrukker is a tetrameer; elk van die vier monomere is die produk van die lacI geen (dit is 'n homotetramer).

c. Die DNA-binding domeinvan die lac onderdrukker vou in 'n helix-draai-heliksdomein. Ons sal hierdie strukturele domein meer in hoofstuk III ondersoek. Dit is een van die mees algemene DNA-bindende domeine in prokariote, en 'n soortgelyke strukturele domein (die homeodomein) word gevind in sommige eukariotiese transkripsiereguleerders.

3. Kontakpunte tussen onderdrukker en operateur

a. Ondersoek van die kontakpunte tussen onderdrukker en die operateur het dieselfde tegnieke gebruik wat ons voorheen bespreek het vir die kartering van die bindingsplek van RNA-polimerase op die promotor, bv. elektroforetiese mobiliteitsverskuiwingtoetse (bind die DNA-fragment?), DNase-voetspore (waar bind die proteïen?) en metileringsinterferensietoetse (metilering van watter puriene sal binding verhoed?). Alternatiewe skemas sal 'n mens toelaat om plekke te identifiseer waar metilering óf voorkom óf versterk word deur die binding van die onderdrukker. Hierdie tegnieke verskaf 'n biochemiese definisie van die operateur = bindingsplek vir onderdrukker.

b. Die sleutelkontakpunte (sien Figuur 4.1.4.):

(1) is binne die diade simmetrie.

(2)val (in baie gevalle) saam met nukleotiede wat wanneer gemuteer tot konstitutiewe uitdrukking lei. Let daarop dat laasgenoemde 'n genetiese definisie van die operateur is, en dit val saam met die biochemies gedefinieerde operateur.

(3) is geneig om simmetries rondom die dyadas (+11) versprei te word.

(4) is grootliks op die een kant van die DNS-dubbelheliks.

c. Die gedeeltelike oorvleueling tussen die operateur en die promotor het aanvanklik 'n model van steriese inmenging voorgestel om die meganisme van onderdrukking te verduidelik. Solank 'n onderdrukker aan die operateur gebind was, kon die polimerase nie aan die promotor bind nie. Maar, soos in die volgende hoofstuk ondersoek sal word, is dit niedie geval. RNA polimerase kanbind aan die lacpromotor selfs wanneer onderdrukker aan die lac operateur. Die polimerase kan nie begintranskripsie wanneer dit naas die onderdrukker geplaas word.

4. Konformasieverskuiwing in onderdrukker wanneer induseerder bind

a. Die onderdrukker het twee verskillende domeine, een wat aan DNA bind ("kopstuk" wat die heliks-draai-heliks-domein bevat) en 'n ander wat aan die induseerder (en ander subeenhede) bind (genoem die "kern). Dit word verbind deur 'n " skarnier" streek.

b. Hierdie strukturele domeine kan onderskei word deur die fenotipes van mutasies wat daarin voorkom.

lacI-dverhoed binding aan DNA, lei tot konstitutiewe uitdrukking.

lacISverhoed binding van induseerder, lei tot 'n nie-induseerbare fenotipe.

c. Binding van induseerder aan die "kern" veroorsaak 'n allosteriese verskuiwing in die onderdrukker sodat die "kopstuk" nie meer 'n hoë affiniteitskompleks met die DNA kan vorm nie, en die onderdrukker kan dissosieer (gaan na een van die vele mededingende niespesifieke plekke ).

Positiewe beheer: 'kataboliet -onderdrukking'

1. Kataboliete onderdrukking

a. Selfs bakterieë kan kieskeurig wees oor wat hulle eet. Glukose is die voorkeur -bron van koolstof vir E coli; die bakterie sal die beskikbare glukose verbruik voordat alternatiewe koolstofbronne, soos laktose of aminosure, benut word.

b. Glukose lei tot onderdrukking van die uitdrukking van lacen 'n paar ander kataboliese operone. Hierdie verskynsel word genoem kataboliet onderdrukking.

2. Twee komponente is nodig vir hierdie vorm van regulering

a. kamp

[1]In die teenwoordigheid van glukose, verminder die [cAMP] binne die sel van 10-4 M tot 10-7 M. 'n Hoë [cAMP] sal katabolietonderdrukking verlig.

[2]cAMP-sintese word gekataliseer deur adenilaatsiklase (produk van die cyageen)

ATP ® cAMP + PPi

b. Katabolietaktivatorproteïen = CAP

[1] Produk van die kappiegeen, ook genoem crp(cAMP reseptor proteïen).

[2]Is 'n dimeer

[3]Bind cAMP, en dan bind die cAMP-CAP-kompleks aan DNA op spesifieke plekke

3. Bindplek vir cAMP-CAP

a. In die lac operon is die bindingsplek 'n gebied van ongeveer 20 bp wat net stroomop van die promotor geleë is, van -52 tot -72.

b. Die pentameer TGTGA is 'n noodsaaklike element in erkenning. Vir die lac operon is die bindingsplek 'n diade met daardie volgorde aan beide kante van die diade.

c. Kontakpunte tussen cAMP-CAP en die DNA is naby aan of val saam met mutasies wat die lacpromotor reageer nie meer op cAMP-CAP nie.

d. cAMP-CAP bind aan een kant van die heliks.

Figuur 4.1.5. Bindplek vir cAMP-CAP

4. Binding van cAMP-CAP aan sy plek sal doeltreffendheid van transkripsie-inisiasie by promotor verbeter

a. Die lacpromotor is nie 'n besonder sterk promotor nie. Die ry by -10, TATGTT, stem nie ooreen met die konsensus (TATAAT) op twee posisies nie.

b. In die teenwoordigheid van cAMP-CAP sal die RNA-polimerase transkripsie meer doeltreffend inisieer.

c. Die lacUV5 promotor is 'n up-promotor mutasie waarin die -10 streek ooreenstem met die konsensus. Die lac operon wat deur die UV5 promotor aangedryf word sal hoë vlak induksie bereik sonder cAMP-CAP, maar die wildtipe promotor benodig cAMP-CAP vir hoë vlak induksie.

Figuur 4.1.6. Regulerende gebied van lac operon, insluitend CAP -bindingsplek

5. Werkingswyse van cAMP-CAP

a. Direkte positiewe interaksie met RNA-polimerase. Die C-terminus van die a-subeenheid is nodig vir RNA-polimerase om deur cAMP-CAP geaktiveer te word. Dit sal in meer besonderhede in Hoofstuk 16 ondersoek word.

b. cAMP-CAP buig die DNA om 90o.

Figuur 4.1.7. DNS (bo-heliese struktuur) word deur die CAP-dimeer gebuig.

Sommige algemeenhede

  • Onderdrukkers, aktiveerders en polimerases interaksie hoofsaaklik met een kant van die DNA dubbelheliks.
  • Regulerende proteïene, soos aktiveerders en onderdrukkers, is dikwels simmetries en bind simmetriese volgordes in DNA.
  • RNA-polimerases is nie simmetries nie, en die promotors waaraan hulle bind is ook asimmetries. Dit verleen rigting aan transkripsie.

Regulering van geenuitdrukking in prokariote en eukariote

Kom ons doen 'n diepgaande studie van die regulering van gene-uitdrukking. Nadat u hierdie artikel gelees het, sal u leer oor 1. Regulering van gene -uitdrukking in prokariote en 2. Regulering van geenuitdrukking in eukariote.

Geen is 'n deel van DNA wat 'n proteïen/RNA spesifiseer. Al die proteïene/RNA word nie altyd deur die sel benodig nie. Sommige proteïene word een of ander tyd benodig en nog ander proteïene word op 'n ander tyd benodig. Boonop word hierdie proteïene tegelyk in mindere hoeveelhede benodig, maar op ander tye in groter hoeveelhede. Daar is nog 'n ander klas proteïene wat voortdurend (altyd) in die sel teenwoordig is, soos die ensieme van die TCA-siklus.

Daarom kan gene gerieflik onder twee klasse gegroepeer word:

1. Konstitutiewe gene:

Daardie gene waarvan die produkte voortdurend in die sel teenwoordig is, word konstitutiewe gene of huishoudelike gene genoem.

2. Induseerbare gene:

Daardie gene wie se produkte wissel met tyd en behoefte, beide in hul teenwoordigheid en konsentrasie, word induseerbare gene genoem of daardie gene wie se produkte (proteïene/RNA) deur een of ander induseerdermolekule in&geskei word. Die aktiwiteit van die konstitutiewe gene word nie gereguleer nie, aangesien hul produkte nie baie met die tyd wissel nie, terwyl die aktiwiteit van genereerbare gene altyd gereguleer word. Die regulasie is hoofsaaklik op die vlak van transkripsie. Die geen of 'n stel verwante gene word aangeskakel of afgeskakel volgens die behoefte van die sel. Hierdie veranderinge word deur sommige proteïene of modulator veroorsaak.

As 'n spesifieke proteïen/verbinding 'n geen in werking stel, word daardie proteïen stimulerende proteïen/verbinding genoem en die proses word positiewe regulering genoem. As 'n proteïen/verbinding die werking van 'n geen stop, word dit die onderdrukkerproteïen/verbinding genoem en na hierdie proses word verwys as negatiewe regulering, bv. 'n steroïedhormoon dien as 'n positiewe modulator, waarin die teenwoordigheid daarvan die tempo van geenuitdrukking verhoog.

Sodra die hormoon vernietig word, verminder die geenuitdrukking. Die meganisme van regulering, hoewel soortgelyk in die prokariote en eukariote, verskil dit in sommige aspekte. Daarom sal regulering van geenuitdrukking in prokariote en eukariote afsonderlik geneem word.

Regulering van geenuitdrukking in prokariote:

Baie prokariotiese gene word gereguleer in eenhede wat operone genoem word. Operon is eenheid van genetiese uitdrukking wat bestaan ​​uit een of meer verwante gene en volgordes (geen) wat hulle beheer, wat die operateur- en promotorvolgorde insluit wat hul transkripsie reguleer.

Dit is die operoon vir benutting en metabolisme van laktose in bakterieë.

Dit bestaan ​​uit die volgende stel gene:

Pek = Die promotorgeen vir regulatoriese gene

I = Die geen vir regulatoriese proteïen (repressorproteïen)

P = Die promotorvolgorde vir die verwante gene

O = Operatorvolgorde vir hierdie gene

Z = Die eerste geen vir benutting van laktose, wat die ensiem beta-galaktosidase vorm

Y = Die tweede geen vir die membraanproteïen galaktosiedpermease

A = Die derde geen vir die ensiem tiogalaktosied trans-asetilase

Hierdie volledige stel reekse (d.w.s. die operon) help om die masjinerie vir die benutting van die koolhidraat-laktose deur die bakterieë E. coli aan/af te skakel. Wanneer glukose teenwoordig is in die media waar die sel groei, dan word die lac operon afgeskakel en wanneer die medium sonder glukose is, en in plaas daarvan is laktose teenwoordig as die enigste bron van koolstof, dan word die Lac operon in werking.

Die transkripsie deur RNA-polimerase begin by die promotorplek, dit wil sê die ensiem bind aan die promotor en beweeg langs die DNA na die strukturele gene van die operon om die mRNA vir hierdie gene te transkribeer en in hierdie proses gaan dit deur die operateurgebied van die operon.

Onder alle omstandighede, dit wil sê of glukose of laktose deur die sel benut moet word, sintetiseer die I-geen van die lac-operon 'n proteïen genaamd onderdrukkerproteïen. Hierdie proteïen bind aan die operateurplek in die DNA en verhoed dus die beweging van die RNA-polimerase verby hierdie punt (plek), wat lei tot die inhibisie van die sintese van die strukturele gene Z, Y en A.

Dus, wanneer die sel glukose as die enigste koolstofbron gebruik, word die lac operon afgeskakel. Dan, as die sel oorskakel na die gebruik van laktose as die koolstofbron, word laktose eers omgeskakel na allolaktose deur die ensiem beta-galaktosidase (wat altyd in die sel in 'n paar kopieë teenwoordig is, ongeag glukose of laktose word gebruik. ), en hierdie allolaktose dien as 'n positiewe modulator of induseerder vir die lac operon.

Hier bind die allolaktose aan die onderdrukkerproteïen teenwoordig by die operateurperseel, wat lei tot die vrystelling van die onderdrukkerproteïen vanaf die operateurperseel, waardeur die ensiem RNA-polimerase vrylik deur hierdie operateurperseel vanaf die promotorperseel kan beweeg en dus al drie strukturele gene Z transkribeer. , Y, & A.

Die aktiwiteit van die lac operon is nie net afhanklik van die binding en vrystelling van onderdrukker molekule (met modulator) maar dit is ook cAMP afhanklik. Wanneer glukose laag is in die media/sel, neem die sellulêre cAMP-konsentrasie toe. Hierdie verhoogde hoeveelheid cAMP lei tot binding aan 'n bepaalde plek (rye) op die promotor.

Die promotorwebwerf kan in twee dele verdeel word:

(1) Die plek vir die binding van RNA-polimerase

(2) Die plek vir 'n proteïen genaamd katabolietgeenaktiveerproteïen (CAP).

Die RNA-polimerase kan slegs aan die promotorplek bind as die CAP aan die promotorvolgorde gebind is en CAP kan slegs aan die promotor bind as cAMP daaraan gebind is en cAMP bind slegs aan CAP wanneer die sellulêre konsentrasie daarvan toeneem, wat plaasvind wanneer die sel is sonder glukose en dus vergemaklik dit die gebruik van hierdie suikers en die teenwoordigheid van laktose skakel dit om na allolaktose.

Dit dien as 'n positiewe modulator vir die aanskakeling van die lac operon -gene deur die repressorproteïen van die bedieningsplek af te laat en die produkte van die drie strukturele gene wat produseer:

(1) Die membraanproteïen ß-galaktosied deurlaat, wat die opname van laktose deur die selle verhoog

(2) β-galaktosidase wat laktose hidrolise na allolaktose en dan na glukose en galaktose

(3) Die ensiem tiogalakatosidase-transasetielase, waarvan die funksie onbekend is.

As glukose weer beskikbaar is vir die sel, neem die cAMP konsen en shitrasie af in die sitosol, wat lei tot die vrystelling daarvan uit die GLB, wat weer lei tot die vrystelling van CAP vanaf die promotorplek, wat weer lei tot die vrystelling van die ensiem RNA polimerase uit die promotorplek en verhoed verder die binding daarvan aan promotor.

Dit lei weer tot die verminderde sintese van die strukturele gene, waarvan een beta-galaktosidase is, wat lei tot lae produksie van allolaktose (of geen sintese van allolaktose), dit lei dus daartoe dat die onderdrukker proteïen (gevorm uit I geen) word sonder die modulator en is dus vry om by die operateur se plek te bind en sodoende die beweging van RNA-polimerase te voorkom en dus die inhibisie van lac operon tot gevolg te hê.

Elke metaboliet het sy eie operon, met 'n verskillende aantal strukturele gene, en as die gene vir die metaboliet benodig word, word dit aangeskakel deur 'n soortgelyke meganisme as dié van die lac operon en word afgeskakel wanneer dit nie nodig is nie.

Die ander operone en hul besonderhede is soos volg:

Al die operone wat in die bakterieë voorkom, funksioneer nie net deur hul gene heeltemal aan of af te skakel nie. Sommige operone funksioneer teen differensiële tempo, afhangende van die behoefte van die sel deur 'n meganisme wat die transkripsie verswakking genoem word, dit wil sê die verlangsaming van die tempo van sintese van ensieme, bv. daardie ensieme betrokke by die sintese van aminosure (His).

Transkripsie-demping is 'n proses waarin transkripsie normaalweg begin word, maar skielik gestop word voordat die volledige operon-gene getranskribeer word. Die frekwensie waarmee transkripsie verswak word hang af van die sellulêre konsentrasie van daardie spesifieke aminosuur waarvoor die operon bedoel is.

Verswakking van Sy operon:

By bakterieë is transkripsie en translasie nou gekoppel. Die tempo waarteen RNA getranskribeer word en die tempo waarteen daardie proteïen vertaal word, is amper dieselfde. Die meeste van die getranskribeerde RNA's vir aminosuurmetabolisme in die sel bevat verskeie komplementêre intra-basisparingsvolgorde. Die volgende is byvoorbeeld die deel van RNA wat vir sy operon getranskribeer word, wat ook gelyktydig vertaal word.

Die ry 2 en 3 is komplementêr en kan basispaar met mekaar. Net so is rye 3 en 4 ook komplementêr en kan hulle ook met mekaar baseer. As 2 en 3 basisse paar, dan kan transkripsie normaal voortgaan en as 3 en 4 basisse paar word die transkripsie beëindig, net soos die terminering van transkripsie as gevolg van die voorkoms van 'n haarpenstruktuur in DNS. Die basisparing tussen die rye 2 & 3 of 3 & 4 is afhanklik van die translasietempo van die mRNA, wat weer afhanklik is van die konsentrasie His-tRNA His wat die konsentrasie histidien in die sel weerspieël.

As die konsentrasie van His-tRNA His meer is en die translasietempo is baie vinnig sodat dit die 2de plek verbygaan voordat plek 3 getranskribeer word, dan lei dit daartoe dat die plek 3 basis met plek 4 paring sodra dit getranskribeer word wat die beëindiging van transkripsie tot gevolg het.

Aan die ander kant, wanneer die His-tRNA Sy konsentrasie laag is, is die translasietempo baie stadig, en die proses van vertaling slaag dus nie die 2de plek op mRNA teen die tyd dat die plek (rye) 3 e getranskribeer word nie. in die voortsetting van transkripsie, want dit sal lei tot die 2 en 3 terreine basisparing en dus is werf 3 nie gratis vir basisparing met werf 4 nie. Dit lei dus tot 'n deurlopende werking van Sy operon.

Regulering van geenuitdrukking in eukariote:

Die gene in eukariote word ook min of meer op dieselfde manier as dié van prokariote gereguleer, maar die regulering is meestal positief en baie selde word negatiewe regulering gesien. By hoër eukariote is die regulering van geenuitdrukking uitsluitlik deur positiewe modulasie en negatiewe inhibisie van die gene/operon is totaal afwesig.

In gis word sommige gene egter deur negatiewe modulasie gereguleer. Verder is daar 'n fisiese skeiding tussen die proses van transkripsie en translasie is eukariote aangesien transkripsie in die kern plaasvind en translasie in die sitosol plaasvind.

Die geenregulering is slegs deur positiewe regulering. Meeste van die gene is normaalweg onaktief in eukariote, dit wil sê RNA-polimerases kan nie aan die promotors bind nie. Die selle sintetiseer slegs die geselekteerde groep aktiveerderproteïene wat nodig is om transkripsie van die klein subset van gene wat in daardie sel benodig word, te aktiveer.

Daar is ten minste vyf regulatoriese plekke vir RNA-polimerase-promotorplekke in hoër eukariote wat as (a) TATA-boks (b) GC-boks en (c) CAT-boks aangewys word. In gis is daar twee tipes promotorvolgordes, naamlik TATA-boks en UAS, d.w.s. stroomop-aktiveerdervolgorde.

Hierdie rye is die bindingsplekke vir die transkripsiefaktore genoem TF-II-D wat benodig word vir RNA-polimerasebinding. Elkeen van hierdie rye word spesifiek herken en gebind deur een of meer regulerende proteïene wat transkripsiefaktore genoem word. Hierdie regulatoriese rye is ongeveer 1000 basisse weg van die hoofgeen, dus om die hoofgeen te aktiveer, is 'n proteïen-proteïeninteraksie nodig wat die hoofgenvolgorde kan bereik.


Komponente van Lac-Operon

'n Operon bestaan ​​hoofsaaklik uit twee elemente of gene:

Regulerende elemente

Dit sluit die volgende streke in:

  • Promotorstreek: Dit kodeer die Lac-P geen. Dit lê tussen die reguleerder en die operateur. RNA-polimerase bind aan hierdie webwerf, aangesien 'n promotorstreek transkripsie begin. Dit is 100 basispare lank. Dit bestaan ​​uit palindromiese rye. Hierdie webwerf bevorder en beheer die transkripsie van strukturele gene of m-RNA. Die regulatoriese gene van die onderdrukker reguleer die funksionering van die promotorstreek.
  • Operateursstreek: Dit kodeer die Lac-O geen. Dit lê tussen 'n promotor en die strukturele geen (Lac-Z). Dit bevat 'n bedienerskakelaar wat besluit of transkripsie moet plaasvind of nie. Die regulatoriese geen bind aan die operateur.
  • Reguleerderstreek: Dit kodeer vir reguleerder geen (Lac-I) wat die aktiwiteit van promotor en 'n operateurgeen beheer. Hierdie regulerende geen produseer regulerende proteïene bekend as "Onderdrukker proteïene”Wat kan bind aan die promotor en operateur.

Strukturele elemente

Dit is die streke van DNA, wat gene bevat vir die proteïensintese, en hulle is van drie soorte:

  • Lac-Z: Kodeer vir die ensiem beta-galaktosidase.
    Funksie: Beta-galaktosidase bewerkstellig die hidrolise van laktose in galaktose- en glukose-subeenhede.
  • Lac-Y: Kodeer vir die ensiem laktose permease.
    Funksie: Laktosepermease bring laktose in die sel in.
  • Lac-A: Kodeer vir die ensiem tiogalaktosied transasetilase.
    Funksie: Thiogalactoside transasetylase funksie is nie baie duidelik nie, maar dit help die aktiwiteit van 'n ensiem beta-galactosidase.

Hierdie drie, dit wil sê Lac Z-, Y- en A -gene, is langs mekaar aanwesig. Daarom vorm al die elemente soos promotor-, operateur-, onderdrukker- en strukturele gene saam 'n eenheid wat genoem word Operon.

Beheer van geenuitdrukking in prokariote

In prokariote word die Lac-operonstelsel op twee maniere beheer:

Positiewe beheer van Lac-Operon

Dit word ook genoem Positiewe induseerbare sisteem en sluit die volgende stappe in:

  1. Eerstens druk 'n regulerende geen die onderdrukkerproteïen uit.
  2. Daarna word onderdrukkerproteïene geproduseer deur die uitdrukking van 'n regulerende geen.
  3. 'n Onderdrukkerproteïen het bindingsplekke vir die operateur en die induseerder (laktose).
  4. Wanneer laktose as 'n induseerder teenwoordig is, bind dit met die onderdrukkerproteïen en vorm R+I-kompleks.
  5. Na die binding van induktor aan die onderdrukker, blokkeer die kompleks die binding van die onderdrukker aan die operateur.
  6. Aangesien die repressorproteïen die operateur nie blokkeer nie, bind die RNA -polimerase aan die promotor en beweeg dit verder om mRNA te transkribeer.

Hierdie konsep staan ​​bekend as skakel aan van Lac-operon (deur die teenwoordigheid van 'n induseerder).

Negatiewe beheer van Lac-Operon

Dit word ook genoem Negatiewe beheer van onderdrukkersisteem. Dit sluit die volgende stappe in:

  1. Eerstens word die regulerende geen deur die onderdrukker uitgedruk.
  2. 'n Onderdrukkerproteïen word geproduseer na die uitdrukking van 'n regulerende geen.
  3. In die afwesigheid van induseerder of laktose, bind die onderdrukkerproteïen direk aan 'n operateur.
  4. Dit blokkeer die beweging van RNA-polimerase en sy aanhegting aan die promotor.
  5. Uiteindelik sal mRNA-transkripsie nie plaasvind nie.

Hierdie konsep staan ​​bekend as skakel af van Lac-operon (deur die afwesigheid van 'n induseerder).


Metodes

Almstamme, groeitoestande en selbehandeling

Die volgende Chlamydomonas reinhardtii stamme is gebruik: wild-tipe cw15–325 (mt+, cw15, arg7), wat vriendelik verskaf is deur Dr. M. Schroda (Universiteit van Kaiserslautern, Duitsland) en transformante met verminderde THB1 verkry vanaf cw15–325 amiTHB1–11 (mt+, cw15), amiTHB1–14 (mt+, cw15) en amiTHB1–23 (mt+, cw15) [29]. Die 305 mutant (mt nit1) geaffekteer in NAD(P) H-NR-aktiwiteit en sonder diaforase-NR-aktiwiteit is oorspronklik verkry vanaf die wilde tipe 6145c (mt ) [30]. Die 305 en 6145 stamme is vriendelik verskaf deur Dr. E. Fernández (Universiteit van Cόrdoba, Spanje).

Selle is mixotrofies gegroei in tris-asetaat-fosfaat (TAP) medium (https://www.chlamycollection.org/methods/media-recipes/tap-and-tris-minimal/) wat 7,5 mM NH bevat4Cl in plaas van NH4GEEN3 onder voortdurende beligting met wit lig (fluenstempo van 45 μmol m − 2 s − 1 ) by 22 °C met konstante orbitale roering by 90 rpm. Die TAP-medium is aangevul met 100 mg L - 1 arginien wanneer nodig. Selle is versamel by die middeleksponensiële fase van groei deur sentrifugering (4000 g, 5 min), twee keer gewas met 10 mM kaliumfosfaat, pH 7, voordat dit oorgedra word na die induksiemedia wat die verskillende bronne van stikstof en chemikalieë bevat. By elke oestyd is die aantal lewensvatbare selle mikroskopies getel met die gebruik van 0,05% (v/v) Evans blou (DIA-M, Rusland) soos beskryf [31]. Nie-lewensvatbare (gekleurde) en lewensvatbare (ongekleurde) selle is getel. Vierhonderd selle van elke monster is vir drie biologiese herhalings beoordeel.

Bepaling en berekeninge van totale chlorofil (μg/ml) is uitgevoer soos voorheen beskryf [29, 32].

Die verbindings DEA-NONOaat [2-(N, Ndietielamino)-diazenolaat 2-oksied natriumsout] en ODQ [1H-(1,2,4])oksadiasool(4,3-a) kinoksalien-1-on] is van Sigma-Aldrich.

Gene uitdrukking analise

Die totale RNA is geïsoleer met Trizol volgens die vervaardiger se instruksies (Invitrogen, VSA). Om genomiese DNA te verwyder, is die RNA-monsters met RNase-vrye DNase I (Fermentas) behandel. Vervolgens is RNA konsentrasie en suiwerheid (260/280 nm verhouding) bepaal met behulp van spektrofotometer (SmartSpec Plus, Bio-Rad).

Omkeerhulp HMinus First Strand cDNA Synthesis Kit (Thermo Scientific) is gebruik vir omgekeerde transkripsiereaksie. Die primer-pare vir RTqPCR word in Addisionele lêer 1 gegee: Tabel S1. RT qPCR is uitgevoer met 'n CFX96 Real-Time PCR Detection System (Bio Rad) met behulp van SYBR Green I volgens [33]. Genuitdrukking verhoudings is bereken met die ΔΔCt metode [34]. Die RAK1 (reseptor van geaktiveerde proteïenkinase C Cre13.g599400) geen is gekies as die kontrole -huishoudelike geen. Alle reaksies is in drievoud uitgevoer met ten minste drie biologiese herhalings. Beduidende verskille tussen eksperimente is statisties geëvalueer deur standaardafwyking en Student se t-toets metodes.

Proteïen gel klad analise

Die proteïeninhoud is bepaal met amido -swart kleuring en proteïengelvlek -analise is uitgevoer soos beskryf [33, 35]. Na skeiding deur SDS-PAGE op 'n 12% poliakrylamied gel (w/v), the proteins were transferred to nitrocellulose membranes (Carl Roth, Karlsruhe) with use of semidry blotting (Trans-blot SD BioRad). The dilutions of the primary antibodies used were as follows: 1:5,000 anti-CrPII and 1:2000 anti-HSP70B. As a secondary antibody, the horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbit serum (Sigma) was used at a dilution of 1:10,000. The peroxidase activity was detected via an enhanced chemiluminescence assay (Roche). For quantification, films were scanned using Bio-Rad ChemiDocTMMP Imaging System, and signals were quantified using the Image LabTM software (version 5.1).

Nitrate determination

After eliminating the cells by centrifugation at 3000 g, nitrate concentrations in the medium were determined by dual-wavelength ultraviolet spectrophotometry as A220 - 2A275 using standard curve [36]. For the measurements, media with 4 mM nitrate were diluted 50-fold. Values were obtained from at least three biological replicates each replicate was analyzed three times. Student’s t-tests were used for statistical comparisons. P-values of< 0.05 were considered as significant.

Measurement of NO

Cells were treated with DEA-NONOate or nitrite, then they were incubated with in the presence of 1 μM (4-amino-5-methylamino-2′7’-difluorofluorescein diacetate) dye (DAF-FM DA, Sigma-Aldrich), at concentration of 45 μg/ml chlorophyll. After 15 min the cells were washed, resuspended in indicated medium and used for the fluorometric detection of NO. The supernatant was collected in a test tube and then used to detect NO in the medium. The measurement of NO was carried out with a microplate reader CLARIOstar (BMG) as described [29]. The excitation and emission wavelengths for the NO indicator were 483 ± 14 and 530 ± 30 nm, respectively. Fluorescence intensity was calculated as arbitrary units per chlorophyll or protein as described previously [29].

NO detection by confocal microscopy

Cells were treated as described above. Images were acquired with a Leica TCS-SP5 confocal microscope (Leica-Microsystems, Germany) as described [29]. All experiments were performed in triplicate.


Regulation of Gene Expression in Prokaryotes (With Diagram)

(ii) Those that are synthesized only after a specific stimulation. The first type was named constitutively synthesized and the latter the inducible enzymes.

Analyzing a variety of E. coli that were defective for the induction of the lactose utilizing enzymes, Jacob and Monod hit upon the possible molecular mechanism that controls the repression and de-repression of a set of genes. The E. coli requires a set of three genes to be able to metabolize lactose. When a little lactose is added to a glucose-free growth medium, it is seen that these three lactose utilizing genes (lac genes) named lac z, lac y and lac a are synthesized simultaneously.

The product of lac z is the enzyme β-gaIactosidase that catalyzes the conversion of lactose into galactose and glucose. These genes are note expressed in the absence of lactose. Jacob and Monod (1961) proposed the operon model to explain the genetic basis of induction and repression of lac genes in prokaryotes. They were awarded Nobel Prize for this work in 1965.

The Operon:

1. Operons are segments of genetic material (DNA) that function as regulated unit that can be switched on or off.

2. An operon consists of minimum four types of genes: regulator, operator, promoter and structural (Fig. 8.4.A).

3. Regulator gene is a gene which forms a biochemical for suppressing the activity of operator gene.

4. Operator gene is a gene which receives the product of regulator gene. It allows the functioning of the operon when it is not covered by the biochemical produced by regulator gene.

5. The functioning of operon is stopped when operator gene is covered.

6. Promoter gene is the gene which provides point of attachment to RNA polymerase required for transcription of structural genes.

7. Structural genes are genes which transcribe mRNA for polypeptide synthesis.

8. An operon may have one or more structural genes, e.g., 3 in lac operon, 5 in tryptophan operon, 9 in histidine operon.

9. The polypeptides may become component of structural proteins, enzymes, transport proteins, hormones, antibodies, etc. Some structural genes also form non-coding RNAs.

10. The mechanism of regulation of protein synthesis utilizing operon model can be illustrated using two examples (lac & tryptophan) in bacteria.”

Inducible Operon System (Induction of Operon):

1. Inducible operon system is (a) regulated operon system in which the structural genes remain switched off unless and until an inducer is present in the medium. (Fig. 8.4B)

2. It occurs in catabolic pathways.

3. Lac operon of Escherichia coli is an inducible operon system which was discovered by Jacob and Monod (1961).

4. Lac operon of Escherichia coli has three structural genes, z, y, and a.

5. In the induced operon the structural genes transcribe a polycistronic mRNA which produces three enzymes. These are β-galactosidase, galactoside permease and galactoside acetylase.

6. β-galactoside brings about hydrolysis of lactose or galactoside to form glucose and galactose.

7. Galactoside permease is required for entry of lactose or galactoside into the bacterium.

8. Galactoside acetylase is a transacetylase which can transfer acetyle group to β-galactoside.

9. The initiation codon of structural gene z is TAG (corresponding to AUG of mRNA) and is located 10 base pairs away from the end of the operator gene.

10. The substance whose addition induces the synthesis of enzyme is called inducer.

11. Inducer is a chemical which attaches to repressor and changes the shape of operator binding site so that repressor no more remains attached to operator.

12. In the lac operon allolactose is the actual inducer while lactose is the apparent (visible) inducer.

13. Inducers which induce enzyme synthesis without getting metabolized are called gratuitous inducers, e.g. IPTG (Isopropyl thiogalactoside).

14. Regulator gene (gene) produces mRNA that synthesises a biochemical repressor.

15. Repressor is a small protein formed by regulator gene which binds to operator gene and blocks structural enzyme thus checking mRNA synthesis.

16. The represseor of lac operon is a tetrameric protein having a molecular weight of 1, 60,000. It is made up of 4 subunits each having molecular weight of 40,000.

17. The repressor protein has two sites, a head for attaching to operator gene and a groove for attachment of inducer.

18. Promoter gene functions as a recognition point for RNA polymerase. RNA polymerase initially binds to this gene. It becomes functional only when it is able to pass over the operator gene and reach structural genes.

19. Operator gene controls the expressibility of the operon. It is normally switched off due to binding of repressor over it.

20. However, if the repressor is withdrawn by the inducer, the gene allows RNA polymerase to pass from promoter gene to structural gene.

21. In lac operon the operator gene is small, 27 base pairs long. The gene is made of palindromic or self-complementary sequences.

22. If lactose is added, the repressor is rendered inactive so that it cannot attach on operator gene and synthesis of mRNA takes place.

23. Transcription is under negative control when lac repressor is inactivated by inducer.

24. Transcription in lac operon is under positive control through cyclic AMP receptor protein (CAP).

25. The catabolite gene activator protein (Cga protein) or cyclic AMP receptor protein (CAP) binds to the Cga site.

26. When CAP is attached to the binding site the promoter becomes a stronger one.

27. CAP only attaches to the binding site when bound with cAMP.

28. When glucose level is high cAMP does not occur and so CAP does not bind and hence RNA polymerase do not bind, resulting in low transcription.

29. Lac operon will not however remain operative indefinitely despite presence of lactose in the external environment.

30. It will stop its activity with the accumulation of glucose & galactose in the cell beyond the capacity of the bacterium for their metabolism.

Repressible Operon System (Repression of Operon bv. Tryptophan Operon of E.coli):

1. A repressible operon system is a regulated segment of genetic material which normally remains operational but can be switched off when its product is either not required or crosses a threshold value.

2. This system is commonly found in anabolic pathways.

3. Tryptophan operon of Escherichia coli is one such repressible operon system. (Fig. 8.5).

4. Tryptophan operon has 5 structural gene – E, D, C, and B A.

5. The gene E and D encodes for enzyme anthranilate synthetase, gene C for glycerol phosphate synthetase, gene B for β subunit of tryptophan synthetize and A for α subunit of tryptophan synthetize.

6. Regulator gene (trp-R) produces a biochemical, generally a proteinaceous substance, called aporepressor.

7. Aporepressor alone is unable to block the operator gene because of the absence of the binding head. Therefore, the operon system remains switched on.

8. A complete repressor is formed only when a non-proteinaceous corepressor joins the aporepressor,

9. Corepressor is a non-proteinaceous component or repressor which is also an end product of reaction catalysed by enzymes produced through the activity of structural genes.

10. It (corepressor) combines with aporepressor and forms repressor which then blocks the operator gene to switch off the operon.

11. The structural genes stop transcription and the phenomenon is known as feed-back repression.

12. Corepressor of tryptophan operon is amino acid tryptophan.

13. In tryptophan the repressor gene is not adjacent to promoter but located in another part of E. coli genome.

16. Promoter gene (trp-P) is the recognition as well as initiation point for RNA polymerase. RNA polymerase attaches to promoter gene. It can pass to structural genes provided the operator gene is in the functional state.

17. Operator gene (trp-O) lies in the passage-way between promoter and structural genes. Normally it remains switched on so that RNA polymerase can pass over from promoter gene to structural gene and bring about transcription.

18. The operator gene can be switched off when both aporepressor and corepressor join together to form repressor. The repressor binds to operator gene to interrupt movement of RNA polymerase.

19. In absence of tryptophan, the RNA polymerase binds to the operator site and thus structural genes are transcribed.

20. The transcription of structural gene leads to the production of enzyme (tryptophan synthetize) that synthesizes tryptophan.

21. When tryptophan becomes available, the enzymes for synthesizing tryptophan are not needed, co-repressor (tryptophan) – repressor complex blocks transcription.

22. One element of tryptophan operon is the leader sequence ‘L’ that is immediately 5′ end of trp. E gene.

23. This ‘L’ sequence controls expression of the operon through a process called attenuation.

24. Attenuation is the termination of the transcription prematurity at the leader region.

25. The tryptophan operon is a negative control.

The two operon models described above can be summarized as given below:

Active Repressor + Operator → System OFF

Active Repressor + Inducer = Inactive Repressor → System ON

(ii) Repressible System:

Apo-repressor and co-repressor complex = Active repressor → System OFF

Apo-repressor = Inactive Repressor → System ON

Importance of Gene Regulation:

1. There are two types of gene action – constitutive and regulated.

2. The constitutive gene action occurs in those systems which operate all the time and the cell cannot live without them, e.g., glycolysis. It does not require repression. Therefore, regulator and operator genes are not associated with it.

3. In regulated gene action all the genes required for a multistep reaction can be switched on or off simultaneously.

4. The genes are switched on or off in response to particular chemicals whether required for metabolism or are formed at the end of a metabolic pathway.

5. Gene regulation is required for growth, division and differentiation of cells. It brings about morphogenesis.


The Yin and Yang of P-TEFb regulation: implications for human immunodeficiency virus gene expression and global control of cell growth and differentiation

The positive transcription elongation factor b (P-TEFb) stimulates transcriptional elongation by phosphorylating the carboxy-terminal domain of RNA polymerase II and antagonizing the effects of negative elongation factors. Not only is P-TEFb essential for transcription of the vast majority of cellular genes, but it is also a critical host cellular cofactor for the expression of the human immunodeficiency virus (HIV) type 1 genome. Given its important role in globally affecting transcription, P-TEFb's activity is dynamically controlled by both positive and negative regulators in order to achieve a functional equilibrium in sync with the overall transcriptional demand as well as the proliferative state of cells. Notably, this equilibrium can be shifted toward either the active or inactive state in response to diverse physiological stimuli that can ultimately affect the cellular decision between growth and differentiation. In this review, we examine the mechanisms by which the recently identified positive (the bromodomain protein Brd4) and negative (the noncoding 7SK small nuclear RNA and the HEXIM1 protein) regulators of P-TEFb affect the P-TEFb-dependent transcriptional elongation. We also discuss the consequences of perturbations of the dynamic associations of these regulators with P-TEFb in relation to the pathogenesis and progression of several major human diseases, such as cardiac hypertrophy, breast cancer, and HIV infection.

Syfers

P-TEFb phosphorylates the Pol II…

P-TEFb phosphorylates the Pol II CTD and negative elongation factors to stimulate processive…

P-TEFb is essential for Tat…

P-TEFb is essential for Tat transactivation of HIV-1 transcription. Shortly after transcription is…

Domain structure of HEXIM1. The…

Domain structure of HEXIM1. The N-terminal domain of HEXIM1 functions as a self-inhibiting…

Architectural resemblance between the Tat-TAR-P-TEFb…

Architectural resemblance between the Tat-TAR-P-TEFb and HEXIM1-7SK-P-TEFb ribonucleoprotein complexes. (A) Comparison of nucleotide…

P-TEFb is maintained in a functional equilibrium by dynamic associations with its positive…


Activator

One example of an activator is the protein CAP. In the presence of cAMP, CAP binds to the promoter and increases RNA polymerase activity. In the absence of cAMP, CAP does not bind to the promoter. Transcription occurs at a low rate.

Oefenvraag

What is the role of an activator?

Repressor

When an amino acid is present, it associates with the ontmoet repressor, and the repressor is activated. RNA synthesis is blocked by the presence of the repressor on the DNA strand. When the amino acid is not present, the repressor dissociates from the operator and RNA synthesis proceeds.

When tryptophan is not present in the cell, the repressor by itself does not bind to the operator therefore, the operon is active and tryptophan is synthesized. But when a cell has plenty of tryptophan, it doesn’t need to synthesize more. So the repressor is triggered (by the presence of plenty of tryptophan), thus turning off further synthesis of tryptophan.


Die rol van chromatien

Alhoewel transkripsionele onderdrukkers dikwels aan geenregulering deelneem, moet dit in gedagte gehou word dat die aard van DNA in eukariotiese selle geneig is om gene in die onderdrukte toestand te hou. Eukariotiese DNS word om proteïenkomplekse genaamd histoon-oktamere toegedraai, wat die effek het om die DNS in 'n kompakte vorm te verpak sodat dit binne-in die kern pas. Dit beperk egter ook toegang van regulatoriese faktore tot hul teikenwebwerwe. Namate die meganismes van transkripsionele aktiveerders ontbloot word, word meer en meer gevind wat optree deur chromatien-geïnduseerde onderdrukking te verlig. 'n Voorbeeld is die Swi/Snf-proteïenkompleks, wat die eerste keer in gis geïdentifiseer is. Mutasies in komponente van die kompleks het gelei tot verminderde aktiwiteit van sekere teikengene. Daar is later gevind dat mutasies in die histoongene normale aktiwiteit na daardie teikengene herstel het, met ander woorde, die mutasies in die histoongene het op een of ander manier vir die mutasies in Swi/Snf vergoed. Dit was 'n aanduiding dat histone en Swi/Snf op een of ander manier interaksie het en het voorgestel dat Swi/Snf kan funksioneer deur histoonbinding aan DNA te ontwrig. Biochemiese eksperimente wat later uitgevoer is, het getoon dat dit wel die geval was. Alhoewel Swi/Snf nie heeltemal dissosieer histone uit DNA, maak dit dit los, wat voldoende is om baie aktiveerders te laat bind. Swi/Snf is slegs betrokke by die aktivering van 'n subset van gene, en die vraag waarom dit by sommige promotors funksioneer en nie ander nie, is 'n onderwerp van intense navorsing.

'n Tweede meganisme waardeur chromatien-geïnduseerde onderdrukking verlig word, is deur histoon asetilering . Histone is positief gelaaide proteïene en reageer dus styf met DNA, wat negatief gelaai is. Asetilering van histone verminder hul netto positiewe lading, wat hul interaksie met DNA verslap en transkripsiefaktorbinding verhoog. Daar is nou gevind dat verskeie transkripsiefaktore in 'n verskeidenheid organismes asetieltransferases in effek is, hulle kan histone asetileer.

Daarbenewens is gevind dat sommige transkripsionele onderdrukkers in gis en soogdiere histoon-deasetilases is. Trouens, daar is gevind dat die proteïen MeCP2, wat aan gemetileerde DNA bind, in 'n kompleks met 'n histoon-deasetilase funksioneer. Dus, metilering sou lei tot binding van hierdie kompleks, wat deasetilering van histone en 'n meer gekondenseerde chromatienstruktuur veroorsaak. Dit is lank reeds bekend dat gemetileerde DNA geassosieer word met transkripsie-onaktiewe gene, en inbrekings in die studie van histoon-asetilering het uiteindelik 'n verduideliking hiervoor verskaf.


Skrywer inligting

These authors contributed equally: Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp

Affiliasies

Department of Biochemistry and Biophysics, School of Medicine and Dentistry, University of Rochester, Rochester, NY, USA

Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp & Lynne E. Maquat

Center for RNA Biology, University of Rochester, Rochester, NY, USA

Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp & Lynne E. Maquat

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Bydraes

All authors contributed equally to the discussion of the content and to the writing and editing of the manuscript before submission.

Ooreenstemmende skrywer


Affiliasies

Department of Molecular and Cellular Biology, University of California, Davis, CA, 95616, USA

Marissa K Simon, Luis A Williams, Kristina Brady-Passerini, Ryan H Brown & Charles S Gasser

HHMI, Harvard University, Cambridge, MA, 02138, USA

General Mills, Kannapolis, NC, 28081, USA

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Jy kan ook vir hierdie skrywer soek in PubMed Google Scholar

Ooreenstemmende skrywer


Kyk die video: EBE OLIE IVANA A ILONA CHANELING (Augustus 2022).