Gal operon - Gal operon
The gal operon je prokaryotický operon, který kóduje enzymy nezbytné pro galaktóza metabolismus.[1] Represe z genová exprese pro tento operon funguje prostřednictvím vazby represor molekuly dvěma operátorům. Tyto represory dimerizují a vytvářejí smyčku v DNA. Zabrání tomu smyčka a překážky ze strany externího operátora RNA polymeráza z vazby na promotor, a tak zabránit transkripce.[2] Navíc, protože metabolismus galaktózy v buňce se účastní jak anabolických, tak katabolických cest, byl identifikován nový regulační systém využívající dva promotory pro diferenciální represi a charakterizován v kontextu gal operon.
Struktura
The gal operon z E-coli skládá se ze 4 strukturních genů: vichřice (epimeráza), galT (galaktóza transferáza), galK (galaktokináza) a galM (mutarotáza), které jsou transkribovány ze dvou překrývajících se promotorů, PG1 (+1) a PG2 (-5), upstream od vichřice.[3] Vichřice kóduje epimerázu, která převádí UDP-glukózu na UDP-galaktózu. To je nutné pro tvorbu UDP-galaktózy pro buněčnou stěnu biosyntéza, zejména lipopolysacharid složky buněčné stěny, i když buňky nepoužívají galaktóza jako zdroj uhlíku / energie.[4] GalT kóduje protein galaktosyltransferázu, která katalyzuje přenos galaktózového cukru na akceptor a vytváří glykosidovou vazbu.[5] GalK kóduje kinázu, která fosforyluje α-D-galaktóza na galaktóza-1-fosfát.[6] Konečně galM katalyzuje přeměnu β-D-galaktózy na α-D-galaktóza jako první krok v metabolismu galaktózy.[7]
Gal operon obsahuje dva operátory, ÓE (pro externí) a ÓJá (pro interní). První je jen proti proudu od promotér, a ten je těsně po vichřice gen (první gen v operonu). Tito operátoři svazují represor, GalR, který je zakódován mimo oblast operátora. Aby tento represorový protein správně fungoval, obsahuje operon také histonové vazebné místo pro usnadnění tohoto procesu.[8]
Další místo, známé jako aktivační místo, se nachází za externím operátorem, ale proti proudu od PG2. Toto místo slouží jako vazebná oblast pro komplex cAMP-CRP, který moduluje aktivitu promotorů a tím genovou expresi.[9]
Mechanismus
Odpojeno galR gen kóduje represor pro tento systém. Tetramerický GalR represor se váže na 2 operátory, jeden se nachází na +55 a druhý na -60 vzhledem k počátečnímu místu PG1. Opakování DNA blokuje přístup RNA polymeráza na promotory a / nebo inhibuje tvorbu otevřeného komplexu. Tato smyčka vyžaduje přítomnost histonového proteinu, HU, aby se usnadnila tvorba struktury a umožnila správná represe.[8] Když se GalR váže jako a dimer pouze na -60 místo je aktivován promotor PG2, nikoli potlačen, což umožňuje produkci bazálních hladin GalE. V tomto stavu je promotor PG1 inaktivován prostřednictvím interakcí s alfa podjednotkou RNA polymerázy.[2] Aktivita tohoto represorového proteinu je řízena na základě hladin D-galaktóza v cele. Zvýšené hladiny tohoto cukru inhibují aktivitu represoru vazbou alostericky, což vede ke konformační změně proteinu, který potlačuje jeho interakce s RNA polymerázou a DNA.[10] To indukuje aktivitu operonu, což zvýší rychlost metabolismu galaktózy.
Gal operon je také řízen CRP-cAMP, podobně jako lac operon. CRP-cAMP se váže na oblast -35, podporuje transkripci z PG1, ale inhibuje transkripci z PG2. Toho je dosaženo díky umístění aktivační sekvence. Když CRP-cAMP váže aktivační sekvenci, blokuje RNA polymerázu v založení otevřeného komplexu s PG2, ale zvyšuje uzavřený komplex s RNA polymerázou v PG1. To potlačuje aktivitu promotoru PG2 a zvyšuje aktivitu promotoru PG1.[9] Když jsou buňky pěstovány v glukóza, k transkripci na bazální úrovni dochází z PG2.
Viz také
Reference
- ^ Weickert, M. J .; Adhya, S. (říjen 1993). „Galaktózový regulon Escherichia coli“. Molekulární mikrobiologie. 10 (2): 245–251. doi:10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01950.x. ISSN 0950-382X. PMID 7934815.
- ^ A b Roy, Siddhartha; Semsey, Szabolcs; Liu, Mofang; Gussin, Gary N .; Adhya, Sankar (26. 11. 2004). „GalR potlačuje galP1 tím, že inhibuje tvorbu otevřeného komplexu určujícího rychlost prostřednictvím kontaktu RNA polymerázy: mutant negativní kontroly GalR“. Journal of Molecular Biology. 344 (3): 609–618. doi:10.1016 / j.jmb.2004.09.070. ISSN 0022-2836. PMID 15533432.
- ^ Adhya, S .; Miller, W. (06.06.1979). „Modulace dvou promotorů galaktózového operonu Escherichia coli“. Příroda. 279 (5713): 492–494. Bibcode:1979 Natur.279..492A. doi:10.1038 / 279492a0. ISSN 0028-0836. PMID 221830. S2CID 4260055.
- ^ Holden, Hazel M .; Rayment, Ivan; Thoden, James B. (07.11.2003). "Struktura a funkce enzymů dráhy Leloir pro metabolismus galaktózy". The Journal of Biological Chemistry. 278 (45): 43885–43888. doi:10,1074 / jbc.R300025200. ISSN 0021-9258. PMID 12923184.
- ^ Williams, Gavin J .; Thorson, Jon S. (2009). Přírodní produkt glykosyltransferázy: vlastnosti a aplikace. Pokroky v enzymologii a příbuzných předmětech biochemie. Pokroky v enzymologii a souvisejících oblastech molekulární biologie. 76. str. 55–119. doi:10.1002 / 9780470392881.ch2. ISBN 9780470392881. ISSN 0065-258X. PMID 18990828.
- ^ Frey, P. A. (březen 1996). „Leloirova dráha: mechanický imperativ pro tři enzymy ke změně stereochemické konfigurace jednoho uhlíku v galaktóze“. FASEB Journal. 10 (4): 461–470. doi:10.1096 / fasebj.10.4.8647345. ISSN 0892-6638. PMID 8647345.
- ^ Thoden, James B .; Kim, Jungwook; Raushel, Frank M .; Holden, Hazel M. (květen 2003). „Katalytický mechanismus galaktózové mutarotázy“. Věda o bílkovinách. 12 (5): 1051–1059. doi:10.1110 / ps.0243203. ISSN 0961-8368. PMC 2323875. PMID 12717027.
- ^ A b Aki, T .; Choy, H. E.; Adhya, S. (únor 1996). „Histon-like protein HU jako specifický regulátor transkripce: role kofaktoru při represi transkripce gal pomocí represoru GAL“. Geny do buněk: věnováno molekulárním a buněčným mechanismům. 1 (2): 179–188. doi:10.1046 / j.1365-2443.1996.d01-236.x. ISSN 1356-9597. PMID 9140062.
- ^ A b Musso, R.E .; Di Lauro, R .; Adhya, S .; de Crombrugghe, B. (listopad 1977). „Duální kontrola transkripce galaktózového operonu cyklickým AMP a jeho receptorovým proteinem na dvou rozptýlených promotorech“. Buňka. 12 (3): 847–854. doi:10.1016/0092-8674(77)90283-5. ISSN 0092-8674. PMID 200371. S2CID 37550787.
- ^ Lee, Sang Jun; Lewis, Dale E. A .; Adhya, Sankar (prosinec 2008). „Indukce galaktózových enzymů v Escherichia coli je nezávislá na optické konfiguraci C-1-hydroxylové induktory d-galaktózy“. Journal of Bacteriology. 190 (24): 7932–7938. doi:10.1128 / JB.01008-08. ISSN 0021-9193. PMC 2593240. PMID 18931131.