Информация

Генная регуляция: Бактериальная * # - Биология

Генная регуляция: Бактериальная * # - Биология


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.

Примеры регуляции бактериальных генов

В этом разделе описаны два примера регуляции транскрипции у бактерий. Используйте эти примеры, чтобы узнать некоторые основные принципы механизмов регуляции транскрипции. Ищите в классе, в обсуждениях и в руководствах по развитию этих идей и используйте их для объяснения регуляторных механизмов, используемых для регулирования других генов.

Примеры регуляции генов в Кишечная палочка

ДНК бактерий иархеиобычно организованыв одну или несколько кольцевых хромосом в цитоплазме. Плотный агрегат ДНК, способныйбыть увиденнымна электронных микрофотографияхназываетсянуклеоид. У бактерий и архейгенычье выражение необходимобыть скоординированным(например, гены, кодирующие белки, участвующие в одном и том же биохимическом пути)часто сгруппированытесно вместе в геноме. Когда экспрессия нескольких геновконтролируетсяодним и тем же промоутером и одной расшифровкойпроизводитсяэти единицы выраженияназываютсяопероны. Например, в бактерии Escherichia coli - все гены, необходимые для использования лактозызакодированырядом друг с другом в геноме. Мы называем это расположение лактозой (или лак) оперон. У многих бактерий и архей почти 50% всех геновзакодированына опероны двух и более генов.

Роль промоутера

Первый уровень контроля экспрессии генов находится на самом промоторе. Некоторые промоторы привлекают РНК-полимеразу и превращают эти события связывания ДНК с белком в транскрипты более эффективно, чем другие промоторы. Это неотъемлемое свойство промотора - его способность производить расшифровку с определенной скоростью,переданкакпромоутерсила. Чем сильнее промоутер,чем больше производится РНКв любой данный период времени. Сила промоутера можетбыть "настроенным"по природе вочень маленькийили очень большие шаги путем изменения нуклеотидной последовательности промотора (например, мутации промотора). Это приводит к появлению семейств промоутеров с разными сильными сторонами, которые могутпривыкнуть кконтролировать максимальную скорость экспрессии определенных генов.

Связь со студентами Калифорнийского университета в Дэвисе:

Группа студентов Калифорнийского университета в Дэвисе, интересующихся синтетической биологией, использовала эту идею для создания синтетической биологии.промоутербиблиотеки инженерных микробов в рамках их дизайн-проекта на 2011 г. iGEM конкуренция.

Пример # 1: Trp Operon

Логика регулирования биосинтеза триптофана

Кишечная палочка, как и всем организмам, для выживания необходимо синтезировать или потреблять аминокислоты. Аминокислота триптофан одна из таких аминокислот. Э. кишечная палочка может либо импортировать триптофан из окружающей среды (поедая то, что он может собрать из окружающего мира), либо синтезировать триптофан de novo с использованием ферментов, кодируемых пятью генами. Эти пять геновпроживатьрядом друг с другом в Кишечная палочка геном в том, что мы называем триптофан (trp) оперон (Рисунок ниже). Если в окружающей среде присутствует триптофан, то Кишечная палочка нет необходимости синтезировать его, и переключатель, контролирующий активацию генов в trp оперон выключается. Однако, когда доступность триптофана в окружающей среде низкая, переключатель, управляющий оперономповернутна,транскрипция инициирована, генывыражены, а организм синтезирует триптофан. См. Рисунок и параграфы ниже для объяснения механизма.

Организация trp оперон

Пять генов, кодирующих ферменты биосинтеза триптофана

расположены

последовательно на хромосоме и находятся под контролем одного промотора - т.е. естественного отбора

организовал этигены

в оперон. Непосредственно перед областью кодирования находится сайт начала транскрипции. Это, как следует из названия, место, где РНК-полимераза запускает новый транскрипт. Последовательность промотора расположена дальше от сайта начала транскрипции.

Последовательность ДНК, называемая «оператором»

также закодирован

между промоутером и первым trp кодирующий ген. Этот оператор представляет собой последовательность ДНК, с которой будет связываться белок фактора транскрипции.

Еще несколько подробностей о сайтах привязки TF

Следует отметить, что использование термина «оператор» ограничивается лишь несколькими регуляторными системами и почти всегда относится к сайту связывания для отрицательно действующего фактора транскрипции. Концептуально вам нужно помнить, что в ДНК есть сайты, которые взаимодействуют с регуляторными белками, позволяя им выполнять свои соответствующие функции (например, репрессировать или активировать транскрипцию). Эта тема будет повсеместно повторяться в биологии независимо от того, используется ли термин «оператор»

используется

.

Хотя конкретные примеры, которые вам будут показаны, изображают сайты привязки TF в их известных местоположениях, эти местоположения не универсальны для всех систем. Сайты связывания факторов транскрипции могут варьироваться по расположению относительно промотора. Существуют некоторые закономерности (например, положительные регуляторы часто находятся выше промотора, а отрицательные регуляторы связываются ниже по течению), но эти обобщения верны не для всех случаев. Опять же, важно помнить, что факторы транскрипции (как положительные, так и отрицательно действующие) имеют сайты связывания, с которыми они взаимодействуют, чтобы помочь регулировать инициацию транскрипции РНК-полимеразой.

Пять генов, необходимых для синтеза триптофана в группе E. coli, расположены рядом друг с другом вtrpоперон. Когда триптофана много, две молекулы триптофана связываются с фактором транскрипции и позволяют комплексу ТФ-триптофан связываться с операторной последовательностью. Это физически блокирует РНК-полимеразу от транскрипции генов биосинтеза триптофана. Когда триптофан отсутствует, фактор транскрипции не связывается с оператором игены транскрибируются.
Атрибуция:Марк Т. Фаччиотти (собственная работа)

Регулирование trp оперон

Когда триптофан присутствует в клетке: две молекулы триптофана связываются с trp белок-репрессор. Когда триптофан связывается с фактором транскрипции, он вызывает конформационные изменения в белке, которые теперь позволяют комплексу ТФ-триптофан связываться с trp последовательность операторов. Связывание комплекса триптофан-репрессор у оператора физически препятствует связыванию РНК-полимеразы и транскрипции нижележащих генов. Когда триптофан отсутствует в клетке, фактор транскрипции не связывается с оператором; следовательно, транскрипция продолжается, гены утилизации триптофана

записаны

и переведено, и триптофан

таким образом синтезируется

.

Поскольку фактор транскрипции активно связывается с оператором, чтобы выключить гены, trp оперон

говорят

к

быть "негативно регулируемым

"и белки, которые связываются с оператором, чтобы заставить замолчать trp выражение негативные регуляторы.


Возможное обсуждение NB Точка

Предположим, природа применила другой подход к регулированию оперона trp. Предложите метод регулирования экспрессии trp оперон с положительным регулятором вместо отрицательного регулятора. Опишите, как это может работать. (Намекать: мы задаем такой вопрос на экзаменах)


Внешняя ссылка

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о trp оперон.

Пример № 2: лак оперон

Обоснование изучения лак оперон

В этом примере мы исследуем регуляцию генов, кодирующих белки, физиологическая роль которых заключается в импорте и ассимиляции дисахарида лактозы, лак оперон. История регулирования лак Оперон - типичный пример, используемый на многих вводных курсах биологии для иллюстрации основных принципов индуцибельной регуляции генов. Мы описываем этот пример вторым, потому что он, по нашей оценке, более сложен, чем предыдущий пример, связанный с активностью одного отрицательно действующего фактора транскрипции.

Напротив,

регулирование лак Оперон - прекрасный пример того, как скоординированная активность положительных и отрицательных регуляторов вокруг одного и того же промотора может объединять несколько различных источников клеточной информации для регулирования экспрессии генов.

Проходя этот пример, не забывайте о последнем пункте. Для многих инструкторов Bis2a важнее выучить лак оперон история и руководящие принципы, чем вы должны запомнить логическую таблицу, представленную ниже. В этом случае инструктор обычно сообщает вам об этом. Эти инструкторы часто намеренно НЕ включают экзаменационные вопросы по лак оперон. Скорее, они проверит вас, понимаете ли вы фундаментальные принципы, лежащие в основе регуляторных механизмов, которые вы изучаете на примере lac-оперона. Если непонятно, чего хочет инструктор, спросите.

Использование лактозы

Лактоза - это дисахарид, состоящий из гексоз, глюкозы и галактозы. Обычно мы встречаем лактозу в молоке и некоторых молочных продуктах. Как можно догадаться, дисахарид может быть важным пищевым продуктом для микробов, которые могут использовать его две гексозы. кишечная палочка может использовать несколько разных сахаров в качестве источников энергии и углерода, в том числе

лактоза

и лак оперон это структура, которая кодирует гены, необходимые для

приобретать

и переработать лактозу из местной окружающей среды. кишечная палочка, однако, не часто встречается с лактозой, и поэтому гены лак оперон обычно

быть подавленным

(т.е. «выключено»), когда лактоза отсутствует. Транскрипция этих генов при отсутствии лактозы будет тратить драгоценную клеточную энергию.

Напротив, когда

присутствует лактоза, было бы логично предположить, что гены, ответственные за использование сахара,

быть выраженным

(т.е. "включен"). Пока что история очень похожа на описанную выше с триптофановым опероном.

Однако здесь есть одна загвоздка. Эксперименты, проведенные в

1950-е годы

Якоба и Моно показали, что Кишечная палочка предпочитает использовать всю глюкозу, присутствующую в окружающей среде, до использования лактозы. Это означает, что механизм, использованный для принятия решения

так или иначе

для экспрессии гены утилизации лактозы должны иметь возможность интегрировать два типа информации (1) концентрацию глюкозы и (2) концентрацию лактозы. Хотя теоретически это могло

быть выполненным

разными способами, мы рассмотрим, как лак operon выполняет это за счет использования нескольких факторов транскрипции.

Регуляторы транскрипции лак оперон

В лак репрессор - прямой датчик лактозы

Как уже отмечалось, лак оперон обычно имеет очень низкий уровень транскрипции или его отсутствие в отсутствие лактозы. Это происходит из-за двух факторов: (1) сила конститутивного промотора для оперона относительно низкая и (2) постоянное присутствие репрессорного белка LacI отрицательно влияет на транскрипцию. Этот белок связывается с участком оператора рядом с промотором и блокирует транскрипцию РНК-полимеразы лак гены оперона.Напротив, еслиприсутствует лактоза, лактоза будет связываться с белком LacI, вызывая конформационные изменения, которые препятствуют связыванию комплекса LacI-лактоза с его сайтами связывания. Следовательно, когда присутствует лактоза, отрицательный регуляторный LacIне связанк его сайту связывания и транскрипция лактозы с помощью генов может продолжаться.

Белок CAP - непрямой датчик глюкозы

В Кишечная палочка, когда уровень глюкозы падает, небольшая молекула циклический AMP (лагерь) накапливается в клетке.

лагерь

это обычная сигнальная молекула, которая

вовлечен

в глюкозе и энергетическом обмене у многих организмов. Когда уровень глюкозы в клетке снижается, возрастающие концентрации

лагерь

позволяют этому соединению связываться с положительным регулятором транскрипции, называемым белок-активатор катаболита (CAP) - также называется CRP.

лагерь

-CAP комплекс имеет множество сайтов по всей Кишечная палочка геном и многие из этих сайтов

расположены

рядом с промоторами многих оперонов, контролирующих процессинг различных сахаров.

в лак оперон

лагерь

-CAP сайт привязки

расположен

перед промотором. Связывание

лагерь

-CAP к ДНК помогает набирать и удерживать РНК-полимеразу на промоторе. Повышенная активность РНК-полимеразы по отношению к ее промотору.

, по очереди,

приводит к увеличению выхода транскрипции. Здесь белок CAP действует как положительный регулятор.

Обратите внимание, что CAP-

лагерь

В других оперонах комплекс может также действовать как негативный регулятор в зависимости от того, где находится сайт связывания CAP-

лагерь

сложный

расположен

относительно сайта связывания РНК-полимеразы.

Собираем все вместе: стимулирование экспрессии lac-оперона

Для лак оперонбыть активированным,должны быть выполнены два условия. Во-первых, уровень глюкозы должен быть очень низким или отсутствовать. Во-вторых, обязательно должна присутствовать лактоза. Только когда глюкоза отсутствует и присутствует лактоза, будетвлакоперонбыть записанным. Когда это состояниеДостигнутвLacI-Лактозный комплекс отделяет негативный регулятор от промотора, освобождая РНК-полимеразу для транскрипции генов оперона. Высокийлагерь(косвенно указывает на низкий уровень глюкозы) уровни вызывают образование CAP-лагерьсложный. Эта пара TF-индукторов теперь связывается рядом с промотором и действуетположительно набиратьРНК-полимераза. Это дополнительное положительное влияние увеличивает вывод транскрипции.а такжелактоза можетэффективно использоваться.Описан механизм выхода других комбинаций условий бинарной глюкозы и лактозы.в таблице ниже и на следующем рисунке.

Таблица истинности для Lac Operon

Транскрипция лак оперонатщательно регулируетсятак что его экспрессия происходит только тогда, когда глюкозаограниченоа лактоза служит альтернативным источником топлива.
Атрибуция:Марк Т. Фаччиотти (собственная работа)

Сигналы, которые вызывают или подавляют транскрипцию лак Оперон
ГлюкозаCAP связываетЛактозаРепрессор связываетТранскрипция
+--+Нет
+-+-Некоторые
-+-+Нет
-++-да

Более подробный взгляд на функцию Lac Repressor

Описание функции lac-репрессора правильно описывает логику механизма управления, используемого длялакпромоутер. Однако молекулярное описание сайтов связывания несколько упрощено. В действительности, lac-репрессор имеет три похожих, но не идентичных сайта связывания, называемых Оператором 1, Оператором 2 и Оператором 3. Оператор 1 находится очень близко к сайту начала транскрипции (обозначенному +1).Оператор 2 находитсяоколо + 400nt в кодовую областьLacZбелок.Оператор 3 находитсяпримерно -80nt перед сайтом начала транскрипции (сразу «вне» сайта связывания CAP).

Регуляторная область lac-оперона, изображающая промотор, три оператора lac и сайт связывания CAP.Кодирующая область для белка Lac Z также показана.относительно операторных последовательностей. Обратите внимание, что два оператора находятся в кодирующей области белка - есть несколько разныхтипыинформация одновременно закодирована в ДНК.
Атрибуция:Марк Т. Фаччиотти (собственная работа)

Тетрамер lac-репрессора (синий) изображает связывание двух операторов на нити петлевой ДНК (оранжевый).
Атрибуция:Марк Т. Фаччиотти (собственная работа) - адаптировано из Goodsell (https://pdb101.rcsb.org/motm/39)


Генная регуляция: Бактериальная * # - Биология

Пример: два растения с белыми цветками скрещиваются, давая пурпурные цветы, хотя пурпурный преобладает.
Каждый из них содержит мутации в разных генах, кодирующих разные ферменты, необходимые для создания пурпурного пигмента.

Анализ комплементации проще всего провести на бактериях, грибах или C. elegans, где можно получить множество мутантов данного фенотипа.

Если мы выделим большое количество штаммов с одним и тем же дефектным фенотипом, мы сможем скрестить их во всех комбинациях и вычислить количество групп комплементации. Любые два дефектных штамма, которые НЕ могут комплементировать, находятся в одной и той же группе комплементации. Обычно каждая группа комплементации представляет собой один из основных ферментов пути.

Проблема 1. Выясните, сколько групп дополнения имеется в этих примерах.

Концепция комплементации чрезвычайно важна в молекулярной биологии. Например, линия серповидно-клеточных мышей могла быть создана только потому, что два штамма с разными дефектами (отсутствие мышиных или человеческих глобиновых генов) могли быть скрещены, чтобы дополнить дефекты друг друга. Тот факт, что гены разных видов могут дополнять друг друга, был одним из самых значительных концептуальных достижений в молекулярной биологии. Комплементация теперь обычно используется для ответа на более тонкие вопросы о том, как регулируются гены. Вам абсолютно необходимо понимать комплементарность, чтобы понять молекулярную биологию.

Бактериальное дополнение.
Бактериальные генетические системы могут проявлять комплементарность двумя важными способами, каждый из которых управляет естественным процессом бактериальной генетики. С тех пор эти два процесса были изменены в биотехнологии, чтобы обеспечить большинство основных инструментов клонирования генов.

1. Специализированная трансдукция. Лизогенный бактериофаг может вырезать себя так, чтобы по ошибке нести фрагмент ДНК хозяина. Теперь фаг будет переносить вторую копию аллеля (или связанных аллелей) в клетку-хозяин. Новая бактерия является частичным диплоидом аллеля (ов).

В биотехнологии к хромосоме фага может быть прикреплен фрагмент чужеродной ДНК в пробирке. Затем ДНК фага упаковывается в фаг, и он может инфицировать нового хозяина, где он либо (1) производит множество копий гена хозяина, либо (2) лизогенизирует хозяина для экспрессии клонированной ДНК.

2. Плазмида F '. Плазмида F может рекомбинировать себя с хромосомой хозяина, а затем по ошибке снова рекомбинировать с некоторой ДНК хозяина. Когда он попадает в следующую клетку-хозяин, он снова несет вторую копию нескольких генов, создается частичный диплоид.

В биотехнологии к плазмиде может быть присоединен фрагмент чужеродной ДНК в пробирке, после чего плазмида трансформируется в Кишечная палочка. Затем плазмида делает множество копий, включая клонированный ген.

Анализ супрессорных мутаций.
Вариантом комплементации являются мутации-супрессоры. Супрессорная мутация исправляет дефект в другом локусе гена. Мутантная версия гена A создает измененный генный продукт, который корректирует фенотип дефектной мутации в гене B.

Организация генов
У бактерий ряд ORF генов может быть организован в оперон. Все генные последовательности в данном опероне транскрибируются на одной мРНК, начиная с одного промотора. Показан пример оперона tuf-s10 из Borrelia burgdorferi, которая вызывает болезнь Лайма:

  • коэффициент удлинения (tuf)
  • рибосомные белки S10 (rpsJ)
  • L3 (rplC)
  • L4 (rplD)
  • L23 (rplW)
  • L2 (rplB)
  • S19 (об / сек)
  • L22 (рплВ)
  • S3 (об / с)

Рецептор гормона роста человека

Чтобы найти другие интересные опероны, попробуйте поискать в GenBank, международном хранилище всех известных последовательностей ДНК. (Финансируется правительством США - ваши налоговые доллары работают.)

  • Последовательность ДНК - инверсия или делеция
  • Транскрипция, фактор сигма
  • Транскрипция, промоторная последовательность, репрессорные белки
  • Трансляционный репрессор
  • Посттрансляционная модификация

Лак Оперон
Оперон Lac - классическая модель активации и репрессии транскрипции. Концепции анализа, основанные на опероне Lac, могут быть применены к другим системам, включая животных и растения.

Следующее объяснение оперона Lac модифицировано из MIT Lac Operon.
Джейкоб и Моно были первыми учеными, которые выяснили, что система регулируется транскрипцией. Они работали над системой метаболизма лактозы в кишечной палочке. Когда бактерия находится в среде, содержащей лактозу:

Он должен включить ферменты, необходимые для разложения лактозы. Эти ферменты: бета-галактозидаза: Этот фермент гидролизует связь между двумя сахарами, глюкозой и галактозой. Он кодируется геном LacZ. Лактозопермеаза: Этот фермент проникает через клеточную мембрану и доставляет лактозу в клетку из внешней среды. В остальном мембрана практически непроницаема для лактозы. Он кодируется геном LacY. Тиогалактозид трансацетилаза: Функция этого фермента неизвестна. Он кодируется геном LacA. Последовательности, кодирующие эти ферменты, расположены последовательно на Кишечная палочка геном. Им предшествует область LacI, которая регулирует экспрессию генов метаболизма лактозы. Вы можете ожидать, что клетка захочет включить эти гены, когда есть лактозу, и выключить, когда лактоза отсутствует. Но история намного сложнее. Например, ген пермеазы всегда должен экспрессироваться на низком уровне, чтобы любая лактоза могла попасть в клетку. Таким образом, определенный низкий уровень выражения является конститутивным, то есть происходит постоянно, даже если он «подавлен». Большинство бактериальных оперонов частично или полностью конститутивны. Например, экспрессия LacI полностью конститутивна, его промотор всегда «включен» для очень низкого уровня экспрессии, достаточного для образования нескольких репрессорных молекул.

Основным источником пищи для бактерий является глюкоза, поскольку ее не нужно модифицировать, чтобы она попала в репираторный путь. Итак, если есть и глюкоза, и лактоза, бактерия хочет отключить метаболизм лактозы в пользу метаболизма глюкозы. Перед генами Lac расположены регуляторные участки, которые реагируют на концентрацию глюкозы.

  • Лактоза индуцирует транскрипцию, снимая репрессор LacI.
  • Глюкоза предотвращает транскрипцию, снимая активатор CAP.

Когда присутствует лактоза, она действует как индуктор оперона. Он проникает в клетку, слегка перестраивается с образованием аллолактозы, а затем связывается с репрессором Lac. Конформационное изменение заставляет репрессор отпадать от ДНК. Теперь РНК-полимераза может свободно перемещаться по ДНК, и РНК может быть образована из трех структурных генов. МРНК будет транслироваться в белки, которые транспортируют и метаболизируют лактозу.

Когда индуктор (лактоза) удаляется, репрессор возвращается к своей исходной конформации и связывается с ДНК, так что РНК-полимераза больше не может пройти мимо промотора. Ни РНК, ни белка не производится.

Обратите внимание, что РНК-полимераза все еще может связываться с промотором, хотя и не может пройти мимо него. Это означает, что когда клетка готова использовать оперон, РНК-полимераза уже присутствует и ожидает начала транскрипции, промотору не нужно ждать связывания холоэнзима. Репрессия катаболитов с белком-активатором
Когда уровни глюкозы (катаболита) в клетке высоки, образование молекулы, называемой циклическим АМФ, препятствует образованию. Но когда уровень глюкозы падает, фосфаты АТФ высвобождаются до тех пор, пока, наконец, не образуют цАМФ:

АТФ -> АДФ + Пи -> АМФ + Пи -> цАМФ

цАМФ связывается с белком, называемым CAP (белок-активатор катаболита), который затем активируется для связывания с сайтом связывания CAP. Это активирует транскрипцию, возможно, за счет увеличения сродства сайта к РНК-полимеразе. Это явление называется катаболитной репрессией. , неправильное название, поскольку в нем участвует белок-активатор, но это понятно, поскольку казалось, что присутствие глюкозы подавляет все другие опероны метаболизма сахара.

На этом изображении показан вид CAP "крупным планом". регулирование:

Контроль Corepressor
Другие опероны контролируются их продуктами, а не их субстратами, например, экспрессией биосинтетических ферментов для создания аминокислот. Это называется подавлением обратной связи. В опероне Trp для биосинтеза триптофана транскрипция мРНК для пяти ферментов предотвращается связыванием корепрессора Trp в присутствии триптофана. Когда уровни триптофана падают, Trp отрывается от корепрессора, а корепрессор отходит от промоутера / оператора. Теперь происходит транскрипция, так что в клетке есть ферменты, которые производят больше триптофана.
Анализ оперонного контроля
Какие эксперименты мы проводим, чтобы выяснить, как регулируются опероны?
Мы используем частичные диплоидные штаммы, созданные F 'или специализированной трансдукцией. В любом случае мы проверяем, что происходит, когда штамм диплоиден для регуляторных элементов.

Регуляторные мутанты могут иметь различные виды мутантных фенотипов. Например:

р-Промотор не может связывать РНК-полимеразу. Транскрипции не происходит.
lacI-Repressor не может связать промотор / оператора. Транскрипция происходит конститутивно
(в присутствии или в отсутствие лактозы)
o-c Оператору не удалось связать репрессор. Транскрипция является конститутивной.
lacZ- Структурный ген дефектный. Фермент не производится.

Что случится? Какие виды комплементации могут происходить? Имеет ли значение, если два мутантных аллеля соседствуют на одной хромосоме (цис) или разделены (транс)?


"Дикий тип" Мутант
LacZ + Делает фермент B-gal LacZ- НЕТ фермента
LacI + Делает репрессор LacI- НЕ делает репрессора
Транскрипция может быть конститутивной
ЕСЛИ ПРОМОТОР ФУНКЦИОНАЛЕН
р + РНК Pol связывает промотор п - РНК Pol НЕ связывает промотор
Без транскрипции
о + Оператор связывает репрессор о - с Оператор НЕ связывает репрессор
Транскрипция может быть конститутивной
ЕСЛИ ПРОМОТОР ФУНКЦИОНАЛЕН

Задача 2. Предсказать, продуцируют ли следующие диплоиды B-галактозидазу в присутствии лактозы в отсутствие лактозы. Объяснить, почему. В каждом случае объясните, имеет ли значение, находятся ли два мутантных аллеля в цис или транс.

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + lacZ - lacI -
----------------- ----------
p - lacZ + lacI -

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + o-c lacZ + lacI + (Конститутивный оператор НИКОГДА не связывает репрессор,
-------------------------- -------- с лактозой или без нее.)
п + о + lacZ - lacI +

Задача 3. Объясните два различных генетических процесса в бактериях, которые могут создать «частичный диплоид» для небольшой части генома. Объясните, почему эти процессы полезны для генетического анализа бактерий.

Задача 4. Укажите, экспрессируется ли B-галактозидаза каждым диплоидом лак-оперона (1) и (2), и кратко укажите, почему (одно предложение). Заполните возможные генотипы для (3) и (4).


Лактоза
Отсутствующий
Лактоза
Подарок
LacI- P + O-c LacZ +
LacI + P + O + LacZ-
LacI + P- O-c LacZ +
LacI + P + O + LacZ-
LacI- P + O + ___
____ ___ __ LacZ-
- +
__ P- O-c LacZ +
__ P + __ ___
+ +

Викторина по Lac Operon - Настоятельно рекомендуется

Молекулярная структура промоторов
Промоторы определяются последовательностями пар оснований перед сайтом начала транскрипции. РНК-полимераза имеет тенденцию распознавать промоторные последовательности, в которых большинство пар оснований совпадают с консенсусной последовательностью промотора. Консенсусная последовательность представляет собой составную часть, определяемую наиболее частым основанием, встречающимся в каждой позиции. Мутации с заменой оснований могут снижать или увеличивать эффективность промотора.

Бактериальные консенсусные промоторы включают две области по шесть пар оснований каждая, на -10 и -35 оснований выше. Однако нет двух абсолютно одинаковых промоторов, и нет промотора, точно совпадающего с консенсусной последовательностью. Дополнительные площадки для регуляторов окружающей среды можно найти на расстоянии от -50 до -300 баз выше по течению.

  • Когда бактерии расходуют свои источники углерода, они выражают RpoS, сигма-фактор голодания. (Обзор, что такое сигма-фактор?)
  • RpoS присоединяется к РНК-полимеразе, чтобы инициировать транскрипцию различных генов стресса окружающей среды - генов, защищающих от всех различных стрессов, с которыми могут столкнуться бактерии, прежде чем они попадут в новый кишечник человека. Это явление известно как перекрестная защита.
  • Гены стресса можно использовать для таких несвязанных состояний, как устойчивость к кислотам или основаниям.
  • Активированные стрессовые гены могут быть, а могут и не быть частью мультигенных оперонов. Они могут встречаться в противоположных направлениях от множества разных промоторов, во всех разных локусах геномной карты.
  • Опероны устойчивости к мышьяку. Как бактерии сопротивляются мышьяку? Реглон реакции окружающей среды включается мышьяком. Молекулярная основа связана с тем, как раковые клетки развивают устойчивость к противораковым препаратам.
  • Экологическое регулирование в Yersinia pestis (бактерии бубонной чумы). Несколько сложных регулонов генов реагируют на определенные факторы окружающей среды, в частности, на железо и температуру. При низкой температуре присутствие железа говорит бактерии: «Я в крови, которую проглотила блоха». Бактерия экспрессирует белки, которые нарушают пищеварение блохи, заставляя ее извергать бактерии в кровь своей следующей жертвы. (Сьюзан Стрэйли и Роберт Перри, Trends in Microbiol., 1995)
  • Кишечная палочка регулятор вирулентности. Как действуют вирулентные Кишечная палочка штаммы убивают детей? Белок-регулятор связывается с опероном, кодирующим «пилины», для Кишечная палочка для образования пилей, которые прикрепляются к кишечному эпителию.
  • Экспрессия гена модели туберкулеза. Как регулируются гены у возбудителя туберкулеза?

    М. Донненберг, штат Мэриленд
  • Регулятор вирулентности в «Плотоядных бактериях». Белок-активатор гена в Золотистый стафилококк включает регулон вирулентности, который вырабатывает токсины, поедающие плоть. Этот активатор можно использовать в качестве вакцины против S. aureus.
  • ДНК-микрочипы. Теперь мы можем поместить большинство генов, кодирующих белок, на микроматричный чип, используя технологию, основанную на индустрии кремниевых чипов для ДНК. Чип можно использовать для гибридизации с клеточной РНК и измерения скорости экспрессии большого количества генов в клетке.

Регуляция генов у бактерий

Загрузите видео из iTunes U или Интернет-архива.

Доброе утро. Доброе утро.

Итак, то, что я хотел бы сделать сегодня, - это продолжить нашу основную тему молекулярной биологии. Мы говорили о репликации ДНК.

Транскрипция ДНК в РНК и перевод РНК в белок. В прошлый раз мы обсудили некоторые различия между различными типами организмов: вирусами, прокариотами, эукариотами, в отношении деталей того, как они это делают в целом: бактерии имеют кольцевые хромосомы ДНК, как правило, эукариоты имеют линейные хромосомы и т. Д. Сегодня я хочу поговорить о вариациях, но вариациях не между организмами, а внутри организма время от времени и от места к месту, а именно о том, как некоторые гены или генная активность включаются в некоторых случаях и выключаются. другие случаи. Это, очевидно, очень важная проблема для организма, особенно для кого-то вроде вас, который является многоклеточным организмом и имеет одинаковые инструкции ДНК, установленные во всех ваших клетках.

Очевидно, очень важно убедиться, что один и тот же базовый код выполняет разные действия в разных ячейках.

Также для бактерии важно убедиться, что она делает разные вещи в разное время, в зависимости от окружающей среды. Итак, сегодня я собираюсь поговорить об одной очень конкретной системе в качестве иллюстрации того, как регулируются гены, но прежде чем мы это сделаем, давайте спросим, ​​где разные места на этой картинке?

ДНК переходит в ДНК, идет в РНК, идет в белок, с помощью которого в принципе можно регулировать активность гена. Могли бы вы регулировать активность гена, фактически изменяя ДНК, закодированную в геноме? Так почему не? Потому что что? Он становится другим геном. Да, это просто определение.

Почему клетка не могла просто решить, что я хочу, чтобы этот ген каким-то образом изменился сейчас? О, я не знаю, я как-нибудь изменю последовательность ДНК. И это заставит ген работать.

Могло ли такое случиться? Это разрешено? Ага, оказывается.

Это не самая распространенная вещь и не то, о чем часто говорят в учебниках, но вы действительно можете регулировать.

Итак, уровней регуляции много, и один фактически находится на уровне перестройки ДНК. Как мы увидим позже в этом курсе, например, ваша иммунная система создает новые функциональные гены, локально перестраивая некоторые фрагменты ДНК, некоторые бактерии, особенно инфекционные организмы, контролируют включение или выключение генов, фактически входя туда, и переворачивают фрагмент ДНК в своей хромосоме.

И вот как они включают или выключают ген - они фактически меняют геном. Есть какой-то белок, который фактически меняет ориентацию сегмента ДНК. Это немного странно, и мы не собираемся много о них говорить, но вы должны знать, что почти все, что может случиться, действительно происходит и используется организмами по-разному.

Итак, перестройка ДНК обязательно происходит. Это редко, но всегда круто, когда такое случается.

Так что на это интересно смотреть. И что-то вроде иммунной системы нельзя сбрасывать со счетов как просто странность. Это невероятно важная вещь. Наиболее распространенная форма находится на уровне регуляции транскрипции, где независимо от того, создается транскрипт или нет, способ его обработки может отличаться. Во-первых, инициация транскрипции того, что РНК-полимераза должна в данном случае сесть за этот ген и начать его транскрипцию, является потенциально регулируемым (sic) этапом, который, возможно, вы собираетесь только включить ген для бета-глобина и альфа-глобин, который вместе составляет два компонента гемоглобина, и вы собираетесь включить их только в красных кровяных тельцах или предшественниках красных кровяных телец, и это может быть сделано на уровне того, передаете ли вы сообщение в первое место. Это одно место, где это можно сделать.

Другое место - это выбор соединения, который вы делаете.

Что касается вашего сообщения, вы получаете эту штуку с рядом различных потенциальных экзонов, и вы можете регулировать, как этот ген используется, решив сплайсировать его таким образом и, возможно, пропустить этот экзон или не пропустить этот экзон. Альтернативные приправы - мощный способ регулирования. И, наконец, вы также можете регулировать на уровне стабильности мРНК.

Стабильность означает постоянство сообщения, ухудшение качества сообщения. Может случиться так, что в определенных ячейках сообщение защищено, чтобы оно оставалось дольше.

А в других клетках, возможно, он незащищен и очень быстро деградирует. Если он разлагается очень быстро, у него нет шанса произвести белок или, возможно, у него не будет слишком много копий белка. Если он сохраняется в течение длительного времени, он может создавать множество копий белка.

Все это может происходить и происходит. Затем, конечно, есть регулирование на уровне перевода.

Перевод, если я дам вам мРНК, будет ли она автоматически переведена? Может быть, у клетки есть способ секвестировать РНК, чтобы каким-то образом усилить ее, чтобы она не попадала в рибосому в одних условиях, а в других - в рибосому, или какие-то способы блокировать другими способами. чем просто изолировать его, но физически заблокировать, переводится ли это сообщение или нет, оказывается, что этого очень много. Это, опять же, не самое распространенное явление, но мы узнаем, особенно за последние пару лет, что регуляция трансляции мРНК важна.

Есть, хотя я не буду говорить о них подробно, есть захватывающий новый набор генов, называемых микро РНК, крошечные РНК, которые кодируют сегменты из 21-22 пар оснований, которые способны спариваться с РНК-мессенджерами и частично мешать с его переводимостью. Таким образом, по количеству и типу имеющихся там маленьких микроРНК организмы могут изменять, насколько активно транслируется конкретное сообщение.

Таким образом, важна способность регулировать перевод несколькими способами. И, конечно же, посттрансляционный контроль. После того, как белок произведен, может произойти посттрансляционная регуляция.

Возможно, белок каким-то образом модифицирован.

Белки говорят, что они полностью неактивны, если вы не поместите на них фосфатную группу, а какой-то фермент добавит фосфатную группу. Или он неактивен, пока вы не уберете фосфатную группу.

После создания аминокислотной цепи с белками могут происходить всевозможные посттрансляционные модификации, которые могут влиять на то, является ли белок активным. Каждый из них потенциально является шагом, с помощью которого организм может регулировать, присутствует ли у вас определенная биохимическая активность в определенном количестве в определенное время. И каждый из них используется. Суть системы, которая находилась в процессе эволюции в течение трех с половиной миллиардов лет, заключается в том, что даже небольшие различия могут быть преодолены как конкурентные преимущества и могут быть исправлены организмом. Так что, если бы крохотная вещица стала немного помогать организму, она могла достигнуть фиксации. И вы приближаетесь к этой системе, в которой было около трех с половиной миллиардов лет исправлений программного кода, и на нее просто наложены всевозможные уровни и правила. Все это случается. Но то, что мы считаем самым важным из всей этой коллекции, - это этот парень.

Фундаментальное место, в котором вы собираетесь регулировать, есть ли у вас продукт гена, - это то, стоит ли вам транскрибировать его РНК. Но я хочу сказать, потому что да? И какие экзоны вы использовали, а какие нет? Да, ну, есть тканеспецифические факторы, специфичные для генов, которые могут на это повлиять. И, на удивление, мало что известно о деталях. Есть несколько случаев, когда люди знают, но, как вы можете себе представить, вам действительно нужна регулирующая система в этой ткани, чтобы иметь возможность решить пропустить этот экзон.

И механизм этого удивительно понятен в очень немногих случаях. И вы можете подумать, что эволюция не захочет использовать это как самое обычное дело, потому что для этого действительно нужно создать специальную вещь. Вот что с ними происходит. В частности, я думаю, что здесь предстоит еще очень много работы.

Стабильность мРНК, мы понимаем некоторые из них, но не все факторы в этом бизнесе.Я говорил вам о том, что перевод с помощью этих маленьких микро-РНК - это то, что люди поняли всего несколько лет назад. Так что в этих вещах нужно многое понять. Я собираюсь рассказать вам об инициации мРНК, потому что это область, о которой мы знаем больше всего, и я думаю, что это даст вам хорошее представление об общей парадигме.

Но любой из вас, кто захочет вникнуть в это, обнаружит, что еще многое предстоит узнать об этих вещах.

Итак, количество белка, которое может вырабатывать клетка, сильно варьируется.

Ваши красные кровяные тельца, 80% ваших красных кровяных телец, белок - это альфа- или бета-глобин. Это огромная сумма. Это не так в любой другой клетке вашего тела. Итак, мы говорили о довольно значительной разнице в том, сколько производится белка.

Как такое случается? Что ж, я собираюсь описать простейший и классический случай регуляции генов и бактерий, и в частности, знаменитый оперон отсутствия у кишечной палочки.

Таким образом, это был первый случай, когда регулирование действительно было разработано, и сегодня оно является очень хорошей парадигмой того, как работает регулирование. Для роста кишечной палочки необходим источник углерода. В частности, кишечная палочка любит сахар.

Он хотел бы, чтобы сахар мог расти. Если у вас есть выбор, какой сахар у кишечной палочки любимый? Это глюкоза, верно, потому что у нас есть весь цикл глюкозы. Весь путь глюкозы идет в пируват, о котором мы говорили, и глюкоза является предпочтительным сахаром для участия в этом пути гликолиза.

Гликолиз: распад глюкозы. Но предположим, что глюкозы нет. Желает ли кишечная палочка потреблять другой сахар?

Конечно, потому что кишечная палочка не глупа. Если бы он отказался от другого сахара, он не смог бы расти. Таким образом, у него есть множество путей, которые будут шунтировать другие сахара в глюкозу, что затем позволит вам пройти через гликолиз и т. Д. Теперь, имея выбор, он предпочел бы использовать глюкозу. Но если нет, предположим, вы дали ему лактозу. Лактоза - это дисахарид. Это молочный сахар, и я кратко набросаю его, поэтому лактоза - это дисахарид, в котором есть глюкоза и галактоза.

Глюкоза плюс галактоза равняется лактозе. Итак, если кишечной палочке дать галактозу, она сможет расщепить ее на глюкозу и галактозу.

И делает это с помощью особого фермента, называемого бета-галактозидазой, который расщепляет глактозиды. И это даст вам галактозу плюс глюкозу. Сколько бета-галактозидазы содержится в клетке кишечной палочки? Извините? Никто? Но как это сделать?

Когда ему это нужно, он синтезирует это. Когда ему это нужно, например, нет глюкозы, а вокруг много галактозы, сколько ее будет? Много. Оказывается, в обстоятельствах, когда кишечная палочка зависит от галактозы в качестве топлива, около 10% общего белка может быть бета-гал в условиях, когда у вас есть галактоза, но нет глюкозы. Извините? Извините, когда у вас есть лактоза, но нет глюкозы. Спасибо. Итак, когда у вас есть лактоза, но нет глюкозы, кишечная палочка содержит 10% своего протеина в виде бета-галактозидазы. Вот это да. Но когда у вас есть глюкоза или у вас нет лактозы, у вас очень мало.

Их могло быть почти нет, следы. Итак, зачем это делать?

Почему бы, например, не пойти на более разумный компромисс?

Например, давайте всегда будем иметь только 1% бета-галактозидазы.

Зачем нужны 0-10%? 10% на самом деле очень много.

И что. Это хороший страховой полис. Итак, если у меня есть только галактоза, мне нужно больше. Ну в смысле, 1% все равно это переварит. Я все равно сделаю это. В чем проблема? Извините?

Так что, я делаю это медленнее. Жизнь длинная. Почему нет? Ах, он должен соревноваться. Итак, если бы в клетке слева была мутация, из-за которой она вырабатывала в четыре раза больше, тогда она впитывала бы лактозу из окружающей среды, быстрее росла и т. Д. И т. Д., И мы могли бы конкурировать.

Итак, эти маленькие тюнинговые мутации имеют огромное влияние на эту конкурирующую популяцию бактерий. Итак, если кишечная палочка в настоящее время думает, что это действительно хорошо, когда иногда почти нет, а в другое время 10%, можно поспорить, что это сработало благодаря продукту довольно жесткой конкуренции, и он не хочет тратить зря. энергия, вырабатывающая это, когда она вам не нужна, и что, когда она вам действительно нужна, вам действительно нужно сильно соревноваться, растя так быстро, как вы можете, когда у вас есть эта лактоза. OK. Итак, как же он на самом деле вводит лактозу в клетку, извините, честно говоря, о сравнении лактозы и галактозы? Оказывается, у него также есть другой продукт гена, другой белок, который является пермеазой лактозы. И есть ли предположения относительно того, что делает пермеаза лактозы? Это делает клетки проницаемыми для лактозы, да, хорошо. Итак, лактоза может попасть в клетку, а затем бета-гал может расщепить ее на галактозу и глюкозу. Эти две вещи, на самом деле, регулируются, бета-гал и эта пермеаза лактозы. Итак, как это работает?

Теперь посмотрим на структуру оперона нехватки.

Итак, в прошлый раз я кратко упомянул, что такое оперон? Помните, мы говорили, что у бактерий вы часто делаете транскрипт, в котором закодировано несколько белков.

Может быть создана одна мРНК, может произойти несколько запусков трансляции, и вы можете создать несколько белков.

И это было бы хорошо, если бы вы хотели создать набор белков, которые были частью одного и того же биохимического пути.

Такой объект, регулируемый фрагмент ДНК, который создает транскрипт, кодирующий несколько полипептидов, называется опероном, потому что они работают вместе. Итак, давайте посмотрим на отсутствие оперона. Я сказал, что есть промоутер.

Вот промотор для оперона, и мы назовем его P нехваткой, промотором отсутствия оперона. Вот первый закодированный ген. Итак, сообщение начнется здесь, на самом деле примерно здесь, и начнет отправляться. Причем, первому гену присвоено имя Отсутствие Z.

Бывает, что кодирует фермент бета-галактозидазу.

Помните, они вели охоту на мутантов, и когда они занимались охотой на мутантов, они не знали, что такое каждый ген, поскольку они выделяли мутантов.

Итак, они просто дали им названия букв. Итак, это называется недостатком Z. И все в молекулярной биологии знают, что это недостаток гена Z, хотя Z не имеет ничего общего с бета-галактозидазой. Это было просто письмо, данное ему.

Но он застрял. Далее идет отсутствие Y.

И это кодирует пермеазу. Также отсутствует A, кодирующий трансацетилазу, и, насколько мне известно, о нем можно забыть. Хорошо, но я только что упомянул, что он есть и на самом деле производит три полипептида.

Мы не будем об этом беспокоиться, хорошо, но он действительно производит трансацетилазу, хорошо? Но это не будет фигурировать в том, о чем мы будем говорить, и на самом деле о трансацетилазе известно очень мало. Есть еще один ген, о котором мне нужно поговорить, и он здесь, и он называется нехваткой I. И у него тоже есть промотор, который мы можем назвать PI, для промотора из-за отсутствия I.

И это кодирует очень интересный белок.

Итак, мы получаем здесь одно сообщение, кодирующее один полипептид.

Эта мРНК кодирует один полипептид. Он моноцистронный. Вот этот парень - поликистронное сообщение. У него несколько цистронов - старое пыльное название для этих областей, которые были переведены в отдельные белки. Итак, это та мРНК.

Итак, недостаток I кодирует очень интересный белок, который называется репрессором недостатка. Репрессор недостатка, на самом деле я сейчас остановлюсь на нем, не фермент.

Это не поверхностный канал для ввода галактозы.

Это ДНК-связывающий белок. Он связывается с ДНК. Но это не неспецифический ДНК-связывающий белок, который связывается с любой старой ДНК.

Он имеет предпочтение, зависящее от последовательности.

Это белок, который имеет определенное подтверждение, определенную форму, определенный набор выступающих аминокислот, которые он объединяется в большую бороздку ДНК определенным для последовательности образом, так что ему особенно нравится распознавать определенную последовательность нуклеотидов и связывает там. Где конкретная последовательность нуклеотидов, которую этот парень любит связывать? Так уж получилось, что он есть.

И это называется операторской последовательностью или операторским сайтом.

Итак, этот белок любит связываться там. Кстати, я нарисовал это так, чтобы этот сайт оператора фактически перекрывал сайт промоутера.

Кому нравится связывать на промоутерском сайте? РНК-полимераза.

Что произойдет, если там будет дефицит белка-репрессора?

РНК-полимераза не может связываться. Это просто физически заблокировано от привязки. Итак, давайте рассмотрим здесь несколько случаев.

Предположим, мы смотрим на наш ген. У нас есть промоутер, недостаток P. У нас есть сайт оператора. У нас здесь недостаток гена Z, и у нас есть недостаток репрессора, недостаток I, репрессора, сидящего там.

Полимераза пытается подойти к этому, и это блокируется.

Итак, что будет с транскрипцией отсутствующего оперона: нет мРНК. Ну и замечательно.

Итак, мы сразу решили одну проблему.

Мы хотим быть уверены, что иногда мРНК не создается.

Таким образом, мы не собираемся тратить метаболическую энергию на производство бета-галактозидазы. Мы все? Нет? Почему нет.

Иногда нам нужно производить бета-галактозидазу.

Итак, мы должны убрать этот репрессор. Ну как там репрессор сработает? Когда нам нужно отключить репрессор: когда есть лактоза.

Итак, нам нужно каким-то образом создать какой-то сложный сенсорный механизм, который может определять, присутствует ли лактоза, и посылать сигнал репрессорному белку, говоря: эй, лактоза уже есть. Сигнал передается полностью к белку-репрессору, и белок-репрессор отрывается.

Какой сложный сенсорный механизм можно построить?

В качестве чего использовать лактозу? Итак, на самом деле это довольно просто.

Вы говорите, просто принимайте лактозу, и хотите, чтобы лактоза была самостоятельным сигналом? Итак, если бы лактоза просто связалась с репрессором, репрессор мог бы знать, что вокруг есть лактоза.

А что бы он сделал, если бы с ним связалась лактоза? Извините? Почему он упал? Ага. Больше интересует лактоза.

Так что, если вы предлагаете, это хорошо. Мне нравится, что здесь ведутся дизайнерские работы. Предполагается, что если здесь с этим связывается лактоза, связывается с нашим репрессором, она отпадет, потому что ее больше интересует лактоза, чем ДНК. Итак, как на самом деле проявляется интерес к чему-то материальному? Поскольку фактический уровень когнитивной симпатии или антипатии к ДНК со стороны этого полипептида неясен, возможно, вы немного антропоморфизируете эту полипептидную цепь. Итак, механически, что произойдет? Форма. Да, форма? Подтверждение изменений, акт связывания, акт связывания лактозы создает некоторую энергию, может изменить форму белка, и эта форма белка может в процессе движения, чтобы связать лактозу, может расшевелить какую-то другую его часть. что теперь уже не так хорошо связывается с ДНК. Именно это и происходит.

Молодец. Итак, вы, ребята, по сути спроектировали то, что происходит на самом деле. Происходит то, что называется аллостерическим изменением. Это просто означает другую форму.

Таким образом, он просто меняет свою форму, которая меняет форму при связывании лактозы. И он падает, потому что он менее подходит для связывания этой конкретной последовательности ДНК, когда она там связана с лактозой. Итак, в этом случае при наличии лактозы недостаток I не связывается.

И отсутствие оперона записывается. Да? Ой-ой. Хорошо, хорошо, дизайнеры, вот у нас проблема. У вас такая классная система, правда? Вы собирались почувствовать лактозу.

Лактоза собиралась привязаться к репрессору нехватки, изменить спад подтверждения: ага. Но, как вы указываете, как он собирается получить лактозу, потому что нет пермеазы лактозы, потому что пермеаза лактозы производится тем же опероном. Итак, что, если на самом деле, вместо того, чтобы получить одну из этих мельничных пылинок Министерства обороны США, какого-то репрессора, который абсолютно настолько плотный, что он никогда не отвалится ни при каких обстоятельствах, что, если мы построим немного неаккуратный репрессор, который иногда отваливается, а иногда допускает транскрипцию отсутствия оперона? Тогда у нас будет немного следов пермеазы. Если вокруг будет немного пермеазы, внутрь попадет немного лактозы.

И до тех пор, пока внутрь попадает даже немного лактозы, она теперь сместит равновесие, так что репрессор будет больше отключаться, и, конечно же, это приведет к большему проникновению, и сдвигу, и сдвигу, и сдвигу, и сдвигу. Итак, пока он не настолько идеально спроектирован, чтобы ничего не транскрибировалось, никакая мРНК на самом деле не является очень маленькой мРНК. Понимаете, это то, что, я думаю, так хорошо в том, чтобы студенты MIT изучали этот материал, потому что здесь есть всевозможные замечательные принципы проектирования о том, как вы строите системы. И я думаю, что это просто очень хороший пример того, как вы строите такую ​​систему.

Итак, хорошо, теперь у нас есть возможность иметь недостаток и недостаток, а этого не хватает, в основном, из-за вашей проблемы с проницаемостью: очень хорошо. Теперь давайте сделаем небольшое отступление о том, как мы это узнали? Вот такие рассуждения, вот и я вам ответ. Но давайте на самом деле посмотрим на понимание свидетельств, которые позволяют сделать это.

Итак, чтобы сделать это, а это знаменитая работа по молекулярной биологии якобинца Ману в конце 50-х годов, за которую они получили Нобелевскую премию, они хотели собрать несколько мутантов.

Помните, что это было до времени последовательности ДНК или чего-то подобного, и мы хотели собрать мутанты, которые повлияли на этот процесс.

Итак, чтобы собрать мутанты, нарушающие регулирование, они знали, что бета-галактозидаза вырабатывалась в гораздо большем количестве, если бы была лактоза. Сложность заключалась в том, что кишечная палочка дикого типа, когда у вас не было лактозы, вырабатывала очень мало бета-гал, одна единица бета-гал, а в присутствии лактозы производила много, назовем это 100 единиц. бета-гал. Но проблема в том, что лактоза играет две разные роли.

Лактоза является одновременно индуктором экспрессии гена за счет связывания с репрессором и т. Д. И т. Д.

Но это также субстрат для фермента, потому что, когда образуется бета-галактозидаза, она расщепляет лактозу. Итак, в связывании меньше лактозы, и если вы действительно хотите изучить регуляторный контроль, у вас есть проблема, заключающаяся в том, что то, что индуцирует ген путем связывания с репрессором, разрушается продуктом гена. Таким образом, кинетика изучения такого процесса будет действительно запутанной. Было бы очень хорошо, если бы вы могли создать форму лактозы, которая могла бы индуцировать бета-галактозидазу путем связывания с репрессором, но сама не переваривалась.

Фактически, химически вы можете это сделать. С химической точки зрения можно получить молекулу под названием IPTG, которая является аналогом галактозида. И то, что он делает, это молекула, которую я здесь очень быстро набросаю, там сера, и вы можете видеть смутно похожее, это может быть индуктором.

Он будет индуцировать бета-гал, но не субстрат. Он не переваривается.

Так что он будет оставаться там столько, сколько вы захотите. Также очень удобно использовать разработанную молекулу под названием ex-gal.

У Ex-gal снова есть сахарная составляющая, а также здесь есть такое забавное двойное кольцо, которое представляет собой хлор, бром и т. Д. И этот парень здесь не является индуктором. Он не может быть индуцирован, индуцировать экспрессию бета-галактозидазы. Но это субстрат.

Он будет расщеплен ферментом, и довольно аккуратно, когда он расщепится, он станет синим. Эти два химиката оказались очень полезными при попытке выработать регуляцию отсутствия оперона. Итак, если я вместо добавления лактозы подумаю о добавлении IPTG, моего индуктора, когда я добавлю IPTG, я получу производство бета-галлонов. Когда у меня нет IPTG, я не буду выпускать бета-версию. Но тогда у меня нет проблемы с этим вырваться. Итак, какого мутанта я мог бы искать? Я мог бы поискать мутант, который даже в отсутствие индуктора, IPTG, все еще производит много бета-гал. Теперь я также могу искать мутантов, которые, несмотря ни на что, никогда не производят бета-гал, верно? Но какими они могли бы быть? Скорее всего, это структурные мутации, влияющие на кодирующую последовательность бета-гал, верно? Это произойдет.

Я могу собрать мутации, из-за которых кишечная палочка никогда не вырабатывает бета-гал. Но это не так интересно, как сбор мутаций, которые блокируют репрессию, вызывающую постоянную выработку бета-галактики. Итак, как мне найти такого мутанта?

Я хочу найти мутанта, который производит много бета-галлонов даже при отсутствии IPTG. Итак, давайте поместим немного кишечной палочки на тарелку. Стоит ли ставить IPTG на тарелку? Нет, так нет IPTG.

Что я ищу? Как мне узнать, производит ли кто-нибудь из этих ребят много бета-галлонов? Ага?

Итак, нет IPTG, но поставьте экс-гал, и если кто-то производит много бета-галлонов, что произойдет? Они становятся синими: очень легко пройти через множество таких кишечных палочек в поисках чего-то синего.

Итак, было собрано много мутантов синего цвета.

И эти химические вещества используются до сих пор. Они обычно используются в лабораториях, бывшими сотрудниками и т.п., заставляя ошибки становиться синими, потому что это оказалось настолько хорошо изученной системой, что мы используем ее для многих вещей. Итак, были обнаружены конститутивные мутанты. Итак, были обнаружены мутанты, которые были конститутивными мутантами. Конститутивные мутанты: это означает, что они постоянно выражаются, больше не регулируются, а значит, характеризуют эти конститутивные мутанты.

Оказывается, они попали в два разных класса конститутивных мутантов. Если бы у нас было достаточно времени, и вы могли бы читать газеты и все такое, я бы дал вам описания этих забавных мутантов, которые были у Якобинца Мано, этих забавных мутантов, которых они изолировали и которые пытались охарактеризовать, и как разгадать, что было продолжается.

Но это сложно и сложно, и у вас болит голова, если вы не знаете, каков ответ. Итак, я собираюсь сначала рассказать вам ответ о том, что происходит, а затем как бы посмотреть, как вы узнаете, что это было так. Но представьте, что вы не знаете этого ответа и должны разгадывать его на основе данных.

Итак, предположим, что у нас есть, так что если будет два вида мутантов: мутант номер один - это составные части оператора.

У них неправильная последовательность операторов. На сайте оператора произошли мутации. Мутант номер два имеет дефектный белок-репрессор, ген репрессорного белка.

Как я могу отличить?

Итак, у меня могла быть проблема на сайте моего оператора.

В чем бы проблема с сайтом оператора?

Некоторая мутация в последовательности заставляет репрессор больше не связываться с ней, хорошо? Итак, дефектный операторский сайт не связывает репрессоров. Неисправный репрессор, операторский сайт в порядке, но у меня нет репрессора, чтобы привязать его.Так как мне отличить? Один из способов определить разницу - начать скрещивать мутантов вместе с дикими типами и спрашивать, являются ли они доминантными или рецессивными, или что-то в этом роде?

Теперь вот небольшая проблема. E Coli - это не диплоид, поэтому вы не можете скрестить две E. coli и получить диплоидную E. coli, верно? Это прокариот. У него только один геном. Но оказывается, что из кишечной палочки можно создавать временные диплоиды, частичные диплоиды, потому что оказывается, что бактерии можно спаривать. Бактерии, которые имеют здесь бактериальную хромосому, также участвуют в сексе, и в ходе бактериального секса могут передаваться плазмиды, называемые, например, фактором F, способным передаваться от других бактерий. И, благодаря чудесам частичного меродиплоида, вы можете временно получить кишечную палочку или навсегда получить кишечную палочку, которые являются частично диплоидными. Итак, вы можете сделать то, что я собираюсь сказать. Но, если вы беспокоитесь о том, что я пишу диплоидные генотипы для кишечной палочки, вы действительно можете это сделать.

Вы можете сделать частичные диплоиды. Итак, давайте попробуем здесь генотип.

Предположим, что репрессор является диким типом, оператор - диким типом, а ген отсутствия Z - диким типом. И, предположим, у меня нет IPTG, меня не побуждают. У меня есть одна единица бета-галлонов. Что происходит, когда я добавляю индуктор? Я получаю 1000 единиц бета-галлонов.

Теперь предположим, что у меня есть конститутивная мутация оператора.

Значит, сайт оператора неисправен. Это не связывает репрессора. Бета-гал будет выражаться все время, даже в отсутствие. Хорошо, ну это, конечно, то, что мы выбрали. Теперь предположим, что я сделал следующий диплоид.

I плюс, O плюс, Z плюс, более I плюс, O конститутивная, Z плюс. Итак, вот мой диплоид. Какой будет фенотип? Другими словами, у одной из хромосом есть операторская проблема.

Что ж, это означает, что эта хромосома всегда будет конститутивно экспрессировать бета-гал.

Но как насчет этой хромосомы? Не будет. Итак, это будет около 1, 01, плюс-минус, потому что одна хромосома делает это, а одна хромосома делает это, а эта будет около 2 00. Так вот, это количественное различие не имеет большого значения. Что вы действительно видели, когда занимались молекулярной биологией, так это то, что когда у вас была одна копия конститутивной мутации оператора, у вас все еще было много бета-гал, даже в отсутствие IPTG. Итак, этот учредительный сайт оператора выглядел так, как будто он доминировал над этим сайтом с плюсом.

Но теперь давайте попробуем вот это. I плюс, O плюс, Z плюс, над I плюс, операторная составляющая, Z минус. Что тогда происходит?

Этот конститутивный сайт оператора обеспечивает постоянную транскрипцию этой конкретной копии. Но может ли эта конкретная копия сделать рабочую, функциональную бета-версию? Нет. Итак, это выглядит так, когда вы делаете свои генетические скрещивания, вы обнаруживаете, что оператор конститутивный, теперь, если я переверну их здесь, предположим, я переверну их, I плюс, O плюс, Z минус, I плюс, O конститутивный, Z плюс, те же генотипы, правда, за исключением того, что я перевернул, на какой они хромосоме.

Что же происходит? Вот эта хромосома: всегда делает бета-гал, и это работает. Вот эта хромосома: бета-гал не вырабатывается.

Несмотря на то, что это регулируется, это мутант. Другими словами, из этого самого эксперимента вы можете сказать, что сайт оператора влияет только на хромосому, на которой он физически находится, что он не производит белок, который плавает вокруг.

Говорят, что он работает в cys. В cys означает на той же хромосоме. Он физически работает на той же хромосоме.

Теперь давайте посмотрим, напротив, на свойства мутантов-репрессоров. Если я дам вам мутант с отсутствием репрессора, I плюс, O плюс, Z плюс - это дикий тип.

I учредительный, O плюс, Z плюс: что здесь происходит?

Этот дикий тип - один из 100. Вот этот парень: 1000 и 1, 00, а теперь давайте посмотрим на диплоид: I плюс, O плюс, Z плюс, I конститутивная, O плюс, Z плюс. Какой эффект? Конститутивное I не делает действующего репрессора. Но я плюс создаю работающий репрессор. Итак, будет ли это выставочное регулирование?

Да, это будет нормально регулироваться. Это прекрасно работает, и на самом деле будет выпущено 2000 экземпляров, и там будет сделано две копии.

Но опять же, единицы не имеют большого значения. И, наоборот, если я дам вам I плюс, O плюс, Z минус и I конститутивное, O плюс, Z плюс, что произойдет?

Вот моя мутация в этой хромосоме. Но это не имеет значения, потому что у меня есть мутация в этой хромосоме в репрессоре. У меня есть мутация отсутствия Z, но пока у меня есть функциональная копия, одна функциональная копия репрессора отсутствия, она работает на обеих хромосомах.

Он будет работать на обеих хромосомах, и, другими словами, при отсутствии репрессора одна копия работает на обеих хромосомах. Другими словами, он производит продукт, который распространяется вокруг и может работать на любой хромосоме, и, как говорят, он работает в транс, то есть поперек.

Итак, оператор работает в cys. Он работает только со своей собственной хромосомой. Мутация в операторе влияет только на хромосому, на которой он живет, тогда как функциональная копия репрессора недостатка будет плавать вокруг, потому что это белок, и именно поэтому Якобин Мано знал разницу.

Они доказали свою модель, показав, что эти два вида мутаций обладают очень разными свойствами. Операторные мутации затронули только физическую хромосому, на которой они произошли, что, конечно, они должны были вывести из генетики, которую они сделали, тогда как репрессор, функциональный репрессор копии, мог действовать на любую хромосому в клетке.

Итак, хорошо, у нас это есть. И последнее, что насчет глюкозы?

Я не сказал ни слова о глюкозе. Видите ли, это было большим делом для людей.

Эта модель, модель репрессора, у нас есть этот репрессор. А что насчет глюкозы? Что делает глюкоза на этой картинке?

Итак, контроль глюкозы: вот мой ген. Вот мой промоутер, П. Вот мой оператор, бета-девчонка.

Это закодировано отсутствием Z. Все это у вас есть. Когда этот парень присутствует, извините, когда присутствует лактоза, репрессор срабатывает. Полимераза садится. Подождите секунду, полимераза не должна сесть, если нет глюкозы.

Нам нужен другой датчик, чтобы определить, есть ли глюкоза или низкий уровень глюкозы. Итак, нам понадобится датчик, который это скажет. Любые идеи? Ага?

Да, если вы проработаете это до конца, я не думаю, что это сработает. Но у вас есть основная идея. Вы захотите что-то еще, и оказывается, что здесь есть еще один сайт, хорошо? Есть второй сайт, на котором связывается совершенно другой белок. И этот белок является регуляторным белком циклического АМФ, и так получилось, что в клетке, когда количество глюкозы низкое, позвольте мне убедиться, что у меня все правильно, когда количество глюкозы низкое, то у нас высокое. количества циклического AMP. Получается циклический АМФ, тогда как лактоза используется непосредственно в качестве сигнала, а циклический АМФ используется здесь в качестве сигнала. Когда в клетке мало глюкозы, в ней много циклического АМФ. Итак, что вы хотите, чтобы ваш циклический AMP делал? Как мы это спроектируем?

Он свяжется с белком, регуляторным белком циклического АМФ, он сядет, и что теперь он будет делать?

Будет ли он блокировать РНК-полимеразу?

Что мы хотим делать? Если там низкий уровень глюкозы, высокий циклический AMP, мы садимся за сайт, мы хотим включить транскрипцию сейчас, верно? Итак, он должен не блокировать РНК-полимеразу, а помогать РНК-полимеразе. Итак, на самом деле он не репрессор, а активатор. И что он делает, так это то, что он делает его более привлекательным для связывания РНК-полимеразы, и на самом деле он делает это, фактически слегка изгибая ДНК.

Но то, что он делает, это облегчает связывание РНК-полимеразы.

Оказывается, промоутер - это своего рода мерзкий промоутер.

На самом деле, помните, что репрессор был не идеален, и промоутер тоже не идеален. Промоутер такой мерзкий.

И, если РНК-полимераза не получит небольшую помощь от этого другого регуляторного белка, это не сработает.

У нас есть два контроля: отрицательный регулятор, реагирующий на сигнал окружающей среды, положительный активатор, реагирующий на сигнал окружающей среды, помогающий полимеразе решить, транскрибировать или нет, и, по сути, именно так человеческое яйцо переходит к взрослому человеку и живет всю свою жизнь. минус несколько других деталей. Некоторые детали упущены, но это набросок того, как вы включаете и выключаете гены.


Регуляция факторами транскрипции у бактерий: не поддается описанию

Транскрипция - важный шаг в экспрессии генов, и ее понимание было одним из основных интересов молекулярной и клеточной биологии. Точно настраивая экспрессию генов, регуляция транскрипции определяет молекулярный механизм пластичности развития, гомеостаза и адаптации. В этом обзоре мы передаем основные идеи или концепции, лежащие в основе регуляции с помощью факторов транскрипции, и даем достаточно примеров, чтобы подтвердить эти основные идеи, избегая, таким образом, классического перечисления фактов. Мы рассматриваем последние концепции и разработки: цис-элементы и транс-регуляторные факторы, организация и структура хромосом, транскрипционные регуляторные сети (TRN) и транскриптомика. Мы также суммируем новые важные открытия, которые, вероятно, повлияют на направление исследований в области регуляции генов: эпигенетика и стохастичность в регуляции транскрипции, синтетические схемы, пластичность и эволюция TRN. Многие из новых открытий в регуляции генов не прошли тщательную проверку с помощью методов влажной лаборатории. Следовательно, мы рассматриваем эту обширную область в разделе «Вывод РТС и динамические модели РТС». Наконец, мы сделали шаг назад, чтобы проследить происхождение этих современных концепций, синтезируя их историю в схеме временной шкалы.


16.2 Регуляция прокариотических генов

В этом разделе вы исследуете следующий вопрос:

  • Что такое опероны и какова роль активаторов, индукторов и репрессоров в регуляции оперонов и экспрессии генов?

Подключение к курсам AP ®

Регуляция экспрессии генов в прокариотических клетках происходит на уровне транскрипции. Проще говоря, если клетка не транскрибирует сообщение ДНК в мРНК, трансляции (синтеза белка) не происходит. Бактериальные гены часто организованы в общие пути или процессы, называемые оперонами, для более скоординированной регуляции экспрессии. Например, в Кишечная палочка, гены, ответственные за метаболизм лактозы, расположены вместе на бактериальной хромосоме. (Модель оперона включает в себя несколько компонентов, поэтому при изучении того, как работает оперон, полезно обратиться к диаграмме модели. См. Рис. 16.3 и рис. 16.4.) Оперон включает в себя регуляторный ген, который кодирует белок-репрессор, который связывает оператору, что не позволяет РНК-полимеразе транскрибировать интересующие гены. Примером этого являются структурные гены метаболизма лактозы. Однако, если репрессор инактивирован, РНК-полимераза связывается с промотором, и происходит транскрипция структурных генов.

Есть три способа контролировать транскрипцию оперона: индуцибельный контроль, воспроизводимый контроль и активаторный контроль. В лак оперон является примером индуцибельного контроля, поскольку присутствие лактозы «включает» транскрипцию генов для ее собственного метаболизма. В trp Оперон является примером подавляемого контроля, поскольку он использует белки, связанные с последовательностью оператора, для физического предотвращения связывания РНК-полимеразы. Если триптофан не нужен клетке, гены, необходимые для его производства, отключаются. Контроль активатора (типичным примером которого является действие протеина-активатора катаболита) увеличивает связывающую способность РНК-полимеразы с промотором. Некоторые гены постоянно экспрессируются через этот регуляторный механизм.

Представленная информация и примеры, выделенные в разделе, поддерживают концепции, изложенные в Большой идее 3 Структуры учебной программы по биологии AP ®. Цели обучения, перечисленные в структуре учебной программы, обеспечивают прозрачную основу для курса биологии AP ®, лабораторного опыта на основе запросов, учебных мероприятий и вопросов экзамена AP ®. Цель обучения объединяет требуемый контент с одной или несколькими из семи научных практик.

Большая идея 3 Живые системы хранят, извлекают, передают и реагируют на информацию, необходимую для жизненных процессов.
Непреходящее понимание 3.B Выражение генетической информации связано с клеточными и молекулярными механизмами.
Основные знания 3.B.1 Регуляция генов приводит к дифференциальной экспрессии генов, что приводит к специализации клеток.
Научная практика 1.4 Студент может использовать представления и модели для анализа ситуаций или решения проблем качественно и количественно.
Задача обучения 3.21 Учащийся может использовать представления, чтобы описать, как регуляция генов влияет на продукты и функции клеток.
Основные знания 3.B.2 Экспрессию генов опосредуют различные межклеточные и внутриклеточные передачи сигналов.
Научная практика 1.4 Студент может использовать представления и модели для анализа ситуаций или решения проблем качественно и количественно.
Задача обучения 3.23 Студент может использовать представления для описания механизмов регуляции экспрессии генов.

Поддержка учителей

Обсуждая опероны со студентами, предложите им подумать о том, что произошло бы, если бы произошла мутация гена, которая нарушила бы функцию одного из белков, контролирующих транскрипцию оперона. Например, если белок-репрессор в лак оперон имеет мутацию, которая предотвращает его связывание с лактозой, тогда репрессор останется связанным с оператором и предотвратит транскрипцию оперона даже в присутствии лактозы. В этом видео описаны два других примера мутаций в лак оперон.

Ввести регуляцию транскрипции в лак operon, используя визуальные эффекты, такие как это видео.

ДНК прокариот организована в виде кольцевой хромосомы, суперспиральной в нуклеоидной области цитоплазмы клетки. Белки, которые необходимы для определенной функции или которые участвуют в одном и том же биохимическом пути, кодируются вместе в блоки, называемые оперонами. Например, все гены, необходимые для использования лактозы в качестве источника энергии, закодированы рядом друг с другом в лактозе (или лак) оперон.

В прокариотических клетках существует три типа регуляторных молекул, которые могут влиять на экспрессию оперонов: репрессоры, активаторы и индукторы. Репрессоры - это белки, которые подавляют транскрипцию гена в ответ на внешний стимул, тогда как активаторы - это белки, которые увеличивают транскрипцию гена в ответ на внешний стимул. Наконец, индукторы - это небольшие молекулы, которые либо активируют, либо репрессируют транскрипцию в зависимости от потребностей клетки и доступности субстрата.

В trp Оперон: репрессорный оперон

Бактерии, такие как Кишечная палочка нужны аминокислоты, чтобы выжить. Триптофан - одна из таких аминокислот, которая Кишечная палочка может проглотить из окружающей среды. Кишечная палочка может также синтезировать триптофан с помощью ферментов, которые кодируются пятью генами. Эти пять генов расположены рядом друг с другом в так называемом триптофане (trp) оперон (рисунок 16.3). Если в окружающей среде присутствует триптофан, то Кишечная палочка не нужно его синтезировать, а переключатель, контролирующий активацию генов в trp оперон выключен. Однако, когда доступность триптофана низкая, включается переключатель, управляющий опероном, инициируется транскрипция, гены экспрессируются и триптофан синтезируется.

Последовательность ДНК, кодирующая белки, называется кодирующей областью. Пять кодирующих областей для ферментов биосинтеза триптофана расположены последовательно на хромосоме в опероне. Непосредственно перед кодирующей областью находится сайт начала транскрипции. Это область ДНК, с которой связывается РНК-полимераза, чтобы инициировать транскрипцию. Последовательность промотора расположена выше сайта начала транскрипции. Каждый оперон имеет последовательность внутри промотора или рядом с ним, с которой белки (активаторы или репрессоры) могут связываться и регулировать транскрипцию.

Последовательность ДНК, называемая последовательностью оператора, кодируется между промоторной областью и первым trp кодирующий ген. Этот оператор содержит код ДНК, с которым может связываться репрессорный белок. Когда триптофан присутствует в клетке, две молекулы триптофана связываются с trp репрессор, который меняет форму, чтобы привязаться к trp оператор. Связывание комплекса триптофан-репрессор у оператора физически препятствует связыванию РНК-полимеразы и транскрипции нижележащих генов.

Когда триптофан отсутствует в клетке, репрессор сам по себе не связывается с оператором, поэтому оперон активен и триптофан синтезируется. Поскольку белок-репрессор активно связывается с оператором, чтобы выключить гены, trp оперон отрицательно регулируется, и белки, которые связываются с оператором, заставляют замолчать trp экспрессия являются негативными регуляторами.


Принципы регуляции генов позволяют количественно связывать ДНК с РНК и белками бактерий.

Бактерии по-разному распределяют свой протеом для клеточных функций в разных условиях роста. В значительной степени неизвестно, как такое распределение возникает из известных механизмов регуляции генов, будучи ограниченным ограниченной способностью к трансляции и фиксированной плотностью белка. Здесь мы провели абсолютный транскриптомный и протеомный анализ для Кишечная палочка во многих условиях, получение множества результатов по характеристикам промоторов и мРНК, которые противоречат общепринятым ожиданиям: большинство мРНК демонстрируют сходную эффективность трансляции, в то время как сила промоторов сильно различается для разных генов. Эти характеристики предписывают два принципа регуляции генов, побуждающие бактерии к достижению желаемого распределения белков в условиях глобальных ограничений: общий выход транскрипции тесно координируется с рибосомальной активностью, а концентрации отдельных белков в значительной степени определяются транскрипцией. Эти два принципа приводят к количественной формулировке центральной догмы, которая раскрывает сложную взаимосвязь между регуляторной активностью генов и концентрацией мРНК / белка в разных условиях. Полученные знания будут неоценимы для точного вывода о регуляторных взаимодействиях генов на основе данных omics, а также для руководства при разработке генетических схем для приложений синтетической биологии в Кишечная палочка и другие организмы.


Генная регуляция: Бактериальная * # - Биология

У бактерий и архей структурные белки со связанными функциями - например, гены, кодирующие ферменты, катализирующие многие этапы одного биохимического пути - обычно кодируются вместе в геноме в блоке, называемом оперон и записываются вместе под контролем одного промоутер. Это формирует полицистронный транскрипт (рис. 1). Затем промотор имеет одновременный контроль над регуляцией транскрипции этих структурных генов, потому что либо все они будут необходимы одновременно, либо ни одного не потребуется.

Рисунок 1. У прокариот структурные гены связанных функций часто организованы вместе в геноме и транскрибируются вместе под контролем одного промотора. Регуляторная область оперона включает как промотор, так и оператора. Если репрессор связывается с оператором, то структурные гены не будут транскрибироваться. Альтернативно, активаторы могут связываться с регуляторной областью, усиливая транскрипцию.

Французские ученые Франсуа Иаков (1920–2013) и Жак Monod в Институте Пастера первыми продемонстрировали организацию бактериальных генов в опероны в своих исследованиях лак оперон из Кишечная палочка. Они обнаружили, что в Кишечная палочка, все структурные гены, кодирующие ферменты, необходимые для использования лактозы в качестве источника энергии, расположены рядом друг с другом в лактозе (или лак) оперон под контролем одного промотора, лак промоутер. За эту работу они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1965 году.

Каждый оперон включает последовательности ДНК, которые влияют на его собственную транскрипцию, они расположены в области, называемой регуляторной областью. Регуляторная область включает промотор и область, окружающую промотор, к которой факторы транскрипции, белки, кодируемые регуляторными генами, могут связываться. Факторы транскрипции влияют на связывание РНК-полимераза к промотору и позволить его развитию транскрибировать структурные гены. А репрессор представляет собой фактор транскрипции, который подавляет транскрипцию гена в ответ на внешний стимул путем связывания с последовательностью ДНК в регуляторной области, называемой оператор, который расположен между сайтом связывания РНК-полимеразы промотора и сайтом старта транскрипции первого структурного гена. Связывание репрессора физически блокирует РНК-полимеразу от транскрипции структурных генов. И наоборот, активатор представляет собой фактор транскрипции, который увеличивает транскрипцию гена в ответ на внешний стимул, облегчая связывание РНК-полимеразы с промотором. An индуктор, третий тип регуляторной молекулы, представляет собой небольшую молекулу, которая либо активирует, либо репрессирует транскрипцию, взаимодействуя с репрессором или активатором.

Другие гены прокариотических клеток необходимы постоянно. Эти генные продукты будут конститутивно выраженный, или включен постоянно. Большинство конститутивно экспрессируемых генов - это гены «домашнего хозяйства», отвечающие за общее содержание клетки.


Активатор

Одним из примеров активатора является белок CAP. В присутствии цАМФ CAP связывается с промотором и увеличивает активность РНК-полимеразы. В отсутствие цАМФ CAP не связывается с промотором. Транскрипция происходит с низкой скоростью.

Практический вопрос

Какова роль активатора?

Репрессор

Когда присутствует аминокислота, она ассоциируется с встретились репрессор, и репрессор активируется. Синтез РНК блокируется присутствием репрессора на цепи ДНК. Когда аминокислота отсутствует, репрессор отделяется от оператора и продолжается синтез РНК.

Когда триптофан отсутствует в клетке, репрессор сам по себе не связывается с оператором, поэтому оперон активен и триптофан синтезируется. Но когда в клетке много триптофана, ей не нужно синтезировать больше. Таким образом, срабатывает репрессор (при наличии большого количества триптофана), что отключает дальнейший синтез триптофана.


Биология

Вот как мое знакомство Уэсли Вирджин и №39 биография начинается с этого ШОКОВОГО и неоднозначного видео.

Уэсли служил в армии - и вскоре после отъезда он раскрыл скрытые секреты «КОНТРОЛЯ РАЗУМА», которые правительство и другие использовали, чтобы получить все, что захотят.

Это те же самые СЕКРЕТЫ, которые использовали многие знаменитости (особенно те, кто "из ничего") и ведущие бизнесмены становились богатыми и знаменитыми.

Вы, наверное, знаете, что используете только 10% своего мозга.

Это в основном потому, что большая часть ваших умственных способностей ОТСУТСТВУЕТ.

Возможно, это выражение даже имело место В ВАШЕМ собственном мозгу. как это было с моим хорошим другом Уэсли Вирджин и # 39 Мозг около семи лет назад, когда он ехал на нелицензированном, потрепанном ведре для мусора в автомобиле с приостановленными водительскими правами и с 3,20 доллара на банковском счете.

«Я абсолютно разочарован тем, что должен пройти через жизненный цикл, чтобы проверить! Когда я наконец добьюсь успеха? "

Вы были частью этих мыслей, верно?

Ваша история успеха будет написана. Вам нужно начать верить в СЕБЯ.


Структурные основы регуляции генов с помощью тетрациклин-индуцибельной системы репрессор-оператор Tet.

Репрессор тетрациклина (TetR) регулирует наиболее распространенный механизм устойчивости к антибиотику тетрациклину у грамотрицательных бактерий. Белок TetR и его мутанты обычно используются в качестве элементов управления для регулирования экспрессии генов у высших эукариот. Мы представляем кристаллическую структуру гомодимера TetR в комплексе с его палиндромным оператором ДНК с разрешением 2,5 Å. Сравнение структуры TetR в комплексе с индуктором тетрациклин-Mg 2+ позволяет установить механизм индукции. Связывание индуктора в ядре репрессора инициирует конформационные изменения, начиная с раскручивания С-конца и смещения короткой спирали α6 в каждом мономере. Это вызывает маятниковое движение спирали α4, которое увеличивает разделение прикрепленных ДНК-связывающих доменов на 3 Å, отменяя сродство TetR к его операторной ДНК.


Смотреть видео: Биология 8 класс Урок6 - Гуморальная регуляция. (June 2022).