Laktoosin repressori

Laktoosirepressori ( eng.  Lac repressor ) on DNA:ta sitova proteiini , joka estää laktoosioperonin proteiineja koodaavien geenien ilmentymisen . lacI -geenin koodaama . Laktoosioperoniproteiinit osallistuvat laktoosin aineenvaihduntaan bakteerisoluissa . _ Nämä geenit säätelevät alas, kun laktoosi ei ole solujen saatavilla, mikä varmistaa, että bakteerisolu ei tuhlaa energiaa laktoosia metaboloivien proteiinien syntetisoimiseen laktoosin puuttuessa . Kun laktoosia tulee saataville, se muuttuu allolaktoosi , joka estää laktoosirepressorin kykyä sitoutua DNA:han. Kun repressori ei liitylaktoosioperonioperaattoriinlaktoosiaineenvaihdunnan entsyymien synteesi [1] .

Rakenne

Escherichia colin laktoosirepressori ( lac -repressori ) on homotetrameeri , jonka massa on 154 520 daltonia . Jokainen neljästä monomeerista sisältää 360 aminohappotähdettä ja koostuu N-terminaalisesta domeenista , sarana- tai linkkerialueesta, sokeria sitovasta domeenista ja C-terminaalisesta domeenista. N-terminaalinen domeeni sisältää "helix-turn-helix" -rakennemotiivin , joka vastaa vuorovaikutuksesta operaattorin kanssa. Tämä motiivi muodostuu kahdesta α-kierteestä (aminohappotähteet 6–25). N-terminaalinen domeeni on pieni, kompakti pallomainen domeeni, jossa on hyvin määritelty hydrofobinen ydin , joka muodostuu kolmesta α-kierteestä. Linkkeri- tai sarana-alue (tähteet 46-62) yhdistää DNA :ta sitovan N-terminaalisen domeenin repressorin sokeria sitovaan osaan (ytimeen). Uskotaan, että tällä alueella ei ole selkeää sekundaarirakennetta ja se koostuu hajallaan olevista helikseistä, mutta DNA:n läsnä ollessa se on kuitenkin järjestynyt ja muodostaa α-heliksin, joka on vuorovaikutuksessa operaattorin kanssa ja suuntaa DNA:ta sitovaa domeenia. lac - repressori tietyllä tavalla. Repressoriydin tai sokeria sitova domeeni koostuu kahdesta alialueesta. Alidomeenien avaruudellinen rakenne on hyvin samanlainen, vaikka niiden välillä on vähän samankaltaisuutta aminohappotähteiden koostumuksessa. Jokainen aliverkkotunnus sisältää 6 rinnakkaista β-levyä , jotka on kerrostettu neljän α-kierteen välissä. C-terminaalinen domeeni on vastuussa tetrameerin kokoamisesta [1] .

Laktoosirepressori on epätavallinen tetrameeri. Sen monomeerit muodostavat stabiileja dimeerejä . Tämän vuorovaikutuksen tarjoaa viisi aminohappoklusteria. Dimeerit puolestaan ​​voivat yhdistyä muodostaen tetrameerejä C-terminaalisten alfaheliksien (tähteet 340-357) vuorovaikutuksen vuoksi. Jokainen heliksi sisältää kaksi osaa, jotka koostuvat seitsemästä leusiinitähteestä , jotka tarjoavat neljän alfaheliksin vuorovaikutuksen. Laktoosirepressorin tetrameerejä pidetään oikeammin dimeerien dimeereinä, koska niillä ei ole muille oligomeerisille proteiineille ominaista symmetriaa. DNA:han sitoutuvat dimeerit, eli jokainen laktoosirepressorin tetrameeri voi liittyä kahteen operaattoriin [1] .

Toimiva

Kuten edellä mainittiin, laktoosirepressorin sitoutuminen DNA:han tapahtuu N-terminaalisen helix-turn-helix -rakennemotiivin kautta, joka sitoutuu DNA:n pääuraan . Lisäksi sarana-alueet sitoutuvat DNA:han. Sitoutuminen tapahtuu saranaalueiden järjestettävien heliksien ja DNA:n pienemmän uran vuorovaikutuksen seurauksena [2] . Koska jokainen tetrameeri voi sitoa kahta operaattoria samanaikaisesti, useiden operaattorisekvenssien sitoutuminen yhdellä tetrameerillä aiheuttaa DNA-silmukan [3] . Repressorin sitoutuminen DNA:han lisää RNA-polymeraasin affiniteettia promoottoriin siinä määrin, että se ei pääse poistumaan siitä, ja siksi laktoosioperonigeenien transkription pidentyminen ei voi alkaa. Laktoosin läsnä ollessa allolaktoosi sitoutuu lac - repressoriin, mikä muuttaa sen tilarakennetta allosteerisesti siten, että repressori ei pysty sitoutumaan lujasti käyttäjään. In vitro -tutkimuksissa isopropyyli-β-D-1-tiogalaktopyranosidia (IPTG) käytetään usein aineena, joka jäljittelee allolaktoosin vaikutusta [1] .

Discovery

Laktoosirepressorin eristivät ensimmäisen Walter Gilbert ja Benno Müller- Hill 1966 .  Tämä tapahtui vuosi sen jälkeen, kun Jacques Monod ja François Jacob , jotka kuvasivat laktoosioperonia, saivat fysiologian tai lääketieteen Nobelin tutkimuksestaan ​​geeniekspression säätelyssä. Gilbert ja Muller-Hill pystyivät osoittamaan in vitro -olosuhteissa , että proteiini sitoutuu laktoosioperonin sisältävään DNA:han ja dissosioituu DNA:sta, kun IPTG:tä lisätään. He eristivät myös proteiiniin liittyvän DNA:n osan käyttämällä deoksiribonukleaasientsyymiä , joka pilkkoo DNA:ta. Kun repressori-DNA-kompleksi oli käsitelty tällä entsyymillä, jotkut DNA-molekyylistä jäivät pilkkoutumattomiksi; ehdotettiin, että repressori suojasi niitä entsyymin vaikutukselta, mikä myöhemmin vahvistettiin. Nämä kokeet vahvistivat Monodin ja Jacobin aiemmin ehdottaman laktoosioperonin mekanismin [4] [1] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 Lewis M. lac-repressori.  (englanniksi)  // Comptes rendus biologies. - 2005. - Voi. 328, nro 6 . - s. 521-548. - doi : 10.1016/j.crvi.2005.04.004 . — PMID 15950160 .
2. ↑ Schumacher MA , Choi KY , Zalkin H. , Brennan RG Lacl-jäsenen, PurR, kristallirakenne, sitoutunut DNA:han: pieni urasitoutuminen alfakierteillä.  (englanti)  // Tiede (New York, NY). - 1994. - Voi. 266, nro 5186 . - s. 763-770. — PMID 7973627 .
3. ↑ Oehler S. , Eismann ER , Krämer H. , Müller-Hill B. Lac-operonin kolme operaattoria tekevät yhteistyötä tukahduttamisessa.  (englanniksi)  // EMBO-lehti. - 1990. - Voi. 9, ei. 4 . - s. 973-979. — PMID 2182324 .
4. ↑ Gilbert W. , Müller-Hill B. lac-repressorin eristäminen.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 1966. - Voi. 56, nro. 6 . - P. 1891-1898. — PMID 16591435 .