Лекция 6 Начало регуляции

Основные регуляторные события (механизмы) регуляции Геном Транскриптом Протеом Метаболом Орган Организм Популяция Биосфера

Геном (прокариоты) Оперонная структура (Lac-оперон) Независимое расположение генов Наличие внутри оперона дополнительных регуляторных элементов Разнообразие структур – аттенюаторов, мест посадки репрессоров, шпилек- палиндромов, фрагментов генов, кодирующих антисмысловые молекулы РНК

Транспорт сахаров (лактозы)

ADPATP NADH NAD+ ADP ATP ADPATP ADP ATP -1 АТФ/моль глюкозы +2 АТФ/моль глюкозы Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6- бифосфат Дигидроксиацетон- фосфат Глицеральдегид-3- фосфат 1,3-дифосфоглицерат 3-фосфоглицерат 2-фосфоглицерат Фосфоенол- пируват Пируват +2 НАДН/моль глюкозы

Расположение генов гликолиза(gapA и eno) у прокариот Bacillus subtilis (оперонное расположение)

Расположение генов гликолиза(gapA и eno) у прокариот Mycoplasma gallisepticum (дискретное расположение) gapA Enolase

Расположение генов гликолиза(gapA и eno) у прокариот Mycoplasma gallisepticum (дискретное расположение)

Расположение генов гликолиза(GAPDH и ENO) у эукариот Homo sapiens GAPDH Enolase

Расположение генов гликолиза(GAPDH и ENO) у эукариот Mus musculus GAPDH Enolase

индуктор

Сильные промоторы: хорошее соответствие консенсусу и правильный спейсинг Слабые промоторы: существенные отличия от консенсуса в -35 and -10 районах Структура промоторов Е. Coli Pribnow box TATA box -10 box

CIRCE TTAGCACTC---NNNNNNNNN---GAGTGCTAA 999 N N N C-G T-A C-G A-T C-G G-C A-T T-A NNNNN A-T T-A C-G G-C T-A G-C A-T G-C N N N N N C-G T-A C-G A-T C-G G-C A-T T-A NNNNN HrcA

сигма фактор определяет специфичность связывания РНК порлимеразы с промоторами Сравнение аминокислотных последовательностей ряда сигма факторов выявило наличие четырех консервативных участков участок 1 – подавление неспецифического связывания свободного сигма фактора с ДНК участок 2 (наиболее консервативный) – связывание с -10 боксом промотора участок 3 - (факультативный) связывание с -10 боксом промотора участок 4 – связывание с -35 боксом промотора E.Coli B. Subtilis подавление неспецифического связывания РНК пол с ДНК У Subtilis эту функцию выполняет другой белок

сигма факторузнаваемые промоторыструктура промотора -35 бокс -10 бокс 70 Большинство геновTTGACATTATAAT 32 Гены, активирующиеся при тепловом шокеTCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA 28 Гены подвижности и хемотаксисаCTAAACCGATAT 38 Гены стационарной фазы и ответа на стрессы?? -24 Region-12 Region 54 Гены метаболизма азота CTGGNA TTGCA

Работа lac-оперона в клетках, содержащих нормальный геном и частичную копию генома с мутациями в lac-опероне и регуляторных генах (merodiploids) есть репрессор, работающий in trans есть cis-регуляторный элемент, мутации в котором препятствуют связыванию trans-репрессора

Репрессор состоит из нескольких субъединиц. Мутации, затрагивающие одну субъединицу, влияют на способность всего репрессора связываться с индуктором, либо с оператором

Наряду с главным оператором (О1) в лактозном опероне есть два «вспомогательных» оператора (О2 и О3). Уровень репрессии значительно снижается, если делетировать одновременно О2 и О3 тетрамер репрессора связывается одновременно с двумя участками узнавания на молекуле ДНК ДНК

Репресор не препятствует связыванию РНК полимеразы с промотором Репрессия осуществляется на этапе перехода от открытого комплекса к элонгации

Почему lac-оперон не работает, когда в среде есть и глюкоза и лактоза? Катаболитная репрессия ? В действительности - активация CAP – Catabolite Activator Protein (активатор катаболитных оперонов) Работает в комплексе с цикло-АМФ, уровень которого существенно повышается при недостатке глюкозы CAP активирует целый ряд оперонов, обеспечивающих синтез ферментов, необходимых для использования альтернативных продуктов питания (gal, галактозный оперон; ara, арабинозный оперон)

CAPстимулирует образование открытого комплекса Участок связывания CAP находится перед промотором и содержит TGTGA последовательность Lac промотор и многие другие катаболитные промоторы являются очень слабыми. -35 бокс в этих промоторах сильно отличается от консенсуса Существуют мутанты laс промотора, которые обеспечивают транскрипцию без САP активатора

Анаболитные опероны Должны активироваться в условиях недостатка тех веществ, в синтезе которых участвуют кодируемые опероном ферменты триптофановый оперон: триптофан (корепрессор) связывается с неактивной формой репрессора, превращая ее в активную

Преждевременная остановка транскрипции (attenuation) обеспечивает дополнительную репрессию В начале оперона находится короткая ORF, кодирующая так называемый лидерный пептид После этой рамки считывания находится сигнал терминации транскрипции 90% транскрипционных комплексов диссоциируют

При отсутствии триптофана рибосома задерживается на лидерной последовательности. Это смещает равновесие в сторону большой шпильки У прокариот транскрипция и трансляция могут происходить одновременно Регулируемые терминаторы транскрипции есть и в других анаболитных оперонах В гистидиновом опероне лидер содержит 7 кодонов гистидина