Informacja

12.1: Wykorzystanie mutantów do badania operonu lac - Biologia

12.1: Wykorzystanie mutantów do badania operonu lac - Biologia



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.

Pojedyncze mutanty gumilaka operon

ten gumilaka operon i jego regulatory po raz pierwszy scharakteryzowano, badając mutanty E coli które wykazywały różne nieprawidłowości w metabolizmie laktozy. Niektóre mutanty wyrażały gumilaka geny operonowe konstytutywnie, co oznacza, że ​​operon był wyrażany niezależnie od obecności laktozy w pożywce. Taki mutant nazywa się składowy mutanty.

ten miejsce operatora (lacO) - Jednym z przykładów jest OC, w którym mutacja w sekwencji operatora i redukuje lub wyklucza represor ( lacI produktu genu) od rozpoznawania i wiązania z sekwencją operatora. Tak więc, w OC mutanty, lacZ, koronkowy, oraz lacA są wyrażane niezależnie od obecności laktozy.

ten lacI umiejscowienie – Jeden rodzaj zmutowanego allelu lacI (tzw. i-) zapobiega albo wytwarzaniu polipeptydu represorowego, albo wytwarza polipeptyd, który nie może wiązać się z sekwencją operatora. Jest to również konstytutywny wyraziciel gumilaka operon, ponieważ brak wiązania represora umożliwia transkrypcję.

Inny rodzaj mutanta lacI nazywa is zapobiega wiązaniu laktozy przez polipeptyd represorowy, a tym samym wiąże się z operatorem i jest nieindukowalny. Mutant ten konstytutywnie hamuje gumilaka operon, czy laktoza jest obecna, czy nie. Operon lac nie ulega ekspresji i ten mutant nazywa się „super-supresorem”.

Współczynnik F i dwa operony lac w jednej komórce – częściowy diploidalny in E coli

Więcej można dowiedzieć się o regulacji gumilaka operon, gdy w jednej komórce znajdują się dwie różne kopie. Można to osiągnąć za pomocą Współczynnik F nosić jedną kopię, podczas gdy druga jest na genomie E coli chromosom. Powoduje to częściową diploidalność w E coli.

Współczynnik F to episom który może być albo wolnym plazmidem, albo zintegrowanym z chromosomem bakteryjnym gospodarza. To przełączanie jest realizowane przez elementy IS, w których nierówne krzyżowanie może rekombinować czynnik F i sąsiednie sekwencje DNA (geny) do iz chromosomu gospodarza. Naukowcy wykorzystali to narzędzie genetyczne do stworzenia częściowych diploidów (merozygoty), które umożliwiają testowanie regulacji za pomocą różnych kombinacji różnych mutacji w jednej komórce. Na przykład kopia współczynnika F może mieć iS mutacja, podczas gdy kopia genomowa może mieć OC mutacja. Jak ta komórka zareagowałaby na obecność/brak laktozy (lub glukozy)? Ten częściowy diploid może być użyty do ustalenia, że iS dominuje w i+, który z kolei dominuje w i-. Może być również używany do pokazania OC mutacja działa tylko w cis- podczas lacI mutacja może działać w trans- .


12.1: Wykorzystanie mutantów do badania operonu lac - Biologia

C2005/F2401 '07 -- Wykład 15 -- Ostatnio edytowane: 28.10.07 13:47
Copyright 2007 Deborah Mowshowitz i Lawrence Chasin Wydział Nauk Biologicznych Columbia University New York, NY .

Materiały informacyjne: 15A -- Indukcja kontra Wypieranie kontra Hamowanie sprzężenia zwrotnego i 15 B -- Operony

I. Wprowadzenie do regulacji u prokariontów (Patrz ulotka 15A)

A. Dlaczego regulacja syntezy enzymów jest uzasadniona i/lub konieczna — rozważ kilka typowych enzymów — enzymy glikolityczne, beta-galaktozydaza (potrzebna do rozkładu i metabolizowania laktozy = dimer glukozy i galaktozy) i syntetaza trptofanu (potrzebna do syntezy trp ). (Patrz Becker 23-1.) Kiedy te enzymy są potrzebne?

1. Enzymy glikolityczne -- zawsze potrzebne

2. Beta-galaktozydaza -- potrzebne tylko w przypadku laktozy obecny (i musi być rozłożony) poziom enzymu powinien być niski do momentu dodania laktozy do podłoża.

3. TS (syntetaza trp) -- potrzebne tylko wtedy, gdy trp jest niski lub nieobecny (wtedy trp musi zostać zsyntetyzowany w celu wytworzenia białek) – poziom enzymu powinien być wysoki do momentu dodania trp do pożywki .

4. Dlaczego nie wytwarzać wszystkich enzymów przez cały czas (nawet jeśli nie są potrzebne)? Synteza enzymów zużywa dużo energii.

B. Zjawiska – Czy enzymy (takie jak te powyżej) faktycznie powstają tylko wtedy, gdy są potrzebne? Wykresy w ulotce 15A pokazują, co dzieje się z poziomem odpowiedniego enzymu, jeśli dodasz lub odbierzesz odpowiednią małą cząsteczkę, a mianowicie laktozę (lac) lub tryptofan (trp).

1. Przykład indukcji -- Laktoza (mała cząsteczka) = induktor = sygnał do skrętu na synteza odpowiedniego enzymu synteza beta-galaktozydazy (enzymu) nazywana jest zjawiskiem indukowanym zwanym indukcją. Zobacz też Sadawę 13.16 (13.13)

2. Przykład represji -- tryptofan (mała cząsteczka) = ko-represor = sygnał do skrętu wyłączony synteza odpowiedniego enzymu synteza syntetazy trp (enzymu) nazywana jest zjawiskiem tłumionym, określanym jako represja.

3. Synteza konstytutywna -- Synteza niektórych białek, takich jak enzymy glikolizy, nazywana jest konstytutywną = synteza enzymów jest „nieprzerwana” przez cały czas.

C. Podsumowanie terminologii – patrz tabela na środku Materiału 15A

Regulacja jest opisana w zestawie zadań 12. Aby przejrzeć materiał w częściach A-C, zobacz Problem 12-1, części A i B.

D. Porównanie represji z informacją zwrotną. Dlaczego potrzebujesz obu rodzajów regulacji? Czynniki do rozważenia:

  • Prędkość (hamowanie jest szybsze)
  • Które enzymy są dotknięte (pierwsze na szlaku w hamowaniu np. w porównaniu do wszystkich enzymów szlaku w represji)
  • Co się zmieniło -- aktywność enzymów (hamowanie) vs synteza enzymów lub gen działalność (represja)

Ogólnie rzecz biorąc, miej kontrolę zgrubną (represja/indukcja) w porównaniu z kontrolą precyzyjną (hamowanie/aktywacja). Zobacz tabelę i zdjęcie w dolnej części ulotki 15A. Zobacz także Sadava 13.17 (13.14). Uwaga: aktywację i indukcję enzymu można porównać w podobny sposób -- aktywacja zwiększa aktywność enzymu, podczas gdy indukcja włącza syntezę enzymu

Później poznałeś mechanizm represji i chcesz przejrzeć różnice między represją a hamowaniem przez sprzężenie zwrotne, spróbuj problem 12-2, zwł. część D i 12R-4. (Pamiętaj, aby wymyślić represje, zanim spróbujesz tych problemów – najpierw wykonaj 12-1 C i 12-2 A-B).

II. Mechanizm regulacji prokariontów (patrz handout 15B) -- Operony

Uwaga: ten mechanizm został w dużej mierze poznany poprzez analizę mutantów. Sposób, w jaki to zostało zrobione, jest fascynujący, ale złożony, więc najpierw wyjaśnimy mechanizm, a potem możesz spróbować swoich sił w przewidywaniu skutków mutacji. Zobacz E poniżej, aby uzyskać więcej informacji.

A. Jak osiąga się kontrolę współrzędnych? Lewy górny panel na ulotce – idea klastra lub operonu. (Patrz Sadava 13.18 (13.16) lub Becker rys. 23-3.)

1. Geny regulowane razem są ze sobą powiązane -- geny, które mają być koordynowane (włączane i wyłączane razem) znajdują się obok siebie w DNA.

2. Policistronowy mRNA. Połączone geny są transkrybowane jako jednostka w celu uzyskania pojedynczego mRNA. Jeden mRNA jest tworzony na operon (nie jeden mRNA na gen), ponieważ wszystkie geny w klastrze mają jeden promotor. mRNA zdolne do kodowania kilku peptydów (mRNA pochodzące z kilku genów) nazywa się policistronowym mRNA. (cistron = inny termin na gen ).

3. Kontrola transkrypcji -- Regulacja jest na poziomie transkrypcji. Poziom translacji jest kontrolowany przez regulację syntezy mRNA. Jest to typowa metoda regulacji syntezy białek u prokariontów.
Ponieważ mRNA ma krótki okres półtrwania u prokariontów, regulacja syntezy mRNA kontroluje poziom mRNA w stanie stacjonarnym. Translacja per se (i degradacja mRNA) nie jest tutaj regulowana. (W niektórych przypadkach prok. i wielu przypadkach euk. są one również uregulowane.)

4. Definicja operonu = grupa połączonych genów strukturalnych (kodujących enzym), które mają wspólne miejsca regulatorowe i są transkrybowane jako pojedyncza jednostka. (Uwaga: Połączone miejsca regulatorowe są uważane za część operonu, gen białka represorowego jest czasami uważany za część operonu, a czasami nie. To, czy gen represora jest uważany za część operonu, czy nie, jest zwykle jasne z kontekstu, rola represor jest omówiony poniżej.)

5. Interpunkcja. Zauważ, że translacja i transkrypcja mają różne sygnały stop i start. Transkrypcja rozpoczyna się od translacji promotorów w kodonach startowych (AUG). Jakie są konsekwencje?

a. mRNA ma UTR . Ma liderów (nietłumaczony region na końcu 5' przed pierwszym AUG lub 5' UTR) i zwiastuny (nietłumaczony koniec 3' lub 3' UTR).

b. Liczby: Liczba początków transkrypcji (promotorów) dla wiadomości to jeden liczba początków translacji może być wiele (jeden na peptyd) u prokariotów.

C. Translacja policistronowego mRNA zaczyna się od wielu kodonów start. Rybosom gromadzi się podczas pierwszego AUG i rozpoczyna translację. Po zakończeniu każdego peptydu rybosom może przejść w dół mRNA do następnego kodonu start i rozpocząć nowy łańcuch peptydowy. Alternatywnie rybosom może odłączyć się (i rozdzielić na podjednostki), jeśli chodzi o kodon stop. W takim przypadku nowy rybosom tworzy się w następnym kodonie start i rozpoczyna translację następnego peptydu.

B. W jaki sposób transkrypcja klastra jest wyłączona -- Górny prawy panel 15B -- Rola represora i operatora -- operon, który jest wyłączony (Patrz Becker rys. 23-4, górny panel lub Sadava rys. 13.19 (13.17) górny panel .)

1. Rola operatora (O) = Miejsce DNA, które ma działać jako część przełącznika włącz/wyłącz – wiąże białko represora, gdy represor jest w odpowiedniej lub aktywnej formie (prostokąt na ulotce).

2. Rola białka represorowego (regulatorowego) = druga połowa włącznika/wyłącznika (z O). Represor wiąże się z operatorem i zapobiega wiązaniu polimerazy RNA z DNA i transkrypcji operonu. (Purves rys. 13.15 w 7. ed)

a. Dla każdego operonu istnieje inne białko represorowe. Represor wiąże się z określoną sekwencją DNA znajdującą się w jego odpowiednim operatorze.

b. Synteza białka represorowego jest konstytutywna -- gen jest zawsze włączony. (Stan białka represora jest różny, nie ilość patrz poniżej.)

Pytanie: Czy gen białka represorowego ma promotor? operator?

C. Jak zachodzą indukcja i represje – rola efektorów

1. Białko represorowe jest allosteryczne (ma dwie formy) – jedną, która przykleja się do operatora i blokuje transkrypcję (prostokąt na ulotce), a drugą nie (okrągła na ulotce). Patrz Becker Rys. 23-5 (21-5).

2. Represor wiąże efektor (induktor lub ko-represor). Każde białko represor/regulator jest unikalne, ponieważ wiąże właściwy ko-represor lub induktor (patrz poniżej), jak również właściwy operator.

3. Efektor określa, w jakiej formie znajduje się represor. Ilość obecnego białka represora nie zmienia się (patrz wyżej) forma represora jest w czy reszta. Efektor drobnocząsteczkowy (induktor lub ko-represor) przesuwa równowagę między tymi dwiema formami, tym samym przesuwając równowagę między represorem wolnym i związanym oraz zmieniając operon „na „" lub „wyłączony".

4. W jaki sposób represor włącza się lub wyłącza z DNA? Obrazek na ulotce sugeruje, że represor jest albo „włączony” albo „wyłączony” z operatorem. W rzeczywistości istnieje równowaga między wolnym i związanym „lepkim” represorem – „prostokątne” cząsteczki spontanicznie pojawiają się i znikają. Efektor przesuwa tę równowagę, wiążąc się z wolnym represorem i zmieniając powinowactwo represora do operatora. Możesz też myśleć o efektorze jako zmieniającym względne koncentracje wolnych prostokątów i okręgów. (Kierunek zmiany zależy od tego, czy jest to operon indukowalny, czy represjonowany – patrz poniżej.)

D. Przykład indukcji -- (patrz środkowy panel w ulotce 15B lub Becker rys. 23-4 (21-4) lub Sadava 13.19 (13-17). Aby uzyskać animację, spróbuj http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/lacOperon/ index.htm (W Internecie jest wiele animacji, jeśli ktoś znajdzie taką, która szczególnie mu się spodoba, proszę powiedzieć dr M. Ta strona zawiera wiele animacji procesów biologicznych.) Aby uzyskać animację o innym nachyleniu, spróbuj http://trc .ucdavis.edu/biosci10v/bis10v/media/ch10/lac_negative.html Wchodzi to w kilka dodatkowych szczegółów, ale jest jasne i interesujące.Zobacz poniżej animację represji.

  • Cząsteczka efektorowa (induktor) wiążąca się z białkiem represorowym zapobiega represor z powiązania z operatorem - zmniejsza podaż wolnych prostokątów poprzez zamianę ich na koła.

  • Efektor (induktor) przesuwa się po równowadze do Prawidłowy:

„Forma prostokąta” rep. białko (forma „lepka”, która wiąże się z O) „#8596 „forma koła” (forma, która nie wiąże się z O)

  • Pusty forma białka represorowego (bez efektora) przykleja się do operatora.

E. Mutanty konstytutywne i plazmidy wzmacniające

1. Co się stanie, jeśli białko represora jest zmutowane iw ogóle nie wiąże się z DNA? Czy operon będzie włączony? wyłączony? Indukowalne czy konstytutywne?

2. Co się stanie, jeśli operator zostanie usunięty? Czy to to samo co powyżej?

(Odpowiedzi znajdują się poniżej w *, ale spróbuj to wszystko rozgryźć, zanim spojrzysz!)

Widzieć problem 12-3.

3 . Jak testujesz właściwości mutantów konstytutywnych? Wiele eksperymentów i problemów wiąże się z posiadaniem komórki z dwiema kopiami operonu. Jak to jest możliwe? Bakteria ma tylko jedną cząsteczkę DNA (chromosom) z jedną kopią każdego genu lub operonu.

Odpowiedź: Bakterie mogą przenosić mini-chromosomy zwane plazmidami, które mają „dodatkowe” geny. „Dodatkowe” geny mogą być dodatkowymi kopiami genów znajdujących się już w komórce. Zatem bakteria z plazmidem może mieć dwie kopie genu lub dwie kopie całego operonu -- bakteria może mieć jedną kopię na swoim normalnym chromosomie i drugą kopię na plazmidzie. Taka komórka nazywana jest częściowym diploidem (patrz niżej). Dwie kopie nie muszą być dokładnie takie same – jedna może być normalna, a jedna mutantem, lub obie mogą być różnymi mutantami. Załóżmy na przykład, że bakteria ma dwie kopie operonu laktozy. Załóżmy, że jedna kopia jest konstytutywna, a druga jest indukowalna, lub załóżmy, że obie są konstytutywne. Co powinno się stać, gdy połączysz te dwa operony? Czy obie będą konstytutywne? Obie indukowalne?

4. Wykorzystanie mutantów. Badanie właściwości mutantów konstytutywnych dotyczyło sposobu, w jaki Jacob i Monod zrozumieli indukcję/represję, którzy otrzymali nagrodę Nobla w 1965 roku za swoją pracę. Teraz możesz spróbować w inny sposób -- możesz wykorzystać swoją wiedzę na temat funkcji operonu do przewidywania właściwości mutantów, zarówno pojedynczo, jak i w połączeniu. patrz rozdz. 12 księgi problemów.

5. Terminologia

a. Haploidalny = Komórka (lub organizm) z jedną kopią każdego chromosomu. Dlatego jedna kopia każdego genu. Przykład: bakterie.

b. Diploidalny = Komórka (lub organizm) z dwiema kopiami każdego chromosomu (zazwyczaj jedna kopia od każdego rodzica). Dlatego 2 kopie każdego genu. Przykłady: ssaki, rośliny wyższe.

C. Częściowy diploidalny = Komórka (lub organizm), która jest zasadniczo haploidalna, ale ma dwie kopie kilku genów. "Druga kopia" kilku genów znajduje się zwykle na plazmidzie. Dlatego częściowy diploid ma jedną kopię większości genów, ale dwie kopie genów na plazmidzie - jedną kopię na plazmidzie i jedną na chromosomie. (Zobacz poniżej i/lub następnym razem, jak uzyskać bakterię za pomocą plazmidu.)


* Operon utknie w pozycji „quoton” i operon (i synteza enzymów z genów strukturalnych) staje się konstytutywny. To jest przykład „kontroli negatywnej” -- białko regulatora/represora jest potrzebne do przekręcenia operonu wyłączony. Nie ma znaczenia, czy operon jest indukowalny czy represjonowany – dzieje się to samo!

Aby dowiedzieć się, jak odróżnić typy mutantów konstytutywnych, zobacz problemy 12-4 i 12-8 oraz Becker tabela 23-2 (21-2).

F. Indukcja a represje

  • Cząsteczka efektorowa (korepresor), która wiąże się z białkiem represorowym promuje represor wiążący się z operatorem — zwiększa podaż wolnych prostokątów poprzez zamianę okręgów na prostokąty.

  • Efektor (ko-represor) przesuwa się po równowadze do lewo:

„Forma prostokąta” rep. białko ("lepka "forma, która wiąże się z O) ↔ "Forma koła" (forma, która nie wiąże się z O)

  • Pełny forma białka represorowego (= kompleks efektor-białko) przykleja się do operatora.

2. Jak to wygląda w porównaniu z operonem indukowalnym? Porównaj & Kontrast z D powyżej.

Pomocne może być przygotowanie dla siebie tabeli porównującej indukcję i represję. Kilka pytań do rozważenia:
(1) Która forma, pusta czy pełna, przykleja się do DNA?
(2) Kiedy białko jest wytwarzane, czy jest „lepkie”?
(3) W jaki sposób (w jakim kierunku) efektor przesuwa równowagę między formami lepkimi i nieklejącymi?

3. Przypomnienie: Białko represorowe każdego operonu jest unikalne i wiąże się tylko z odpowiednim operatorem (& efektorem). Należy pamiętać, że nie wszystkie prostokąty (lub koła) są takie same. Każde unikalne białko represora jest allosteryczne i ma 2 formy — „lepką” i „nieklejącą”. Dla porównania, na ulotkach wszystkie formy „lepkie” są narysowane jako prostokąty, a wszystkie formy „nieklejące” są narysowane jako koła. Jednak każde białko represora jest inne. Jedyną wspólną cechą wszystkich „prostokątów” jest to, że wszystkie trzymają się swoich operatorów.

Aby sprawdzić, jak działają operony, wykonaj zadania 12-1 i 12-2 A-B. Aby porównać represję i indukcję, wykonaj 12-2 C i 12-7.

G. Silni i słabi promotorzy – wszyscy promotorzy są nie to samo.

1. Wszyscy promotorzy mają podobną strukturę i funkcję -- wszystkie P muszą być zdolne do wiązania polimerazy RNA i służyć jako sygnały do ​​rozpoczęcia transkrypcji.

2. P może być silny lub słaby

a. Słaby promotor → małe wiązanie polimerazy RNA → niski poziom transkrypcji → niski poziom odpowiedniego białka.

b. Silny promotor → dużo wiązania polimerazy RNA →wysoki poziom transkrypcji→wysoki poziom odpowiedniego białka.

C. Dlaczego siła promotora ma znaczenie? Siła promotora określa, ile można wytworzyć mRNA. Rzeczywista ilość mRNA wytworzonego w dowolnym momencie zależy zarówno od siły promotora, jak i stopnia represji lub indukcji.

3. Przykład silnych i słabych promotorów: P operonu lac vs P genu represorowego lac

a. Promotor operonu lac jest silny. P operonu lac = P dla genów strukturalnych kontroluje produkcję policistronowych enzymów mRNA → do metabolizmu laktozy. Ponieważ to P jest silne, wytwarzasz dużo mRNA i wiele odpowiednich enzymów.

b. Promotor genu represora lac jest słaby.
P represora lac = P dla genu R kontroluje wytwarzanie mRNA dla represora lac → białka represora lac. Ponieważ to P jest słabe, wytwarzasz tylko trochę mRNA i stosunkowo mało białka represorowego.

C. Dlaczego to ma sens? Potrzebujesz dużo enzymów metabolicznych (jeśli hodujesz na laktozie jako źródle węgla i energii), ale stosunkowo mało cząsteczek (100 lub więcej) białka represorowego.

4. Zwróć uwagę na różnicę między rolami O (operator) i P (promotor). P określa, jaki jest maksymalny poziom transkrypcji O (plus Represor) określa, jaki procent maksimum jest faktycznie osiągnięty (na hodowlę, a nie na komórkę).

a. O (poprzez powiązanie z represorem) określa, w jakim stopniu operon jest „quoton” -- czy operon działa na pełnym gazie, czy jest tylko częściowo włączony (lub całkowicie wyłączony)? Zwykle opisujemy operony jako „wyłączone" lub „powiązane". Operony mogą być częściowo włączone, jeśli istnieje średni poziom korepresora lub induktora, tak że część białka represora ma postać „prostokąta", a część „koła".

Uwaga: jedna cząsteczka represora (w „postaci prostokąta”) na komórkę nie wystarczy, aby zamknąć jeden operon. Musi być więcej niż jedna cząsteczka białka represorowego na operon, aby upewnić się, że operator jest zawsze zajęty cząsteczką białka represorowego.

b. P określa maksymalny poziom transkrypcji = poziom, gdy operon jest w pełni „kontynuowany” i pracuje na pełnym gazie.

H. Przepisy ogólne. To może nie być szczegółowo omawiane na zajęciach, ale jest tutaj zawarte jako podsumowanie i aby pomóc Ci uzyskać pełny obraz. Omówimy to szczegółowo w następnym semestrze, kiedy przejdziemy do regulacji syntezy białek eukariotycznych.

1. Wszystkie modele regulacji oparte są na znajomości operonów . Czemu? Ponieważ operony były pierwszymi poznanymi systemami regulacji syntezy białek.

2. Cechy operonów do rozważenia

a. Kontrola transkrypcji . Poziom syntezy białka jest kontrolowany przez kontrolowanie poziomu transkrypcji genu kodującego białko. Produkcja mRNA jest jedynym etapem podlegającym regulacji. Nie ma bezpośredniej kontroli translacji – nie ma kontroli wykorzystania lub degradacji mRNA.

b. Przełącznik 2-częściowy. Jest przełącznik (kontrolujący transkrypcję) z dwiema częściami – sekwencją DNA lub miejscem (operator) i allosterycznym białkiem (represorem), które wiąże się z miejscem.

C. Negatywna kontrola. System regulacyjny jest „ujemny” – co oznacza, że ​​białko (represor) musi działać prawidłowo, aby włączyć transkrypcję systemu wyłączony. Jeśli brakuje białka represorowego lub nie działa, transkrypcja utknęła w pozycji „quoton”.

D. Kontrola współrzędnych . Geny kodujące białka o pokrewnych funkcjach są kontrolowane wspólnie – poziom syntezy odpowiednich białek jest skoordynowany. W operonach odbywa się to przez zgrupowanie wszystkich (strukturalnych) genów – geny są obok siebie na DNA i są kontrolowane przez pojedynczy promotor i pojedynczy poli-cistronowy mRNA.

3. Czy te cechy są uniwersalne? Czy regulacja syntezy białek zawsze działa w ten sam sposób? Czy to, co jest prawdą? E coli prawda o słoniu? (Monod lubił tak myśleć.)

a. Kontrola transkrypcyjna jest powszechna. Jest to główny, ale nie jedyny sposób regulowania syntezy białek.

b. Przełączniki dwuczęściowe, składające się z białka i miejsca DNA, są bardzo, bardzo powszechne. Sytuacja jest często bardziej złożona niż opisana powyżej, zwłaszcza u eukariontów. Często istnieje wiele miejsc i/lub wiele białek regulatorowych (które mogą wchodzić w interakcje zarówno ze sobą, jak iz DNA), które mogą wpływać na transkrypcję określonego genu. Szczegóły zostaną omówione w przyszłym semestrze.

C. Kontrola negatywna nie jest uniwersalna. Jest bardzo powszechny u prokariontów kontrola pozytywna (gdzie potrzebne jest białko do włączenia genu) występuje częściej u wielokomórkowych eukariontów.

D. Kontrola koordynacyjna jest powszechna, ale mechanizm jest inny w różnych organizmach. Geny o pokrewnych funkcjach są generalnie skupione w prokariontach i mają wspólny „przełącznik (P, O itp.)”. Geny, które kodują wiele enzymów tego samego szlaku, na ogół NIE są skupione w eukariontach. Ponieważ każdy gen w zestawie znajduje się w innym miejscu, każdy gen ma swój własny „przełącznik”. (Ale wszystkie przełączniki są uruchamiane w sposób skoordynowany). Tak więc w wielokomórkowych eukariotach generalnie nie ma policistronowego mRNA.

III. Jak przekazywane jest DNA bakterii?

A. Wprowadzenie do podziału komórki – Jak 1 komórka tworzy 2?

1. Jak podwajasz zawartość komórek? Rozważ główny dogmat – omówiliśmy to wszystko – jak podwoić DNA, RNA i białko oraz jak regulować syntezę białek. Gdy podwoisz białko (enzymy), to podwoisz wszystko inne, takie jak węglowodany, lipidy itp. Załóżmy więc, że podwajasz wszystko w komórce. Jak zdobyć 2 komórki z 1?

2. Dlaczego dystrybucja DNA jest kwestią kluczową? -- Stworzenie dwóch komórek z jednej sprowadza się do "po podwojeniu programu, w jaki sposób te dwie kopie są dystrybuowane do komórek potomnych?" Rzeczy, które nie są częścią programu (nie są częścią materiału genetycznego), nie muszą być dokładnie dzielone, ale ze względu na problem z kurczakiem i jajkiem musi być Niektóre innego materiału w każdej komórce potomnej. (Potrzebujesz rybosomów, polimerazy RNA itp. w każdej komórce. Ale jeśli masz ich trochę i materiał genetyczny, zawsze możesz wytworzyć więcej rybosomów, enzymów itp.)

B. Jak to robią prokariota? rozszczepienie binarne – regularna segregacja okrągłego chromosomu przyczepionego do błony

1. Jak wygląda DNA (informacja genetyczna) bakterii? Każda bakteria ma jedną, okrągłą, dwuniciową cząsteczkę DNA = chromosom, do którego chromosom jest przyłączony do błony komórkowej.

2. Jak rozmieszcza się chromosomalny DNA.

a. Na początek masz jedną komórkę z jednym dwuniciowym kołem DNA przymocowany do membrany.

b. DNA replikuje się przez dwukierunkową replikację DNA (dwa widelce zaczynają się od jednego początku) → dwa dwuniciowe koła, oba przymocowane do membrany. (Patrz Becker rys. 19-5 (17-5))

C. Kręgi rozrastają się, gdy kładzie się membranę pomiędzy punktami przyłączenia DNA do błony → dwa kółka przesunięte na przeciwległe końce komórki. (Istnieje również aktywny proces, inny niż wzrost błony, który odsuwa dwa źródła replikacji DNA. Zostało to odkryte dopiero niedawno.)

D. Na koniec wystarczy położyć membranę (i ściana) między dwiema połówkami komórki, z których każda zawiera jedno kółko (= kompletny dwuniciowy chromosom). To → 2 pełne komórki.

mi. Zauważ, że to nie jest mitoza LUB mejoza jest to inny proces (rozszczepienie binarne). Mitoza i mejoza występują tylko u eukariontów i zostaną one omówione później.

F. Jak porówna się materiał genetyczny w dwóch komórkach potomnych? Jeśli nie będzie mutacji, będzie tak samo, a wszyscy potomkowie będą identyczni. Wszyscy potomkowie uzyskani w ten sposób (przez bezpłciowe rozmnażanie jednego założyciela) nazywani są klonem. (Nie ma znaczenia, czy „założycielem” jest komórka, cząsteczka czy organizm.) Czy jest jakiś sposób (oprócz mutacji) na uzyskanie nowych kombinacji genów? Zmieszać geny z oddzielnych klonów? To wymaga seksu bakteryjnego.

Następnym razem: Jak bakterie i wirusy uprawiają seks? W jaki sposób analizowane są wyniki krzyżówek bakteryjnych i wirusowych (tj. płci) przez komplementację i rekombinację? (Będzie ulotka na temat wszystkich szczegółów.)

Copyright 2007 Deborah Mowshowitz i Lawrence Chasin Wydział Nauk Biologicznych Columbia University New York, NY .


Lac Operon

Liskin Swint-Kruse , Kathleen S. Matthews , w Encyclopedia of Biological Chemistry , 2004

Funkcja LacI

Rolą LacI jest hamowanie wytwarzania mRNA dla białek kodowanych przez gumilaka operon. Transkrypcja nie jest całkowicie wyeliminowana, ale lacZYA mRNA ulega transkrypcji tylko na bardzo niskich poziomach. Ta funkcja jest realizowana przez specyficzne wiązanie białka LacI z gumilaka sekwencja DNA operatora do hamowania transkrypcji za pomocą różnych mechanizmów. Ponieważ gumilaka operator (LacO) zachodzi na promotor, wiązanie LacI bezpośrednio konkuruje z polimerazą RNA o wiązanie tego regionu. LacI może również utrudniać inicjację transkrypcji i/lub blokować wydłużanie mRNA. Asocjacja LacI·LacO i wynikająca z niej represja transkrypcji występują, gdy nie ma dostępnej laktozy, która mogłaby służyć jako substrat gumilaka białka metaboliczne.

Gdy laktoza jest dostępna jako źródło węgla, niski poziom enzymów metabolicznych umożliwia transport niewielkiej ilości tego cukru do bakterii przez LacY. Następnie resztkowy LacZ metabolizuje laktozę do glukozy i galaktozy, która wytwarza energię dla bakterii. Warto zauważyć, że ten katalityczny proces generuje również niskie poziomy allolaktozy (przegrupowanie wiązania β-1,4 między glukozą i galaktozą w wiązanie β-1,6 Figura 2). Produkt uboczny allolaktozy wiąże się z LacI i wywołuje zmianę konformacyjną w białku, która powoduje uwolnienie sekwencji DNA operatora (indukcja). W konsekwencji polimeraza RNA może generować liczne kopie mRNA kodującego gumilaka enzymy. Po przełożeniu na białka, enzymy te umożliwiają bakteriom transport i metabolizowanie dużych ilości laktozy jako źródła energii węgla, wykorzystując możliwości środowiskowe. Jednym z wyników badań Jacoba i Monoda było odkrycie, że różne nienaturalne cukry galaktozydowe (np. IPTG Rysunek 2) mogą indukować LacI i łagodzić represję transkrypcji lacZYA.

Rysunek 2 . Struktury chemiczne dla laktozy, allolaktozy (naturalnego induktora), składników cukrowych laktozy (glukozy i galaktozy), bezpłatnego induktora IPTG i cAMP.


Obejrzyj wideo: The Lac operon. Regulation of gene expression (Sierpień 2022).