Лекция 6

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)

www.kegg.org

ADP
ATP
NADH
NAD+
ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
-1 АТФ/моль глюкозы
-1 АТФ/моль глюкозы
+2 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
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
4

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
9
9
9
N
N N
N N
N N
N N
C-G T-A
C-G
A-T
C-G
G-C
A-T
T-A
T-A
NNNNN NNNNN
NNNNN NNNNN
A-T
A-T
T-A
C-G
G-C
T-A
G-C
A-T
G-C
N N
N N
N N
N N
N
N
N N
N N
N N
N N
C-G
T-A
C-G
A-T
C-G
G-C
A-T
T-A
T-A
NNNNN 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
фактор узнаваемые промоторы структура промотора
-35 бокс -10 бокс
σ70 Большинство генов TTGACAT TATAAT
σ32 Гены, активирующиеся при тепловом шоке TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA
σ28 Гены подвижности и хемотаксиса CTAAA CCGATAT
σ38 Гены стационарной фазы и ответа на стрессы ? ?
-24 Region -12 Region
σ54 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