A triptofán operon egy olyan operon , amely a triptofán aminosav bioszintézisében részt vevő enzimek génjeit tartalmazza . A triptofán operon számos baktériumban jelen van, és először az Escherichia coliban írták le . A triptofán operon fontos kísérleti modell a génexpresszió szabályozásának tanulmányozásában .
A triptofán operont 1953-ban írták le Jacques Monod és munkatársai. Ez volt az első operon, amelyről kimutatták, hogy az elnyomás szabályozza. Míg a laktóz operont a felhasználni kívánt anyag ( laktóz ) aktiválja , a triptofán operont a triptofán, az a vegyület, amelynek bioszintéziséért ez az operon felelős, elnyomja. 5 szerkezeti gént ( cisztront ) tartalmaz: trp E, trp D, trp C, valamint trp B és trp A, amelyek triptofán szintáz alegységeket kódolnak . Az operontól jelentős távolságra található a trp R gén, amely a triptofán operon expresszióját elnyomó fehérjét kódol. Ennek a génnek a terméke triptofán jelenlétében kötődik az operátorhoz , és blokkolja az operon transzkripcióját. A lac operontól eltérően a trp operon egy speciális szekvenciát, az attenuátort tartalmaz , amely az operon transzkripció finom szabályozásához szükséges.
A triptofán operon szabályozása kétféleképpen történik: egy represszor fehérje (represszió) segítségével, valamint egy speciális szekvencia - egy csillapító - segítségével. Ezenkívül minden ilyen esetben a szabályozás a negatív visszacsatolás elve szerint történik .
A represszor fehérje ( triptofán represszor ) molekulatömege 58 kDa, és magától az operontól jelentős távolságra található trp R gén kódolja. A trp R gén folyamatosan alacsony szinten expresszálódik, monomereket képezve , amelyek aztán dimerekké egyesülnek. Triptofán hiányában ezek a dimerek inaktívak és lebomlanak a citoplazmában. Ha azonban a sejtben a triptofán koncentrációja magas, akkor a dimerek a triptofánhoz kötődnek. Ebben az esetben a represszor felépítése megváltozik, ami lehetővé teszi, hogy a kezelőhöz kötődjön. Ebben az esetben elengedhetetlen, hogy az operátor és a promoter nukleotidszekvenciája átfedésben legyen a triptofán operonban, így az L-triptofán•represszor fehérje komplex kapcsolódása automatikusan blokkolja az RNS polimeráz kötődését a promoterhez. Így a triptofán operon transzkripciója blokkolva van [1] .
A csillapítás a trp operon szabályozásának második mechanizmusa. Ez a szabályozási módszer azért lehetséges, mert a maghiányos prokariótákban a transzkripciós és transzlációs folyamatok térben és időben nem különülnek el, mint az eukariótákban , hanem egyidejűleg zajlanak: míg az RNS-polimeráz mRNS -t szintetizál, addig ennek az mRNS-nek a szintetizált szakasza transzlálódik. a riboszóma által . Ebben a tekintetben a fordítási folyamat közvetlenül befolyásolhatja az operon transzkripcióját.
Közvetlenül az operátor után a triptofán operonban egy 162 bp hosszúságú szekvencia. [2] , az úgynevezett vezető sorozat. Az úgynevezett vezető peptidet kódolja , amely azért kapta a nevét, mert ezt a peptidet szintetizálják először a triptofán operon policisztronos mRNS-éből. A vezető szekvencia egy speciális attenuátor szekvenciát ( attenuátor ) tartalmaz, amely a szintetizált mRNS másodlagos szerkezetére hatva képes a transzkripció idő előtti megszakítására. Hasonló szekvencia található a Salmonella nemzetséghez tartozó baktériumokban is [3] .
Az Escherichia coli trp operonban az attenuátornak 4 régiója van fordított ismétlődésekkel . Az attenuátor átírása hajtűk képződését eredményezi az mRNS-ben. A hajtűknek 3 változata létezik, mégpedig a sorozatok között: 1-2, 2-3, 3-4. Ugyanakkor az 1-2 hajtű kialakulása blokkolja a 2-3 hajtű kialakulását, a 2-3 hajtű pedig megakadályozza a 3-4 hajtű kialakulását. Csak a 3-4-es hajtű terminátor, azaz kialakulásakor az RNS-polimeráz nagy valószínűséggel disszociál a DNS-ről, és a transzkripció megszakad.
A vezető transzkriptum egy része egy 14 aminosavból álló rövid peptidet, a vezető peptidet kódolja. Ez a peptid 2 triptofán-maradékot tartalmaz, amelyek egymás mögött helyezkednek el. A triptofán egy ritka aminosav ( 1 triptofánmaradék az Escherichia coli fehérje 100 aminosavában ), triptofánhiány esetén a W-tRNS Trp • EF-Tu • GTP komplexének intracelluláris koncentrációja nagyon alacsony lesz, és a riboszóma elkezdődik. a triptofán kodonokon „lógni”, mivel a megfelelő komplexet nem lehet gyorsan „találni”. Két triptofán kodonnál megállva a riboszóma bezárja az elsőt a 4 fordított ismétlődő régió közül. Emiatt képződik a 2-3 hajtű, a 3-4 terminátor hajtű pedig nem alakul ki, és a transzkripció tovább folytatódik a szerkezeti gének régiójában. Tehát triptofánhiány esetén a szintéziséhez szükséges enzimek képződnek [3] .
Ha a triptofán koncentrációja magas, akkor a riboszóma nem lóg a triptofán kodonokon: gyorsan megtalálható a szükséges triptofanil-tRNS Trp komplex. Ebben az esetben a riboszóma nem az első, hanem a fordított ismétlődések első két régióját zárja be. A 3-as és 4-es régiók szabadok maradnak, aminek következtében kialakul a 3-4 terminátor hajtű, ami azt jelenti, hogy a transzkripció leáll. Ennek eredményeként csak egy rövid, nem működőképes peptid képződik. Így a triptofán feleslegének körülményei között nem képződnek a szintéziséhez szükséges enzimek [3] .
Az attenuátor megfelelő működéséhez rendkívül fontos a vezető peptid transzkripciós és transzlációs folyamatainak egyidejűsége. Ennek biztosítására van egy speciális "szünet hely" a vezető területen. Ezt elérve az RNS-polimeráz felfüggeszti a transzkripciót, amíg a transzláció meg nem kezdődik. Így a transzkripció és a transzláció folyamatai szinkronban vannak.
Hasonló csillapítási mechanizmus lép fel más aminosavak szintézisében is: hisztidin , fenilalanin és treonin [4] . Az Escherichia coli hisztidin operonjának csillapítója 7 hisztidin kodont tartalmaz, a fenilalanin operon csillapítója pedig 7 fenilalanin kodont [5] .
A Bacillus subtilisnek van egy triptofán operonja is, amelynek transzkripcióját gyengítés szabályozza, de szabályozási mechanizmusa némileg eltér az Escherichia coliétól . Hajtűk keletkezhetnek a csillapító A-B és C-D régiójában, de csak az utóbbi okoz transzkripciós terminációt. Triptofán hiányában az A-B hajtű képződik. Mivel a B és C régiók részben átfedik egymást, egy ilyen hajtű kialakulása megakadályozza a C-D hajtű kialakulását, így az operon transzkripciója teljes. A legfontosabb különbségek a Bacillus subtilis és az Escherichia coli triptofán operonja között először is a 11 ismétlődő kodon jelenléte a vezető mRNS-ben ( GAGvagy UAG), valamint egy speciális RNS-kötő fehérje , a TRAP jelenléte. trp RNA-binding Attenuation Protein ) . A triptofán magas koncentrációinál a TRAP a fenti ismétlődő szekvenciákhoz kötődik. Mivel a / -ismétlések lefedik a teljes A régiót, valamint részben a B régiót, az A-B hajtű nem jöhet létre. Ez lehetővé teszi egy C–D hajtű kialakítását, amely, mint fentebb említettük, egy terminátor. Így triptofán jelenlétében a trp -operon transzkripciója blokkolva van [6] . GAGUAG
| Átírás (biológia) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Az átírás szabályozása |
| ||||||||||||
| Aktiválás | |||||||||||||
| Megindítás, inicializálás | Az átírás kezdőoldala | ||||||||||||
| Megnyúlás |
| ||||||||||||
| Felmondás | |||||||||||||