Laktóz represszor

A laktózrepresszor ( eng.  Lac repressor ) egy DNS-kötő fehérje , amely gátolja a laktóz operon fehérjéit kódoló gének expresszióját . A lacI gén kódolja . A laktóz operon fehérjék részt vesznek a laktóz metabolizmusában a baktériumsejtekben . Ezek a gének leszabályozódnak, amikor a laktóz nem áll a sejtek rendelkezésére, így biztosítva, hogy a baktériumsejt ne pazarolja az energiát a laktóz-metabolizáló fehérjék szintézisére laktóz hiányában . Amikor a laktóz elérhetővé válik, allolaktózzá alakul át , ami gátolja a laktózrepresszor DNS-hez való kötődését. Ha a represszor nem kapcsolódik a laktóz operon operátorhoz , akkor megindul a transzkripciója, majd a laktóz metabolizmus enzimek szintézise [1] .

Szerkezet

Az Escherichia coli laktózrepresszora ( lac -represszor ) egy homotetramer , amelynek tömege 154 520 dalton . Mind a négy monomer 360 aminosavból áll, és egy N-terminális doménből , egy csukló- vagy linkerrégióból, egy cukorkötő doménből és egy C-terminális doménből áll. Az N-terminális tartomány tartalmazza a "helix-turn-helix" szerkezeti motívumot , amely az operátorral való interakcióért felelős. Ezt a motívumot két α-hélix (6-25. aminosavmaradék) alkotja. Az N-terminális domén egy kicsi, kompakt globuláris domén, jól meghatározott hidrofób maggal , amelyet három α-hélix alkot. A linker vagy csuklórégió (46-62. aminosavak) a DNS -kötő N-terminális domént a represszor cukorkötő részéhez (magjához) köti. Úgy gondolják, hogy ennek a régiónak nincs kifejezett másodlagos szerkezete , és szétszórt hélixekből áll, azonban DNS jelenlétében rendezett és α-hélixet képez, amely kölcsönhatásba lép az operátorral és orientálja a DNS-kötő domént. a lac -represszort bizonyos módon. A represszor mag, vagy cukorkötő domén két aldoménből áll. Az aldomének térszerkezete nagyon hasonló, bár az aminosavak összetételében kevés a hasonlóság közöttük. Minden aldomain 6 párhuzamos β-lapot tartalmaz , amelyek négy α-hélix közé helyezkednek el. A C-terminális domén felelős a tetramer összeállításáért [1] .

A laktózrepresszor egy szokatlan tetramer. Monomerei stabil dimereket alkotnak . Ezt a kölcsönhatást öt aminosavcsoport biztosítja. A dimerek pedig egyesülhetnek tetramerekké a C-terminális alfa-hélixek (340-357. maradékok) kölcsönhatása miatt. Mindegyik hélix két szekciót tartalmaz, amelyek hét leucinmaradékból állnak , amelyek biztosítják a négy alfa hélix kölcsönhatását. A laktózrepresszor tetramerjeit helyesebben dimerek dimereinek tekintjük, mivel nem rendelkeznek más oligomer fehérjékre jellemző szimmetriával. A dimerek kötődnek a DNS-hez, vagyis a laktózrepresszor minden tetramerje két operátorhoz köthető [1] .

Működő

Mint fentebb említettük, a laktózrepresszor kötődik a DNS-hez az N-terminális hélix-turn-helix szerkezeti motívumon keresztül, amely a DNS fő barázdájához kötődik . Ezenkívül a csuklórégiók a DNS-hez kötődnek. A kötődés a csuklórégiók rendezett hélixeinek és a DNS kisebb barázdájának kölcsönhatása miatt következik be [2] . Mivel minden tetramer egyidejűleg két operátort tud megkötni, több operátorszekvencia egy tetramer általi megkötése DNS hurkot okoz [3] . A represszor DNS-hez való kötődése olyan mértékben megnöveli az RNS-polimeráz affinitását a promoterhez , hogy nem tudja elhagyni azt, így a laktóz operon gének transzkripciójának megnyúlása nem indulhat meg. Laktóz jelenlétében az allolaktóz a lac -represszorhoz kötődik, alloszterikusan megváltoztatva annak térszerkezetét, így a represszor nem tud szilárdan kötődni a kezelőhöz. In vitro vizsgálatokban az izopropil-β-D-1-tiogalaktopiranozidot (IPTG) gyakran használják olyan anyagként, amely utánozza az allolaktóz hatását [1] .

Felfedezés

A laktózrepresszort először Gilbert és Benno Müller-Hill izolálta 1966 ban . Ez egy évvel azután történt, hogy a laktózoperont leíró Jacques Monod és François Jacob élettani vagy orvosi Nobel-díjat kapott a génexpresszió szabályozásával kapcsolatos kutatásaiért. Gilbert és Muller-Hill in vitro körülmények között tudták kimutatni, hogy a fehérje a laktóz operont tartalmazó DNS-hez kötődik, és IPTG hozzáadásakor disszociál a DNS-ről. A DNS-t hasító dezoxiribonukleáz enzim segítségével izolálták a fehérjéhez kapcsolódó DNS-részt is . Miután a represszor-DNS komplexet ezzel az enzimmel kezeltük, néhány DNS-molekula hasadatlan maradt; azt sugallták, hogy a represszor védi őket az enzim hatásától, amit később megerősítettek. Ezek a kísérletek megerősítették a Monod és Jacob által korábban javasolt laktózoperon mechanizmusát [4] [1] .  

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 Lewis M. A lac represszor.  (angol)  // Comptes rendus biologies. - 2005. - 20. évf. 328. sz. 6 . - P. 521-548. - doi : 10.1016/j.crvi.2005.04.004 . — PMID 15950160 .
2. ↑ Schumacher MA , Choi KY , Zalkin H. , Brennan RG A LacI tag, PurR kristályszerkezete, DNS-hez kötött: kisebb barázdakötés alfa-hélixekkel.  (angol)  // Tudomány (New York, NY). - 1994. - 1. évf. 266. sz. 5186 . - P. 763-770. — PMID 7973627 .
3. ↑ Oehler S. , Eismann ER , Krämer H. , Müller-Hill B. A lac operon három operátora együttműködik az elnyomásban.  (angol)  // Az EMBO folyóirat. - 1990. - 1. évf. 9, sz. 4 . - P. 973-979. — PMID 2182324 .
4. ↑ Gilbert W. , Müller-Hill B. A lac-represszor izolálása.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1966. - 1. évf. 56. sz. 6 . - P. 1891-1898. — PMID 16591435 .