Регуляция экспрессии генов прокариот Модель оперона Этапы

Регуляция экспрессии генов прокариот Модель оперона

Этапы реализации генетической информации • Системы регуляции экспрессии генов могут действовать на разных этапах реализации генетической информации • Они могут быть негативными или позитивными

Модель оперона была предложена в 1961 году Ф. Жакобом и Ж. Моно (F. Jacob, J. Monod)

Согласно модели оперона структурные гены делятся на две группы: • Конститутивные гены – транскрипция таких генов происходит постоянно и не требует регуляции • Индуцибельные гены – транскрипция этих генов регулируется с помощью специальных белков-регуляторов (репрессоров или активаторов)

Концепция оперона Жакоба и Моно • Оперон – это единица координированной транскрипции генов прокариот. • Оперон включает группу структурных генов, транскрипция которых происходит с общего промотора и регулируются одиночным оператором

Генетический контроль активности оперона • Регуляция активности каждого оперона находится под контролем гена-регулятора, который кодирует синтез регуляторного белка. • Ген-регулятор не входит в состав оперона и является конститутивным, т. е. его экспрессия происходит постоянно (нет оператора).

В состав оперона входят: • Группа сцепленных структурных генов, кодирующих синтез ферментов для единого метаболического процесса • • Регуляторные участки : Промотор Оператор Терминатор

Акцепторные (регуляторные) участки оперона: • Оператор (О) - участок ДНК, с которым связывается регуляторный белок (репрессор или активатор). • Промотор (Р) – участок ДНК для связывания с РНКполимеразой. Последовательности оператора и промотора перекрываются. • А-участок –участок ДНК для связывания белкаактиватора катаболизирующих оперонов (БАК) • Аттенюатор – участок ДНК, который содержит сигнал досрочной терминации транскрипции и регулирует длину транскрипта после инициации транскрипции

Для расщепления лактозы необходим фермент β-галактозидаза

Структура лактозного оперона

Регуляция активности lac-оперона ( в отсутствии лактозы)

Регуляция активности lac-оперона (при наличии лактозы)

Регуляция lac-оперона

При наличии глюкозы транскрипция lac-оперона блокируется • Репрессия оперона снимается, когда концентрация глюкозы падает

При низкой концентрации глюкозы из АТФ образуется циклический АМФ (ц. АМФ) : АТФ ↔ ц. АМФ

Позитивная регуляция катаболизирующих оперонов • БАК (САР-англ. ) – Белок-Активатор Катаболитных оперонов, который активируется при соединении с ц. АМФ • Образуется комплекс: • ц. АМФ + белок-активатор (БАК) • Комплекс ц. АМФ + БАК связывается со специфической последовательностью ДНК (А-сайт) и усиливает транскрипцию в 20 - 50 раз

Репрессия синтеза белков. Триптофановый и гистидиновый опероны Снижение концентрации фермента может осуществляться путем репрессии синтеза фермента. Если в среде есть аминокислоты, например триптофан или гистидин, то клетка перестает вырабатывать весь набор ферментов, необходимых для синтеза этих аминокислот. Такая репрессия называется репрессией конечным продуктом.

Репрессия синтеза белков. Триптофановый и гистидиновый опероны При отсутствии аминокислот Гис или Три регуляторный белок репрессор не имеет сродства к оператору и происходит синтез ферментов, осуществляющих синтез этих аминокислот. Когда в среде избыток аминокислоты, то эта молекула, получившая название «корепрессор» связывается с репрессором, который приобретает сродство к оператору и синтез ферментов прекращается.

Репрессибельный биосинтезирующий триптофановый (trp)-оперон

Нет триптофана – рибосома Продолжение транскрипции останавливается на участке 1 генов Рибосома Шпилька 2 Участок -3 № 1 м. РНК лидерной области Участок № 3 лидерной области Уридиловый хвост РНКполимераза (холофермент) UUUUU 2 триптофановых кодона Участок ДНК, содержащий триптофановый оперон Участок № 2 лидерной области Участок № 4 лидерной области

Есть триптофан – Отсутствие связей ДНК с м. РНК в рибосома осуществляет трансляцию других участках – отсоединение ДНК, и двигается по м. РНК терминация транскрипции Рибосома удерживает Шпилька 3 участок 2 -4 UUUUU Слабые связи U-A

Словарь-справочник Позитивная регуляция – Если уровень экспрессии генетической информации количественно возрастает, регуляция называется позитивной. Негативная регуляция – Если уровень экспрессии благодаря действию иных регуляторных элементов понижается, говорят о негативной регуляции. Цистрон – это минимальная экспрессируемая генетическая единица, кодирующая одну субъединицу белковой молекулы. Оперон – Участки молекулы ДНК, содержащие информацию о группе функционально связанных структурных белков и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов. Общая молекула и. РНК, образованная на структурных генах Lac-оперона содержит кодонов инициаторов …, кодонов терминаторов …. Три кодона инициатора и три кодона терминатора

Словарь-справочник Операторный локус – Определенный участок последовательности двуцепочечной ДНК, участвующий в регуляции транскрипции структурных генов. Регуляторный локус – Участок молекулы ДНК, кодирующий информацию о белке-репрессоре. Репрессор – Белок, присоединяющийся к оператору и блокирующий возможность присоединения к промотору РНК-полимеразы. Индуктор Lac-оперона – Молекулы лактозы, которые дерепрессируют Lac-оперон связываясь с репрессором и вызывая его уход с операторного участка. Негативный регулятор в работе Lac-оперона – Белок-репрессор. Позитивный регулятор в работе Lac-оперона – Лактоза; САР-белок в комплексе с с. АМР.

Словарь-справочник Амплификация – Многократное копирование гена в связи с повышенной потребностью организма в его продукте. Примером служат гены, кодирующие структуру р. РНК. Бокс Прибнова – Промотор имеет два сайта связывания для РНК-полимеразы. Один из ник обычно представляет собой нуклеотидную последовательность ТАТААТ АТАТТА (ТАТА-бокс, или бокс Прибнова состоит из 6 или 7 пар оснований и расположен на расстоянии примерно 10 нуклеотидов до того нуклеотида, с которого начинается транскрипция (+1). Последовательность Шайна – Дальгарно – Последовательность нуклеотидов, находящаяся вблизи 5‘-конца м. РНК связывающаяся с комплементарной 3‘-последовательностью р. РНК.