Məlumat

15: Gen ifadəsinin müsbət və mənfi nəzarəti - Biologiya

15: Gen ifadəsinin müsbət və mənfi nəzarəti - Biologiya


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.

Operonlar

An operon koordinasiyalı şəkildə tənzimlənən genlər toplusudur. O daxildir struktur genləri (ümumiyyətlə kodlayan fermentlər), tənzimləyici genlər (kodlaşdırma, məsələn aktivatorlar və ya repressorlar) və tənzimləyici saytlar (promouterlər və operatorlar kimi). Nəzarət növü heç bir tənzimləyici zülal olmadıqda operonun reaksiyası ilə müəyyən edilir. halda mənfi nəzarət, operondakı genlər repressor zülalı tərəfindən söndürülmədikcə ifadə edilir. Beləliklə, repressor təsirsiz olduqda operon konstruktiv olaraq işə salınacaq (genlər ifadə olunacaq). halda müsbət nəzarət, genlər yalnız aktiv tənzimləyici zülal, məs. aktivator mövcuddur. Beləliklə, müsbət tənzimləyici zülal olmadıqda və ya təsirsiz olduqda operon söndürüləcəkdir.

Cədvəl 4.1.1. Müsbət və mənfi nəzarət

Katabolik və biosintetik əməliyyatlar

Katabolik yollar qida maddələrinin parçalanmasını kataliz edir ( substrat yol üçün) enerji, daha dəqiq desək, hüceyrənin enerji valyutası olan ATP yaratmaq. İçində olmaması substrat,katabolik fermentlərin mövcud olması üçün heç bir səbəb yoxdur və onları kodlayan operondur repressiya edilmişdir. İçində substratın olması, fermentlərə ehtiyac olduqda, operon olur induksiya edilmişdir ya da repressiyaya məruz qalmışdır.

Cədvəl 4.1.2. Katabolik və biosintetik operonların müqayisəsi
Operon kodlaşdırırOlmamasıEffektmövcudluğuEffekt
katabolik fermentlərsubstratrepressiya edilmişdirsubstratdepresif (induksiya)
biosintetik fermentlərməhsulsəbəb olduməhsulrepressiya edilmişdir

Məsələn, lac operon, laktozanın (disakarid b-D-galaktosil-1-> 4-D-qlükoza) qalaktoza və qlükoza (b-qalaktosidaz tərəfindən kataliz edilməsi) daxil olması (laktoza permeazası) və ilkin parçalanması üçün lazım olan fermentləri kodlaşdırır. Bu monosaxaridlər laktata (əsasən qlikoliz yolu ilə, ATP istehsal edərək) və laktatdan CO2-yə (sitrik turşu dövrü ilə) parçalanır və daha çox ATP (oksidləşdirici fosforlaşma) istehsal etmək üçün elektron nəqliyyat zəncirinə qidalanan NADH istehsal edir. Bu, bakteriya hüceyrəsinin yaşaması üçün enerji təmin edə bilər. Bununla belə, ilkin fermentlər (laktoza permeaz və b-qalaktosidaza) yalnız laktoza və qlükoza olmadıqda tələb olunur və yalnız ifadə edilir. Substrat laktoza olduqda, operon açılır, olmadıqda isə operon sönür.

Anabolik və ya biosintetik yollar Hüceyrə komponentlərinin sintezini kataliz etmək üçün ATP şəklində enerjidən və NAD(P)H şəklində reduksiya edən ekvivalentlərdən istifadə edin. məhsul) daha sadə materiallardan, məs. amin turşularının kiçik dikarboksilik turşulardan (limon turşusu dövrünün komponentləri) sintezi. Hüceyrədə artıq çoxlu məhsul varsa ( mövcudluğu məhsul), onun sintezini kataliz edən fermentlərə ehtiyac yoxdur və onları kodlayan operon repressiya olunur. İçində məhsulun olmaması, hüceyrə daha çox etmək lazım olduqda, biosintetik operon əmələ gəlir. Məsələn, trpoperon xorizmik turşunun triptofana çevrilməsini kataliz edən fermentləri kodlayır. Trp (və ya Trp-tRNAtrp) hüceyrə konsentrasiyası yüksək olduqda, operon ifadə edilmir, lakin səviyyələr aşağı olduqda, operon ifadə edilir.

İnduksiya olunan və repressiya olunan operonlara qarşı

İnduksiya edilə bilən Operonlar, operonu tənzimləyən bir metabolitə (maddələr mübadiləsi aparan kiçik bir molekula) cavab olaraq açılır. məs. lak operon laktoza varlığında (metabolik yan məhsul allolaktozun təsiri ilə) induksiya olunur. Repressiv operonlar kiçik bir tənzimləyici molekula cavab olaraq söndürülür. Məsələn, trpoperon triptofanın iştirakı ilə repressiya olunur. Qeyd edək ki, bu istifadədə terminlər kiçik bir molekula cavab olaraq təyin olunur. Lac induksiya edilə bilən operon olsa da, onun repressiya edildiyi və ya induksiya edildiyi şərtləri görəcəyik (derepressiya yolu ilə).

Cədvəl 4.1.3.

E. colilac operonunun xəritəsi

Şəkil 4.1.1.

  1. Promouterlər = səh= transkripsiyanı başlatdığı RNT polimeraz üçün bağlanma yerləri. üçün ayrıca promouterlər var lacIgen və lacZYAgenlər.
  2. Operator = o = repressor üçün bağlama yeri; üçün promouterlə üst-üstə düşür lacZYA.
  3. Repressor tərəfindən kodlanır lacIgen
  4. Struktur genlər: lacZYA

lacZ diskkarid laktozasını qalaktoza və qlükozaya ayıran b-qalaktosidazanı kodlayır.

lacYlaktoza qəbulunu asanlaşdıran membran proteini olan laktoza permeazını kodlayır.

lacAb-qalaktozid transasetilazanı kodlayır; laktozanın katabolizmasında bu fermentlərin funksiyası başa düşülmür (heç olmasa mənim tərəfimdən)

C. Mənfi nəzarət

The lac operon altındadır hər ikisi mənfi və müsbət nəzarət. Bunların mexanizmləri ayrıca nəzərdən keçiriləcək.

1. Mənfi nəzarətdə lacZYAinduktor olmadıqda genlər repressor tərəfindən söndürülür (laktoza olmaması siqnalı). Repressor tetramer bağlı olduqda o, lacZYAedir transkripsiya edilmir və buna görə də ifadə olunmur.

Şəkil 4.1.2. Repressiya edilmiş lac operon

2. İnduktor mövcud olduqda (laktozanın mövcudluğuna işarə edir), o, repressor zülalını bağlayır, bununla da onun konformasiyasını dəyişdirir, ona yaxınlığını azaldır. o, operator. Repressor-induktor kompleksinin dissosiasiyası imkan verir lacZYAtranskripsiya edilməli və buna görə də ifadə edilməlidir.

Şəkil 4.1.3. Derepressiya ilə lak operonun induksiyası.

İndüktorlar

The təbii stimulyator (və ya antirepressor), edir allolaktoza, laktoza analoqu. B-qalaktosidaza ilə katalizləşən reaksiyanın metabolik əlavə məhsulu kimi hazırlanır. Adətən bu ferment laktozanın qalaktoza + qlükozaya bölünməsini katalizasiya edir, lakin bəzən qalakozanın C4 əvəzinə C6 qlükoza ilə əlaqəli olduğu allolaktoza əmələ gətirmək üçün bir izomerizasiyanı kataliz edəcək.

A əvəzsiz induktor operonu induksiya edəcək, lakin kodlanmış fermentlər tərəfindən metabolizə edilməyəcək; deməli, induksiya daha uzun müddət saxlanılır. Laboratoriyada ən çox istifadə edilənlərdən biri izopropiltioqalaktozid (IPTG) adlanan laktozanın sintetik analoqudur. Bu birləşmədə b-qalaktozid əlaqəsi b-qalaktosidaza üçün effektiv substrat olmayan tiol ilə olur.

E. Tənzimləyici mutantlar

Tənzimləyici mutasiyalar operon tərəfindən kodlanmış bütün fermentlərin miqdarına təsir edir, struktur genindəki mutasiyalar isə yalnız kodlanmış (tək) polipeptidin aktivliyinə təsir göstərir.

Repressor mutantlar

  • a. yabanı tip suşlar (lacI+) var induktiv.
  • b. Qüsurlu repressorlu suşların çoxu (laci-) var təsisçi, yəni induktor olmadıqda belə lak operon tərəfindən kodlanmış fermentləri düzəldirlər.
  • c. İnduktorla qarşılıqlı təsir göstərə bilməyən repressorlu suşlar (lacIS) var induksiya olunmayan. İnduktor bağlana bilmədiyi üçün repressor operatorun üzərində qalır və induktorun iştirakı ilə belə operonun ifadəsinin qarşısını alır.
  • d. Mutantların fenotiplərinə əsaslanan deduksiyalar
Cədvəl 4.1.4. Repressor mutantların fenotipləri
b-qalaktosidaztransasetilaz
Genotip-IPTG+IPTG-IPTG+IPTGNəticə
I+Z+A+<0.1>100<1>100İnduksiya edilə bilən
I+Z-A+<0.1><0.1><1>100lacZb-qalaktosidazanı kodlayır
I-Z+A+1001009090Təsisedici
I+Z-A+ /F' I-Z+A+<0.1>100<1>200Mən+ >Mən- in trans
IsZ+A+<0.1><1><1><1>Qeyri-induksiya
IsZ+A+ /F' I+Z+A+<0.1>1<1>1edir>.I+ in trans
  1. Vəhşi tipli operon IPTG tərəfindən induksiya olunur.
  2. Bir mutasiya lacZtransasetilazaya (və ya operonun digər məhsullarına) deyil, yalnız b-qalaktosidazaya təsir edir. lacZstruktur genidir.
  3. Bir mutasiya lacIdeməli, hər iki fermentə təsir göstərir lacItənzimləyici gendir. Hər ikisi induktorun olmaması ilə ifadə edilir, deməli, operon konstitutiv şəkildə ifadə olunur (ştamm konstitusiya fenotipini göstərir).
  4. Lac operonun bir nüsxəsinin xromosomda, digər nüsxəsinin isə F' faktorunda olduğu merodiploid ştammda bir allelin digəri üzərində dominantlığını yoxlamaq olar. Vəhşi tip lacI+edir üzərində hakimdir lacI-intrans. Yalnız funksional olduğu bir vəziyyətdə lacZgen eyni xromosomdadır laci-, funksional lacI hələ də induktor olmadıqda repressiyaya səbəb olur.
  5. The lacISallel induksiya olunmur.
  6. Bir merodiploiddə, the lacISallel yabanı tipə nisbətən üstünlük təşkil edir transs.

e. Fakt budur ki, məhsulun lacIgendir trans-fəaliyyət o deməkdir ki, o, bir xromosomda kodlaşdırıla bilən, lakin yuxarıdakı (d) misalındakı F' xromosomu kimi digərində fəaliyyət göstərən yayıla bilən molekuldur. Əslində məhsulu lacIgen repressor zülaldır.

2. Operator mutantlar

a. Operatordakı qüsurlar operonun konstitusiya ifadəsinə gətirib çıxarır, buna görə də onu təcrid etmək olar operator konstitusiya mutasiyalar, qısaldılmışdır oc. Vəhşi tip o+induksiya edilə biləndir.

b. Operatorda olan mutasiyalar cis- aktyorluq; onlar yalnız eyni xromosomda struktur genlərin ifadəsinə təsir göstərirlər.

(1) merodiploid I+ocZ+/I+o+Z- [bu, qısaltmasıdır lacI+oclacZ+/lacI+o+lacZ-] konstitutiv olaraq b-qalaktosidazanı ifadə edir. Beləliklə oc üçün dominantdır o+ nə vaxt oc içindədir cisüçün lacZ+.

(2) Merodiploid I+ocZ-/I+o+Z+ b-qalaktosidaza ifadəsi üçün induksiyaya malikdir. Beləliklə o+ üstünlük təşkil edir oc nə vaxt o+ içindədir cisüçün lacZ+.

(3) alleli oki, içindədir cisaktiv reportyor geninə (yəni eyni xromosomda lacZ+ bu halda) fenotipi görünəndir. Beləliklə, operator cis-fəaliyyət göstərən və bu mülk olaraq adlandırılır cis-hökmranlıq. Əksər hallarda olduğu kimi cis-tənzimləyici ardıcıllıqlar, bunlar tənzimləmə üçün lazım olan DNT-də yerlərdir. Bu vəziyyətdə, operator bağlayıcı bir saytdır trans- fəaliyyət göstərən repressor protein.

Operator və Repressor arasında qarşılıqlı əlaqə

Operatorun ardıcıllığı

Operator üst-üstə düşür transkripsiya və təşviqat saytına başlayın. Bu var dyad simmetriyası mərkəzi +11. Belə bir dyad simmetriyası ümumiyyətlə simmetrik zülalların bağlanma yerlərində olur (repressor bir homotetramerdir). Operatoru təşkil edən DNT-nin ardıcıllığı mövqeyi ilə müəyyən edilmişdir oC mutasiyalar, həmçinin reaksiyadan qorunan nukleotidlər, məs. DMS, repressor bağlandıqdan sonra.

Şəkil 4.1.4.

2. Repressor

a. Təmizləmə

(1) Başlanğıc materialdakı repressor miqdarını artırın həddindən artıq ifadə.

Vəhşi tipli bir hüceyrədə repressor tetramerinin cəmi 10 molekulu var. Zülalın təcrid edilməsi və təmizlənməsi üçün yuxarı promotor mutasiyaları olan mutant ştammın istifadəsi böyük köməklik göstərmişdir. lacI, belə ki, hər hüceyrədə zülalın daha çox nüsxəsi mövcud idi. Zülalın həddindən artıq istehsalının bu ümumi strategiyası təmizləmə sxemlərində geniş istifadə olunur. İndi zülalın geni ekspressiv vektorda klonlanır, belə ki, ev sahibi (bu halda bakteriya) zülalın çox hissəsini - çox vaxt ümumi bakterial zülalın əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil edir.

(2) Repressor üçün analizlər

[1] Radio etiketli IPTG -nin (təmənnasız induktor) repressora bağlanması

[2]Radioetiketli operator DNT ardıcıllığının repressorla bağlanması. Bu, protein-DNT kompleksinin nitroselüloza bağlanma qabiliyyəti ilə izlənilə bilər (halbuki radio etiketli mutant operator DNT parçası, oc, üstəlik repressor bağlanmayacaq). Elektroforetik hərəkətliliyin dəyişməsi analizləri indi bir çox hallarda istifadə olunacaq.

[3]Xüsusi ardıcıllığın istənilən zülala yüksək yaxınlıq ilə bağlanma qabiliyyəti zülalın sürətlə təcrid edilməsi üçün tez-tez istifadə olunur. Bağlanma yeri dupleks oligonükleotidlər kimi sintez edilə bilər. Bunlar multimerlər əmələ gətirmək üçün bir-birinə bağlanır və daha sonra sütunda möhkəm bir substrata yapışdırılır. İstənilən DNT bağlayan zülal daha sonra təcrid oluna bilər yaxınlıq xromatoqrafiyası, DNT -dəki bağlanma yerini afinite ligandı olaraq istifadə edir.

b. Təcrid olunmuş, funksional repressor a tetramer; dörd monomerin hər biri məhsuludur lacI gen (yəni homotetramerdir).

c. The DNT bağlama domen-nin lac repressor a-ya bükülür spiral-dönmə-heliksdomen. Bu struktur sahəsini III Fəsildə daha ətraflı araşdıracağıq. Bu, prokaryotlarda ən çox yayılmış DNT-ni bağlayan domenlərdən biridir və oxşar struktur domen (homeodomain) bəzi eukaryotik transkripsiya tənzimləyicilərində tapılır.

3. Repressor və operator arasında əlaqə nöqtələri

a. Repressor və operator arasındakı əlaqə nöqtələrinin tədqiqi, RNT polimerazanın promotorda bağlanma yerini xəritələşdirmək üçün əvvəllər müzakirə etdiyimiz eyni üsullardan istifadə etdi, məsələn. elektroforetik hərəkətliliyin dəyişməsi analizləri (DNT fraqmenti bağlanırmı?), DNaz izləri (zülal harada bağlanır?) və metilasiya müdaxiləsi təhlilləri (hansı purinlərin metilasiyası bağlanmağa mane olacaq?). Alternativ sxemlər, repressorun bağlanması ilə metilasiyanın qarşısının alındığı və ya gücləndirildiyi yerləri müəyyən etməyə imkan verəcəkdir. Bu üsullar operatorun = repressor üçün bağlanma sahəsinin biokimyəvi tərifini təmin edir.

b. Əsas əlaqə nöqtələri (bax Şəkil 4.1.4.):

(1) ikili simmetriya daxilindədir.

(2) mutasiyaya uğradıqda konstitutiv ifadəyə səbəb olan nukleotidlərlə üst-üstə düşür (bir çox hallarda). Nəzərə alın ki, sonuncu operatorun genetik tərifidir və biokimyəvi təyin olunmuş operatorla üst-üstə düşür.

(3) ikili oxu ətrafında simmetrik olaraq paylanmağa meyllidir (+11).

(4) əsasən DNT cüt spiralının bir üzündədir.

c. Operator və promouter arasında qismən üst-üstə düşmə ilkin olaraq repressiya mexanizmini izah etmək üçün sterik müdaxilə modelini təklif etdi. Nə qədər ki, repressor operatora bağlanıb, polimeraza promotorla bağlana bilməz. Ancaq növbəti fəsildə araşdırılacağı kimi, bu belədir yoxHal. RNT polimeraza bacarmaq-a bağlamaq lacpromotor hətta repressor bağlı olduqda belə lac operator. Bununla belə, polimeraza bilməz başlamaqrepressorun yanında olduqda transkripsiya.

4. İnduktor bağlandıqda repressorda konformasiya dəyişikliyi

a. Repressorun biri DNT-yə bağlanan (sarmal-dönmə sarmal sahəsini ehtiva edən "başlıq") və digər induksiyaya (və digər alt hissələrə) ("nüvə") bağlanan iki fərqli sahəyə malikdir. Bunlar "ilə bağlanır" menteşe" bölgəsi.

b. Bu struktur domenləri onlarda baş verən mutasiyaların fenotipləri ilə fərqləndirmək olar.

lacI-dDNT -yə bağlanmasının qarşısını alır, qurucu ifadəyə səbəb olur.

lacISindükleyicinin bağlanmasını maneə törədir, induksiyasız bir fenotipə səbəb olur.

c. İnduktorun "nüvə" ilə bağlanması repressorda allosterik sürüşməyə səbəb olur ki, "başlıq" artıq DNT ilə yüksək yaxınlıq kompleksi yarada bilmir və repressor ayrıla bilər (bir çox rəqabət aparan qeyri-spesifik saytlardan birinə gedin) ).

Müsbət nəzarət: "katabolit repressiyası"

1. Katabolit repressiyası

a. Hətta bakteriyalar yedikləri şeydə seçici ola bilər. Qlükoza üstünlük verilən karbon mənbəyidir E. coli; bakteriya laktoza və ya amin turşuları kimi alternativ karbon mənbələrindən istifadə etməzdən əvvəl mövcud qlükozanı istehlak edəcək.

b. Qlükoza ifadəsinin repressiyasına səbəb olur lacvə bəzi digər katabolik operonlar. Bu fenomen deyilir katabolit repressiyası.

2. İki komponent bu tənzimləmə forması üçün lazımdır

a. cAMP

[1]Qlükozanın iştirakı ilə hüceyrə daxilində [cAMP] 10-4 M-dən 10-7 M-ə qədər azalır. Yüksək [cAMP] katabolit repressiyasını aradan qaldıracaq.

[2] cAMP sintezi adenilat siklaz tərəfindən kataliz edilir cyagen)

ATP ® cAMP + PPi

b. Katabolit Aktivator Zülal = CAP

[1]Məhsul qapaqgen də deyilir crp(cAMP reseptor zülalı).

[2]Dimerdir

[3] cAMP-ni bağlayır və sonra cAMP-CAP kompleksi müəyyən yerlərdə DNT-yə bağlanır

3. cAMP-CAP üçün bağlama yeri

a. Lac operonunda bağlama yeri, promouterdən yalnız yuxarıda, -52 ilə -72 aralığında, təxminən 20 bp olan bir bölgədir.

b. Pentamer TGTGA tanınmada vacib elementdir. Lac operon üçün bağlama yeri, dyadın hər iki tərəfində bu ardıcıllığa malik bir dyaddır.

c. CAMP-CAP ilə DNT arasındakı əlaqə nöqtələri, onu meydana gətirən mutasiyalara yaxın və ya üst-üstə düşür lacpromotor artıq cAMP-CAP-a cavab vermir.

d. cAMP-CAP spiralın bir üzündə bağlanır.

Şəkil 4.1.5. cAMP-CAP üçün bağlama yeri

4. cAMP-CAP-ın öz sahəsinə bağlanması promotorda transkripsiyanın başlanmasının effektivliyini artıracaq

a. The lacpromouter xüsusilə güclü promouter deyil. -10, TATGTT sırası iki mövqedəki konsensusa (TATAAT) uyğun gəlmir.

b. cAMP-CAP varlığında, RNT polimeraza transkripsiyanı daha səmərəli şəkildə başladacaqdır.

c. The lacUV5 promotoru, -10 bölgəsinin konsensusa uyğun gəldiyi yuxarı promotor mutasiyadır. UV5 promotoru tərəfindən idarə olunan lak operon cAMP-CAP olmadan yüksək səviyyəli induksiyaya nail olacaq, lakin vəhşi tipli promotor yüksək səviyyəli induksiya üçün cAMP-CAP tələb edir.

Şəkil 4.1.6. CAP bağlama yeri də daxil olmaqla lac operonunun tənzimləyici bölgəsi

5. CAMP-CAP-ın fəaliyyət rejimi

a. RNT polimeraza ilə birbaşa müsbət qarşılıqlı əlaqə. RNT polimerazanın cAMP-CAP tərəfindən aktivləşdirilməsi üçün alt bölmənin C-terminusu tələb olunur. Bu, 16-cı Fəsildə daha ətraflı araşdırılacaqdır.

b. cAMP-CAP DNT-ni bükür 90o.

Şəkil 4.1.7. DNT (üst spiral quruluş) CAP dimer tərəfindən bükülür.

Bəzi ümumiliklər

  • Repressorlar, aktivatorlar və polimerazlar ilk növbədə DNT ikiqat spiralının bir üzü ilə qarşılıqlı təsir göstərir.
  • Aktivatorlar və repressorlar kimi tənzimləyici zülallar çox vaxt simmetrik olur və DNT-də simmetrik ardıcıllıqları bağlayır.
  • RNT polimerazaları simmetrik deyil və onların bağlandığı promotorlar da asimmetrikdir. Bu, transkripsiyaya istiqamət verir.

Prokaryotlarda və Eukariotlarda Gen İfadəsinin Tənzimlənməsi

Gəlin gen ifadəsinin tənzimlənməsinin dərindən öyrənilməsinə çalışaq. Bu yazını oxuduqdan sonra 1 haqqında öyrənəcəksiniz. Prokaryotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi və 2. Eukariotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi.

Gen bir protein/RNT təyin edən DNT-nin bir hissəsidir. Bütün zülallar/RNT hüceyrələr tərəfindən hər zaman tələb olunmur. Bəzi zülallar müəyyən vaxt tələb olunur və digər zülallar başqa vaxt tələb olunur. Üstəlik, bu zülallar bir anda daha az miqdarda tələb olunur, lakin digər vaxtlarda daha yüksək miqdarda tələb oluna bilər. TCA dövrünün fermentləri kimi hüceyrədə daim (həmişə) mövcud olan başqa bir zülal sinfi var.

Buna görə də genləri rahatlıqla iki sinif altında qruplaşdırmaq olar:

1. Qurucu genlər:

Məhsulları hüceyrədə daim mövcud olan genlərə konstitusiya genləri və ya təsərrüfat genləri deyilir.

2. İnduksiya olunan genlər:

Məhsulları həm mövcudluğu, həm də konsentrasiyası ilə zamana və ehtiyaca görə dəyişən genlərə induksiya olunan genlər və ya məhsulları (zülallar/RNT) bəzi induksiya molekulu ilə daxil olan genlər deyilir. Təsisedici genlərin fəaliyyəti tənzimlənmir, çünki onların məhsulları zamanla çox dəyişmir, halbuki induksiya olunan genlərin fəaliyyəti həmişə tənzimlənir. Tənzimləmə ilk növbədə transkripsiya səviyyəsindədir. Gen və ya əlaqəli genlər dəsti hüceyrənin ehtiyacına uyğun olaraq açılır və ya söndürülür. Bu dəyişikliklər bəzi zülallar və ya modulyatorlar tərəfindən həyata keçirilir.

Müəyyən bir zülal/birləşmə geni işə salırsa, o zülal stimullaşdırıcı zülal/mürəkkəb adlanır və proses müsbət tənzimləmə adlanır. Əgər zülal/mürəkkəb genin fəaliyyətini dayandırarsa, o zaman ona repressor zülal/mürəkkəb deyilir və bu proses mənfi tənzimləmə adlanır, məsələn. bir steroid hormonu müsbət modulyator kimi çıxış edir, burada onun iştirakı gen ifadə sürətini artırır.

Hormon məhv olan kimi gen ifadəsi azalır. Tənzimləmə mexanizmi prokaryotlarda və eukariotlarda oxşar olsa da, bəzi aspektlərdə fərqlənir. Beləliklə, prokaryotlarda və eukariotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi ayrıca götürüləcəkdir.

Prokaryotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi:

Bir çox prokaryotik genlər operonlar adlanan vahidlərdə tənzimlənir. Operon bir və ya bir neçə əlaqəli gendən və onlara nəzarət edən ardıcıllıqdan (gendən) ibarət olan, onların transkripsiyasını tənzimləyən operator və promotor ardıcıllıqlarını ehtiva edən genetik ifadə vahididir.

Bakteriyalarda laktozanın istifadəsi və mübadiləsi üçün operondur.

Aşağıdakı genlər dəstindən ibarətdir:

PI = Tənzimləyici genlər üçün promotor gen

I = Tənzimləyici protein üçün gen (repressor zülalı)

P = əlaqəli genlər üçün təşviqçi ardıcıllığı

O = Bu genlər üçün operator ardıcıllığı

Z = beta-qalaktosidaza fermentini meydana gətirən laktozadan istifadə üçün ilk gen

Y = Membran zülalı qalaktozid permeaz üçün ikinci gen

A = Tioqalaktozid trans-asetilaz fermenti üçün üçüncü gen

Bu tam ardıcıllıq dəsti (yəni operon) E. coli bakteriyası tərəfindən karbohidrat-laktozanın istifadəsi üçün mexanizmin açılmasına/söndürülməsinə kömək edir. Hüceyrənin böyüdüyü mühitdə qlükoza olduqda, lak operonu söndürülür və mühit qlükozadan məhrum olduqda və bunun əvəzinə laktoza yeganə karbon mənbəyi kimi mövcud olduqda, Lac operonu işə düşür.

RNT polimeraza ilə transkripsiya promotor yerindən başlayır, yəni ferment promotorla birləşir və bu genlər üçün mRNT-ni transkripsiya etmək üçün DNT boyunca operonun struktur genlərinə doğru hərəkət edir və bu prosesdə operonun operator bölgəsindən keçir.

İstənilən şəraitdə, yəni qlükoza və ya laktoza hüceyrə tərəfindən istifadə olunmalı olub-olmamasından asılı olmayaraq, lak operonun I geni repressor zülalı adlı bir protein sintez edir. Bu zülal DNT-dəki operator yerinə bağlanır və beləliklə, RNT polimerazının bu nöqtədən (sahədən) kənara hərəkətinin qarşısını alır, bu da Z, Y və A struktur genlərinin sintezinin ləngiməsi ilə nəticələnir.

Beləliklə, hüceyrə qlükozadan yeganə karbon mənbəyi kimi istifadə etdikdə, lak operonu söndürülür. Sonra, hüceyrə karbon mənbəyi olaraq laktozanın istifadəsinə keçərsə, laktoza əvvəlcə qlükoza və ya laktozanın istifadəsindən asılı olmayaraq hüceyrədə həmişə bir neçə nüsxədə olan beta-qalaktosidaz fermenti tərəfindən allolaktoza çevrilir. ) və bu allolaktoza lak operon üçün müsbət modulyator və ya induktor kimi çıxış edir.

Burada allolaktoza operator yerində mövcud olan repressor zülalına bağlanır və nəticədə repressor zülalının operator yerindən sərbəst buraxılması ilə RNT polimeraza fermentinin promotor yerindən bu operator yerindən sərbəst keçməsinə və beləliklə, Z struktur genlərinin hamısının transkripsiyasına imkan verir. , Y, & A.

Lac operonunun fəaliyyəti təkcə repressor molekulunun bağlanması və sərbəst buraxılmasından (modulyatorla) asılı deyil, həm də cAMP -dən asılıdır. Mediada/hüceyrədə qlükoza aşağı olduqda, hüceyrə cAMP konsentrasiyası artır. Bu artan cAMP miqdarı onun promotorun müəyyən bir yerində (ardıcıllıqda) bağlanması ilə nəticələnir.

Promouter saytını iki hissəyə bölmək olar:

(1) RNT polimerazanın bağlanması üçün yer

(2) Katabolit gen aktivator zülalı (CAP) adlı zülal üçün yer.

RNT polimeraz, yalnız CAP promotor ardıcıllığına bağlı olduqda və CAP yalnız cAMP ona bağlı olduqda və cAMP yalnız hüceyrə konsentrasiyası artdıqda CAP -a bağlandıqda promotora bağlana bilər. qlükozadan məhrumdur və buna görə də bu şəkərlərin istifadəsini asanlaşdırır və laktozanın olması onu allolaktoza çevirir.

Operator saytından repressor zülalını buraxaraq və istehsal edən üç struktur geninin məhsullarını istehsal edərək, lac operon genlərini işə salmaq üçün müsbət bir modulyator rolunu oynayır.

(1) Hüceyrələr tərəfindən laktoza qəbulunu gücləndirən membran zülalı β-qalaktozid permease

(2) laktozanı allolaktoza, sonra qlükoza və qalaktoza hidroliz edən β-qalaktosidaz

(3) funksiyası məlum olmayan tioqalakatozidaza-transasetilaz fermenti.

Hüceyrə üçün qlükoza yenidən mövcud olduqda, sitozolda cAMP konsentrasiyası və şitrasiya azalır, nəticədə onun CAP-dən ayrılması ilə nəticələnir, bu da öz növbəsində promotor yerindən CAP-nin sərbəst buraxılması ilə nəticələnir və bu da öz növbəsində RNT polimeraza fermentinin hüceyrədən ayrılması ilə nəticələnir. promotor sahəsi və daha da promotorla bağlanmasının qarşısını alır.

Bu, yenə də struktur genlərin sintezinin azalması ilə nəticələnir, onlardan biri beta-qalaktosidazadır ki, bu da allolaktozanın aşağı istehsalına (yaxud allolaktoza sintezinin olmamasına) səbəb olur, bu da öz növbəsində repressor zülalın (I genindən əmələ gələn) olması ilə nəticələnir. modulatordan məhrumdur və beləliklə, operator yerində sərbəst bağlanır, bununla da RNT polimerazanın hərəkətinin qarşısını alır və bununla da lak operonun inhibəsi ilə nəticələnir.

Hər bir metabolitin fərqli sayda struktur genləri olan öz operonları vardır və bu metabolitin genləri lazım olduqda və lac operonunun mexanizmi kimi oxşar bir mexanizm ilə işə salınır və lazım olmadıqda söndürülür.

Digər operonlar və onların təfərrüatları aşağıdakı kimidir:

Bakteriyalarda olan bütün operonlar yalnız genlərini tamamilə açaraq söndürərək fəaliyyət göstərmirlər. Bəzi operonlar hüceyrənin ehtiyacından asılı olaraq transkripsiyanın zəifləməsi adlanan mexanizmlə, yəni fermentlərin sintez sürətinin ləngiməsi ilə diferensial sürətlərdə fəaliyyət göstərirlər. amin turşularının sintezində iştirak edən fermentlər (His).

Transkripsiyanın zəifləməsi, transkripsiyanın normal olaraq başladığı, lakin tam operon genlərinin transkripsiyasından əvvəl qəfil dayandırıldığı bir prosesdir. Transkripsiyanın zəifləmə tezliyi operonun nəzərdə tutulduğu xüsusi amin turşusunun hüceyrə konsentrasiyasından asılıdır.

Onun operonunun zəifləməsi:

Bakteriyalarda transkripsiya və tərcümə bir -biri ilə sıx bağlıdır. RNT-nin transkripsiya sürəti ilə həmin zülalın çevrilmə sürəti demək olar ki, eynidir. Hüceyrədə amin turşusu mübadiləsi üçün transkripsiya olunmuş RNT -lərin əksəriyyəti müxtəlif tamamlayıcı daxili baza cütləşmə ardıcıllıqlarına malikdir. Məsələn, aşağıdakı RNT-nin Onun operonu üçün transkripsiya edilən hissəsidir və bu da eyni vaxtda tərcümə olunur.

2 və 3 ardıcıllığı tamamlayıcıdır və bir-biri ilə əsas cüt ola bilər. Eynilə, 3 və 4-cü ardıcıllıqlar da tamamlayıcıdır və bir-biri ilə əsas cütləşə bilər. 2 və 3 əsas cütləşərsə, transkripsiya normal davam edə bilər və 3 və 4 baza cütləşsə, DNT -də bir saç pin quruluşunun meydana gəlməsi səbəbiylə transkripsiyanın dayandırılması kimi transkripsiyaya son verilir. 2 & amp 3 və ya 3 & amp 4 ardıcıllıqları arasında əsas cütləşmə mRNT-nin tərcümə sürətindən asılıdır, bu da öz növbəsində hüceyrədə histidinin konsentrasiyasını əks etdirən His-tRNA His konsentrasiyasından asılıdır.

His-tRNA His konsentrasiyası və tərifi daha çoxdursa və tərcümə sürəti çox yüksəkdirsə, saytın 3-ü köçürülməzdən əvvəl 2-ci saytdan keçərsə, bu, saytın 3 bazası ilə 4-cü saytın cütləşməsi ilə nəticələnir. transkripsiyanın dayandırılması ilə nəticələnir.

Digər tərəfdən, His-tRNA-nın konsentrasiyası aşağı olduqda, tərcümə sürəti çox yavaş olur və buna görə də tərcümə prosesi mRNA-nın 2-ci sahəsini 3-cü zaman (ardıcıllıqla) zaman nahiyəsinə köçürmür transkripsiyanın davamında, çünki bu, 2 və amp 3 saytların əsas cütləşməsi ilə nəticələnəcək və buna görə də 3-cü sayt 4-cü sahə ilə baza cütləşməsi üçün pulsuz deyil. Beləliklə, bu, Onun operonunun davamlı işləməsi ilə nəticələnir.

Eukariotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi:

Eukariotlarda olan genlər də prokaryotların genləri ilə az-çox eyni şəkildə tənzimlənir, lakin tənzimləmə əsasən müsbətdir və çox nadir hallarda mənfi tənzimləmə müşahidə olunur. Yüksək eukaryotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi yalnız müsbət modulyasiya ilə həyata keçirilir və genlərin/operonun mənfi inhibəsi tamamilə yoxdur.

Lakin mayada bəzi genlər mənfi modulyasiya ilə tənzimlənir. Bundan əlavə, transkripsiya prosesi və tərcümə eukaryotlar arasında fiziki bir ayrılıq var, çünki transkripsiya nüvədə baş verir və tərcümə sitozolda baş verir.

Gen tənzimlənməsi yalnız müsbət tənzimləmə ilə olur. Genlərin əksəriyyəti eukariotlarda normal olaraq qeyri-aktivdir, yəni RNT polimerazaları promotorlara bağlana bilmir. Hüceyrələr yalnız həmin hüceyrədə tələb olunan genlərin kiçik alt dəstinin transkripsiyasını aktivləşdirmək üçün lazım olan aktivləşdirici zülalların seçilmiş qrupunu sintez edir.

(a) TATA qutusu (b) GC qutusu və (c) CAT qutusu kimi təyin edilmiş daha yüksək eukaryotlarda RNT polimeraza promotor sahələri üçün ən azı beş tənzimləyici sahə var. Mayada iki növ promotor ardıcıllığı var, yəni TATA qutusu və UAS, yəni yuxarı aktivator ardıcıllığı.

Bu ardıcıllıqlar RNT polimerazanın bağlanması üçün tələb olunan TF-II-D adlı transkripsiya faktorları üçün bağlanma yerləridir. Bu ardıcıllıqların hər biri xüsusi olaraq transkripsiya faktorları adlanan bir və ya bir neçə tənzimləyici zülal tərəfindən tanınır və bağlanır. Bu tənzimləyici ardıcıllıqlar əsas gendən təxminən 1000 baza uzaqlıqda yerləşir, buna görə də əsas geni aktivləşdirmək üçün əsas gen ardıcıllığına çata bilən zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsi tələb olunur.


Lac-Operon komponentləri

Bir operon ilk növbədə iki elementdən və ya gendən ibarətdir:

Tənzimləyici elementlər

Buraya aşağıdakı bölgələr daxildir:

  • Promotor Bölgəsi: Bu kodlar Lac-P geni. O, tənzimləyici ilə operator arasındadır. RNT-polimeraza bu sahəyə bağlanır, çünki promotor bölgə transkripsiyaya başlayır. 100 əsas cüt uzunluğundadır. Palindromik ardıcıllıqlardan ibarətdir. Bu sayt struktur genlərin və ya m-RNT-nin transkripsiyasını təşviq edir və idarə edir. Repressorun tənzimləyici genləri promotor bölgənin fəaliyyətini tənzimləyir.
  • Operator Bölgəsi: Kodlaşdırır Lac-O geni. Bir təşviqatçı ilə struktur gen (Lac-Z) arasında yerləşir. O, transkripsiyanın baş verib-verməyəcəyinə qərar verən operator açarını ehtiva edir. Tənzimləyici gen operatora bağlanır.
  • Tənzimləyici Bölgə: Bu tənzimləyici geni kodlaşdırır (Lac-I) promotor və operator geninin fəaliyyətinə nəzarət edən. Bu tənzimləyici gen "adlı tənzimləyici zülallar istehsal edir.Repressor zülalları”Təşəbbüskarına və operatoruna bağlana bilər.

Struktur elementlər

Bunlar protein sintezi üçün genləri ehtiva edən DNT bölgələridir və üç növdür:

  • Lac-Z: Fermenti kodlayır beta-qalaktosidaza.
    Funksiya: Beta-qalaktosidaza laktozanın qalaktoza və qlükoza alt hissələrinə hidrolizinə səbəb olur.
  • Lac-Y: Fermenti kodlayır laktoza keçiriciliyi.
    Funksiya: Laktoza keçiriciliyi hüceyrəyə laktoza gətirir.
  • Lac-A: Enzim üçün kodlar tiogalaktozid transasetilaza.
    Tiogalaktozid transasetilaz funksiyası çox aydın deyil, ancaq beta-qalaktosidaz fermentinin fəaliyyətinə kömək edir.

Bu üç, yəni Lac Z, Y və A genləri bir-birinə bitişikdir. Buna görə də promotor, operator, repressor və struktur genlər kimi bütün elementlər birlikdə adlanan bir vahid təşkil edir. Operon.

Prokaryotlarda gen ifadəsinə nəzarət

Prokaryotlarda Lac-operon sistemi iki yolla idarə olunur:

Lac-Operonun müsbət nəzarəti

Buna da deyilir Müsbət induksiya sistemi və aşağıdakı addımları əhatə edir:

  1. Birincisi, tənzimləyici bir gen, repressor zülalını ifadə edir.
  2. Bundan sonra repressor zülalları tənzimləyici genin ifadəsi ilə istehsal olunur.
  3. Bir repressor zülalının operator və induktor (laktoza) üçün bağlanma yerləri var.
  4. Laktoza induktor olaraq mövcud olduqda, repressor zülalı ilə bağlanır və R+I kompleksi əmələ gətirir.
  5. İnduktorun repressorla bağlanmasından sonra kompleks repressorun operatora bağlanmasını bloklayır.
  6. Repressor zülalı operatoru bloklamadığından, RNT polimeraza promotorla birləşir və mRNT-ni transkripsiya etmək üçün daha da irəliləyir.

Bu konsepsiya kimi tanınır yandırmaq, qoşmaq Lac-operon (induktorun iştirakı ilə).

Lac-Operonun mənfi nəzarəti

Buna da deyilir Repressor sisteminə mənfi nəzarət. Buraya aşağıdakı addımlar daxildir:

  1. Birincisi, tənzimləyici gen repressor tərəfindən ifadə edilir.
  2. Tənzimləyici bir genin ifadəsindən sonra repressor zülalı istehsal olunur.
  3. İnduktor və ya laktoza olmadıqda, repressor zülalı birbaşa operatora bağlanır.
  4. Bu, RNT polimerazanın hərəkətini və promotora bağlanmasını maneə törədir.
  5. Nəhayət, mRNA transkripsiyası baş verməyəcək.

Bu konsepsiya kimi tanınır söndürmək Lac-operon (induktorun olmaması ilə).


Metodlar

Yosun suşları, böyümə şəraiti və hüceyrə müalicəsi

Növbəti Chlamydomonas reinhardtii strains were used: wild-type cw15–325 (mt+, cw15, arg7), which was kindly provided by Dr. M. Schroda (University of Kaiserslautern, Germany) and transformants with reduced THB1 obtained from cw15–325 amiTHB1–11 (mt+, cw15), amiTHB1–14 (mt+, cw15) və amiTHB1–23 (mt+, cw15) [29]. The 305 mutant (mt nit1) affected in NAD(P) H-NR activity and without diaphorase-NR activity was originally obtained from the wild type 6145c (mt ) [30]. The 305 and 6145 strains were kindly provided by Dr. E. Fernández (University of Cόrdoba, Spain).

Cells were grown mixotrophically in tris-acetate-phosphate (TAP) medium (https://www.chlamycollection.org/methods/media-recipes/tap-and-tris-minimal/) containing 7.5 mM NH4Cl instead of NH4NO3 under continuous illumination with white light (fluence rate of 45 μmol m − 2 s − 1 ) at 22 °C with constant orbital agitation at 90 rpm. The TAP medium was supplemented with 100 mg L − 1 of arginine when required. Cells were collected at the midexponential phase of growth by centrifugation (4000 g, 5 min), washed twice with 10 mM potassium phosphate, pH 7, before being transferred to the induction media containing the different sources of nitrogen and chemicals. At each harvesting times the number of viable cells were counted microscopically with use of 0.05% (v/v) Evans blue (DIA-M, Russia) as described [31]. Non-viable (stained) and viable (unstained) cells were counted. Four-hundred cells from each sample were scored for three biological replicates.

Determination and calculations of total chlorophyll (μg/ml) were performed as previously described [29, 32].

The compounds DEA-NONOate [2-(N, Ndiethylamino)-diazenolate 2-oxide sodium salt] and ODQ [1H-(1,2,4])oxadiazolo(4,3-a) quinoxalin-1-one] are from Sigma-Aldrich.

Gene expression analysis

The total RNA was isolated with Trizol according to the manufacturer’s instructions (Invitrogen, USA). To remove genomic DNA, the RNA samples were treated with RNase-Free DNase I (Fermentas). Subsequently, RNA concentration and purity (260/280 nm ratio) was determined using spectrophotometer (SmartSpec Plus, Bio-Rad).

Revert Aid HMinus First Strand cDNA Synthesis Kit (Thermo Scientific) was used for reverse transcription reaction. The primer pairs for RTqPCR are given in Additional file 1: Table S1. RT qPCR was performed with a CFX96 Real-Time PCR Detection System (Bio Rad) using SYBR Green I according to [33]. Gene expression ratios were calculated with the ΔΔCt method [34]. The RACK1 (receptor of activated protein kinase C Cre13.g599400) gene was chosen as the control housekeeping gene. All reactions were performed in triplicate with at least three biological replicates. Significant differences between experiments were evaluated statistically by standard deviation and Student’s t-test methods.

Protein gel blot analysis

The protein content was determined with amido black staining and protein gel blot analysis was performed as described [33, 35]. After separation by SDS-PAGE on a 12% polyacrylamide 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.


Prokaryotlarda gen ifadəsinin tənzimlənməsi (diaqramla)

(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 məs. 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.

Rəqəmlər

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.

Təcrübə sualı

What is the role of an activator?

Repressor

When an amino acid is present, it associates with the met 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.


Xromatinin rolu

Transkripsiya repressorları tez-tez genlərin tənzimlənməsində iştirak etsə də, yadda saxlamaq lazımdır ki, eukaryotik hüceyrələrdə DNT-nin özü genləri repressiya olunmuş vəziyyətdə saxlamağa meyllidir. Eukaryotik DNT, DNT-ni nüvənin içərisinə sığacaq şəkildə yığcam bir formada qablaşdırma təsirinə malik olan histon oktamerləri adlanan zülal komplekslərinin ətrafına sarılır. Bununla belə, bu, tənzimləyici amillərin onların hədəf saytlarına çıxışını məhdudlaşdırır. Transkripsiya aktivatorlarının mexanizmləri üzə çıxarıldıqca, xromatinin səbəb olduğu repressiyaları aradan qaldıraraq fəaliyyət göstərən daha çox tapılır. Buna misal olaraq ilk dəfə mayada müəyyən edilmiş Swi/Snf protein kompleksini göstərmək olar. Kompleksin komponentlərindəki mutasiyalar müəyyən hədəf genlərin fəaliyyətinin azalması ilə nəticələndi. Sonradan məlum oldu ki, histon genlərindəki mutasiyalar həmin hədəf genlərin normal fəaliyyətini bərpa etdi, başqa sözlə histon genlərindəki mutasiyalar Swi/Snf mutasiyalarını bir şəkildə kompensasiya etdi. Bu, histonların və Swi/Snf-nin müəyyən şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olduğunun göstəricisi idi və Swi/Snf-nin histonun DNT-yə bağlanmasını pozaraq fəaliyyət göstərə biləcəyini irəli sürdü. Daha sonra aparılan biokimyəvi təcrübələr bunun həqiqətən də belə olduğunu göstərdi. Swi/Snf tam olmasa da dissosiasiya etmək histonları DNT-dən çıxarır, onları gevşetir, bu da bir çox aktivatorun bağlanmasına imkan verir. Swi/Snf yalnız bir alt qrup genlərin aktivləşdirilməsində iştirak edir və onun nə üçün bəzi promotorlarda, digərlərində deyil, fəaliyyət göstərməsi sualı intensiv araşdırma mövzusudur.

Xromatinin səbəb olduğu repressiyanı aradan qaldıran ikinci mexanizm histondur asetilizasiya . Histonlar müsbət yüklü zülallardır və buna görə də mənfi yüklü DNT ilə sıx qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Histonların asetilasiyası onların xalis müsbət yükünü azaldır, bu da onların DNT ilə qarşılıqlı əlaqəsini zəiflədir və transkripsiya faktorunun bağlanmasını artırır. İndi müxtəlif orqanizmlərdə bir neçə transkripsiya faktorunun asetiltransferazlar olduğu aşkar edilmişdir, onlar histonları asetilləşdirə bilirlər.

Bundan əlavə, maya və məməlilərdəki bəzi transkripsiya repressorlarının histon deasetilazlar olduğu aşkar edilmişdir. Əslində, metilləşdirilmiş DNT-yə bağlanan MeCP2 zülalının histon deasetilaz ilə kompleksdə fəaliyyət göstərdiyi aşkar edilmişdir. Beləliklə, metilasiya bu kompleksin bağlanmasına gətirib çıxaracaq, histonların deasetilasiyasına və daha qatılaşdırılmış xromatin quruluşuna səbəb olacaqdır. Metilləşdirilmiş DNT-nin transkripsiya baxımından qeyri-aktiv genlərlə əlaqəli olduğu çoxdan məlumdur və histon asetilasiyasının öyrənilməsinə girişlər nəhayət bunun üçün bir izahat verdi.


Müəllif məlumatı

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

Əlaqələr

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

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Töhfələr

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

Müəllif


Əlaqələr

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

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Siz həmçinin bu müəllifi PubMed Google Scholar-da axtara bilərsiniz

Müəllif


Videoya baxın: Gene expression التعبير الجيني (Oktyabr 2022).