Гал оперон - Gal operon

В гал оперон это прокариотический оперон, который кодирует ферменты необходимо для галактоза метаболизм.[1] Подавление экспрессия гена для этого оперона работает через привязку репрессор молекулы двум операторам. Эти репрессоры димеризуются, создавая петлю в ДНК. Петля, а также помеха со стороны внешнего оператора предотвращают РНК-полимераза от связывания с промотором и, таким образом, предотвратить транскрипция.[2] Кроме того, поскольку метаболизм галактозы в клетке участвует как в анаболическом, так и в катаболическом путях, новая регуляторная система, использующая два промотора для дифференциальной репрессии, была идентифицирована и охарактеризована в контексте гал оперон.

Структура

В гал оперон Кишечная палочка состоит из 4-х структурных генов: галЕ (эпимераза), GalT (трансфераза галактозы), галК (галактокиназа) и GalM (мутаротаза), которые транскрибируются с двух перекрывающихся промоторов, PG1 (+1) и PG2 (-5), перед галЕ.[3] GalE кодирует эпимеразу, которая превращает UDP-глюкозу в UDP-галактозу. Это необходимо для образования UDP-галактозы для клеточной стенки. биосинтез, в частности липополисахарид компонента клеточной стенки, даже когда клетки не используют галактоза в качестве источника углерода / энергии.[4] GalT кодирует протеин-галактозилтрансферазу, которая катализирует перенос сахара-галактозы к акцептору, образуя гликозидную связь.[5] ГалК кодирует киназу, которая фосфорилирует α-D-галактоза к галактозо-1-фосфат.[6] Наконец, GalM катализирует превращение β-D-галактозы в α-D-галактоза как первый шаг в метаболизме галактозы.[7]

Гал оперон содержит два операторы, ОE (для внешних) и Оя (для внутреннего). Первый находится прямо перед промоутер, а последний сразу после галЕ ген (первый ген в опероне). Эти операторы связывают репрессор, GalR, который закодирован извне операторского региона. Чтобы этот репрессорный белок функционировал должным образом, оперон также содержит сайт связывания гистона, чтобы облегчить этот процесс.[8]

Дополнительный сайт, известный как сайт активации, находится после внешнего оператора, но выше PG2. Этот сайт служит областью связывания для комплекса цАМФ-CRP, который модулирует активность промоторов и, таким образом, экспрессию гена.[9]

Механизм

Несвязанный galR ген кодирует репрессор этой системы. Тетрамерный репрессор GalR связывается с 2 операторами, один из которых расположен в +55, а другой - в -60 относительно стартового сайта PG1. Зацикливание ДНК блокирует доступ РНК-полимераза к промоторам и / или ингибирует образование открытого комплекса. Это образование петель требует присутствия гистоноподобного белка HU для облегчения образования структуры и обеспечения надлежащей репрессии.[8] Когда GalR связывается как димер только для сайта -60 промотор PG2 активируется, а не репрессируется, что позволяет продуцировать базальные уровни GalE. В этом состоянии промотор PG1 инактивирован за счет взаимодействия с альфа-субъединицей РНК-полимеразы.[2] Активность этого белка-репрессора регулируется на основе уровней D-галактоза в камере. Повышенные уровни этого сахара подавляют активность репрессора путем аллостерического связывания, что приводит к конформационному изменению белка, что подавляет его взаимодействия с РНК-полимеразой и ДНК.[10] Это индуцирует активность оперона, что увеличивает скорость метаболизма галактозы.

Гал-оперон также контролируется CRP-цАМФ, как и lac-оперон. CRP-cAMP связывается с областью -35, способствуя транскрипции PG1, но ингибируя транскрипцию PG2. Это достигается за счет расположения последовательности активации. Когда CRP-цАМФ связывает активирующую последовательность, он блокирует образование открытого комплекса РНК-полимеразы с PG2, но усиливает закрытый комплекс с РНК-полимеразой на PG1. Это подавляет активность промотора PG2 и увеличивает активность промотора PG1.[9] Когда клетки растут в глюкоза, транскрипция базального уровня происходит с PG2.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Weickert, M. J .; Адхья, С. (октябрь 1993 г.). «Реглон галактозы Escherichia coli». Молекулярная микробиология. 10 (2): 245–251. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01950.x. ISSN  0950-382X. PMID  7934815.
  2. ^ а б Рой, Сиддхартха; Семсей, Сабольч; Лю, Мофанг; Гусин, Гэри Н .; Адхья, Шанкар (26 ноября 2004 г.). «GalR репрессирует galP1 путем ингибирования определяющего скорость образования открытого комплекса через контакт РНК-полимеразы: мутант отрицательного контроля GalR». Журнал молекулярной биологии. 344 (3): 609–618. Дои:10.1016 / j.jmb.2004.09.070. ISSN  0022-2836. PMID  15533432.
  3. ^ Адхья, S .; Миллер, В. (1979-06-07). «Модуляция двух промоторов оперона галактозы Escherichia coli». Природа. 279 (5713): 492–494. Bibcode:1979Натура.279..492А. Дои:10.1038 / 279492a0. ISSN  0028-0836. PMID  221830. S2CID  4260055.
  4. ^ Холден, Хейзел М .; Реймент, Иван; Тоден, Джеймс Б. (7 ноября 2003 г.). «Структура и функция ферментов пути Лелуара метаболизма галактозы». Журнал биологической химии. 278 (45): 43885–43888. Дои:10.1074 / jbc.R300025200. ISSN  0021-9258. PMID  12923184.
  5. ^ Уильямс, Гэвин Дж .; Торсон, Джон С. (2009). Натуральные гликозилтрансферазы: свойства и применение. Достижения в энзимологии и смежных областях биохимии. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 76. С. 55–119. Дои:10.1002 / 9780470392881.ch2. ISBN  9780470392881. ISSN  0065-258X. PMID  18990828.
  6. ^ Фрей, П. А. (март 1996 г.). «Путь Лелуара: механистический императив для трех ферментов, чтобы изменить стереохимическую конфигурацию одного углерода в галактозе». Журнал FASEB. 10 (4): 461–470. Дои:10.1096 / fasebj.10.4.8647345. ISSN  0892-6638. PMID  8647345.
  7. ^ Тоден, Джеймс Б.; Ким, Чонгук; Раушель, Франк М .; Холден, Хейзел М. (май 2003 г.). «Каталитический механизм галактозамутаротазы». Белковая наука. 12 (5): 1051–1059. Дои:10.1110 / л.с. 0243203. ISSN  0961-8368. ЧВК  2323875. PMID  12717027.
  8. ^ а б Аки, Т .; Choy, H.E .; Адхья, С. (февраль 1996 г.). «Гистоноподобный белок HU как специфический регулятор транскрипции: роль кофактора в репрессии транскрипции gal репрессором GAL». Гены в клетки: посвященные молекулярным и клеточным механизмам. 1 (2): 179–188. Дои:10.1046 / j.1365-2443.1996.d01-236.x. ISSN  1356-9597. PMID  9140062.
  9. ^ а б Musso, R.E .; Di Lauro, R .; Адхья, S .; де Кромбругге, Б. (ноябрь 1977 г.). «Двойной контроль транскрипции оперона галактозы циклическим АМФ и его рецепторным белком на двух вкрапленных промоторах». Клетка. 12 (3): 847–854. Дои:10.1016/0092-8674(77)90283-5. ISSN  0092-8674. PMID  200371. S2CID  37550787.
  10. ^ Ли, Сан Джун; Льюис, Дейл Э. А .; Адхья, Санкар (декабрь 2008 г.). «Индукция ферментов галактозы в Escherichia coli не зависит от оптической конфигурации C-1-гидроксила индуктора d-галактозы». Журнал бактериологии. 190 (24): 7932–7938. Дои:10.1128 / JB.01008-08. ISSN  0021-9193. ЧВК  2593240. PMID  18931131.