Лактозный оперон кишечной палочки

Схема негативной индукции Жакоба и Моно

Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении.

Z – b- галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу).

Y- b- галактозидпермеаза (переносит лактозу через мембрану клетки).

А – тиогалактозидтрансацетилаза (ацетилирует галактозу).

В отсутствие в клетке лактозы lac- оперон выключен. Активный белок – репрессор, кодируемый в моноцистронном опероне (LacI) , не имеющем оператора, связан с оператором lac-оперона. Поскольку оператор перекрывается с промотором, даже посадка РНК-полимеразы на промотор невозможна.

Как только некоторое количество лактозы попадает в клетку, две молекулы субстрата (лактозы) взаимодействуют с белком – репрессором, изменяют его конформацию – и он теряеет сродство к оператору.
Тут же начинается транскрипция lac-оперона и трансляция образующейся mРНК; три синтезируемых белка участвуют в утилизации лактозы.

Когда вся лактоза переработана, очередная порция репрессора, свободного от лактозы, выключает lac-оперон.

Эта схема называется так потому, что контролирующим транскрипцию фактором является негативный фактор, “выключатель” – белок – репрессор. Индукция (включение) происходит при потере сродства белка – репрессора к оператору.

Существует и позитивная регуляция работы lac-оперона E. coli.

Схема позитивной индукции

Аra-оперон E. сoli.

Когда в клетку попадает арабиноза, она взаимодействует с белком – репрессором. Белок – репрессор меняет конформацию и превращается из репрессора в активатор, взаимодейсивующий с промотором и облегчающий посадку РНК-полимеразы на промотор.

Эта схема регуляции называется позитивной индукцией, поскольку контролирующий элемент – белок – активатор “включает” работу оперона.

(другой вариант) Lac-оперон  состоит  из  кодирующей  области,  представленной  тремя

структурными генами, ответственными за синтез ферментов: β-галактозидазы, β-галактозидпермеазы и β-галактозидтрансацетилазы; а также из промоторно-операторной  области.  Оператор  представляет  собой  небольшой  участок  ДНК,  граничащий  с  первым  структурным  геном.  С оператором  может  связываться  белок-репрессор,  блокируя  инициацию транскрипции. Промотор – это небольшой участок ДНК перед оператором. Он служит местом связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы  и от него начинается транскрипция ДНК. Оператор  и  промотор  в  некоторой  степени  перекрываются  таким  образом, что когда репрессор связан с ДНК в области оператора, то РНК-полимераза не может связаться с промотором и транскрипция структурных генов  не  происходит.  Следовательно,  промотор,  оператор  и  структурные гены образуют оперон. Транскрипционная активность входящих в оперон генов регулируется специальным геном-регулятором, или регуляторным геном (ген R),который может располагаться рядом со структурными генами или на некотором расстоянии от них. Ген R кодирует синтез специфического белка-репрессора. Репрессор – аллостерический белок, имеющий два центра связывания:  один  центр  узнает  оператор,  другой – взаимодействует  с эффектором или индуктором. Для Lac-оперона индуктором является лактоза,  которая  связывается  с  репрессором,  переводит  его  в  неактивную форму, в результате чего репрессор отсоединяется от оператора.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

  07.03.201643.04 Mб23Мондор Г. – Неотложная диагностика. Живот (2 тома)Том 2.djvu

• #
• #
• #
• #

Схема строения и работы оперона

Регуляция у прокариот

Транскрипция хорошо регулируется

Внешний вид вторичной структуры тРНК после процессинга

Строение модифицированных уридиловых нуклеотидов

Процессинг предшественника транспортной РНК

1. Модификация нуклеотидов в молекуле путем дезаминирования, метилирования, восстановления.
Например, образование псевдоуридина и дигидроуридина.

2. Формирование антикодоновой петли происходит путем сплайсинга (вернуться вверх) и удаления интрона в средней части пре-тРНК.

3. Формирование на 3′-конце последовательности ЦЦА. Для этого у одних пре-тРНК с 3′-конца удаляются лишние нуклеотиды до “обнажения” триплета ЦЦА, у других идет присоединение этой последовательности.

Так как транскрипция связывает ядро– “мозг” клетки, ее “банк знаний” и белки, “рабочих лошадок” клетки, то от качества и активности транскрипции зависит объем синтеза тех или иных белков, жизнедеятельность клетки, ее способность адаптироваться к окружающей обстановке.

У прокариот и эукариот регуляция транскрипции происходит, естественно, по-разному, хотя некоторые моменты похожи.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется на уровне изменения скорости синтеза мРНК. В настоящее время принята теория оперона, сформулированная Франсуа Жакобом и Жаком Моно. В основе теории лежат следующие понятия:

· оперон– группа тесно связанных между собой генов, которые программируют образованиеструктурных белков и ферментовв клетке,

· конституитивные ферменты – те, которые присутствуют в клетках всегда, независимо от ее активности и условий,

· индуцибельные ферменты – те, которые программируются опероном и синтезируются при необходимости,

· ген-регулятор – ген, регулирующий работу оперона, но не входящий в его состав. Он синтезирует белок-регулятор (чаще называемый белок-репрессор), который может быть в активной или неактивной форме,

· ген-оператор – участок ДНК, способный связываться с белком-регулятором, и “решающий” нужно работать РНК-полимеразе или нет.

Предложены две схемы регуляции скорости транскрипции: по механизму индукции (лактозный оперон) и помеханизму репресии (триптофановый оперон).

Лактозный оперон в целом отвечает за катаболизм лактозы.

При изучении E.coli было замечено, что в клетке может быть две взаимоисключающие ситуации:

· активность одного из ферментов катаболизма лактозы низка, если в среде имеетсяглюкоза.

· активность этого фермента резко повышаетсяв обратной ситуации, т.е. при отсутствии глюкозыи приналичии лактозы.

На основании наблюдений была предложена схема регуляции оперона по механизму индукции:

1. В отсутствие лактозы активный белок-репрессор связывается с оператором и блокирует синтез мРНК, кодирующей ферменты катаболизма лактозы. В результате эти ферменты не образуются.

2. Если глюкозы нет, алактоза есть, то последняя связывается с белком-репрессором и ингибирует его, не давая связаться с геном-оператором. Это позволяет РНК-полимеразе считывать информацию, отвечающую за синтез ферментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.

Таким образом, лактоза является индукторомтранскрипции.