Tryptofaanioperoni on operoni , joka sisältää geenejä entsyymeille , jotka osallistuvat aminohapon tryptofaanin biosynteesiin . Tryptofaanioperoni on läsnä monissa bakteereissa , ja se kuvattiin ensimmäisen kerran Escherichia colissa . Tryptofaanioperoni on tärkeä kokeellinen malli geeniekspression säätelyn tutkimiseen .
Tryptofaanioperonin kuvasivat vuonna 1953 Jacques Monod et ai. Se oli ensimmäinen operoni, jonka osoitettiin säädeltävän tukahduttamalla. Vaikka laktoosioperonin aktivoi aine, jota se ohjataan hyödyntämään ( laktoosi ), tryptofaani, yhdiste, jonka biosynteesistä tämä operoni vastaa, repressoi tryptofaanioperonia. Se sisältää 5 rakennegeeniä ( cistronia ): trp E, trp D, trp C sekä trp B ja trp A, jotka koodaavat tryptofaanisyntaasialayksiköitä . Huomattavan etäisyyden päässä operonista on trpR - geeni, joka koodaa tryptofaanioperonin ilmentymistä estävää proteiinia. Tämän geenin tuote tryptofaanin läsnä ollessa sitoutuu operaattoriin ja estää operonin transkription . Toisin kuin lac - operoni, trp - operoni sisältää erityisen sekvenssin, vaimentimen , joka on välttämätön operonien transkription hienosäätelyyn.
Tryptofaanioperonin säätely suoritetaan kahdella tavalla: repressoriproteiinin (repressio) avulla ja myös erityisen sekvenssin - vaimentimen avulla. Lisäksi kaikissa näissä tapauksissa säätely tapahtuu negatiivisen palautteen periaatteen mukaisesti .
Repressoriproteiinin ( tryptofaanirepressori ) molekyylipaino on 58 kDa, ja sitä koodaa trpR -geeni, joka sijaitsee huomattavan etäisyyden päässä operonista itsestään. trpR -geeni ilmentyy jatkuvasti alhaisella tasolla muodostaen monomeerejä , jotka sitten yhdistyvät muodostaen dimeerejä. Tryptofaanin puuttuessa nämä dimeerit ovat inaktiivisia ja hajoavat sytoplasmassa. Jos tryptofaanin pitoisuus solussa on kuitenkin korkea, dimeerit sitoutuvat tryptofaaniin. Tässä tapauksessa repressorin konformaatio muuttuu, jolloin se voi sitoutua käyttäjään. Tässä tapauksessa on oleellista, että operaattorin ja promoottorin nukleotidisekvenssit menevät päällekkäin tryptofaanioperonissa, niin että L-tryptofaanirepressoriproteiinikompleksin kiinnittyminen estää automaattisesti RNA-polymeraasin sitoutumisen promoottoriin. Siten tryptofaanioperonin transkriptio estyy [1] .
Vaimennus on trp - operonin toinen säätelymekanismi . Tämä säätelymenetelmä on mahdollista, koska prokaryooteissa , joista puuttuu ydin , transkriptio- ja translaatioprosessit eivät erotu ajallisesti ja tilassa, kuten eukaryooteissa , ja ne etenevät samanaikaisesti: kun RNA-polymeraasi syntetisoi mRNA :ta , tämän mRNA:n syntetisoitu osa transloituu. ribosomin kautta . Tässä suhteessa käännösprosessi voi vaikuttaa suoraan operonin transkriptioon.
Välittömästi operaattorin jälkeen tryptofaanioperonissa on 162 bp:n sekvenssi. [2] , jota kutsutaan johtosekvenssiksi . Se koodaa niin kutsuttua johtajapeptidiä , joka on saanut nimensä, koska tämä peptidi syntetisoidaan ensin tryptofaanioperonin polykistronisesta mRNA:sta. Johtosekvenssi sisältää erityisen vaimennussekvenssin ( vaimentaja ), joka vaikuttamalla syntetisoidun mRNA:n sekundaarirakenteeseen pystyy aiheuttamaan transkription ennenaikaisen lopettamisen. Samanlainen sekvenssi löytyy myös Salmonella -suvun bakteereista [3] .
Escherichia colin trp -operonissa vaimentimessa on 4 aluetta, joissa on käänteisiä toistoja . Vaimentimen transkriptio johtaa hiusneulojen muodostumiseen mRNA:ssa. Hiusneuloista on 3 muunnelmaa, nimittäin sekvenssien välillä: 1-2, 2-3, 3-4. Samanaikaisesti hiusneulan 1-2 muodostuminen estää hiusneulan 2-3 muodostumisen, ja hiusneulan 2-3 muodostuminen puolestaan estää hiusneulan 3-4 muodostumisen. Vain hiusneula 3-4 on terminaattori, eli muodostuessaan RNA-polymeraasi dissosioituu DNA:sta suurella todennäköisyydellä ja transkriptio keskeytyy.
Osa johtotranskriptistä koodaa lyhyttä 14 aminohappotähteen peptidiä, johtopeptidiä. Tämä peptidi sisältää 2 tryptofaanitähdettä, jotka sijaitsevat toistensa takana. Tryptofaani on harvinainen aminohappo ( 1 tryptofaanitähde 100 Escherichia coli -proteiinin aminohappotähdettä kohden ), tryptofaanin puutteen olosuhteissa W-tRNA:n Trp • EF-Tu • GTP-kompleksin solunsisäinen pitoisuus laskee hyvin alhaiseksi ja ribosomi alkaa "roikkua" tryptofaanikodoneissa, koska vastaavaa kompleksia ei "löydä" nopeasti. Pysähtyessään kahteen tryptofaanikodoniin ribosomi sulkee ensimmäisen neljästä käänteisestä toistoalueesta. Tästä johtuen muodostuu hiusneula 2-3, eikä terminaattorihiusneula 3-4 muodostu, ja transkriptio jatkuu edelleen rakennegeenien alueelle. Joten tryptofaanin puutteen olosuhteissa muodostuu sen synteesiin tarvittavia entsyymejä [3] .
Jos tryptofaanipitoisuus on korkea, ribosomi ei roikku tryptofaanikodoneissa: tarvittava tryptofanyyli-tRNA Trp -kompleksi löytyy nopeasti. Tässä tapauksessa ribosomi ei sulje käänteisten toistojen ensimmäistä, vaan kaksi ensimmäistä aluetta. Alueet 3 ja 4 jäävät vapaiksi, minkä vuoksi muodostuu terminaattorihiusneula 3-4, mikä tarkoittaa, että transkriptio pysähtyy. Tämän seurauksena muodostuu vain lyhyt ei-toiminnallinen peptidi. Siten tryptofaanin ylimäärän olosuhteissa ei muodostu sen synteesiin tarvittavia entsyymejä [3] .
Vaimentimen oikean toiminnan kannalta johtopeptidin transkriptio- ja translaatioprosessien samanaikaisuus on erittäin tärkeää. Sen tarjoamiseksi johtajaalueella on erityinen "taukosivusto". Saavutettuaan sen RNA-polymeraasi keskeyttää transkription, kunnes translaatio alkaa. Siten transkriptio- ja translaatioprosessit synkronoidaan.
Samanlainen vaimennusmekanismi esiintyy muiden aminohappojen synteesissä: histidiinin , fenyylialaniinin ja treoniinin [4] . Escherichia colin histidiinioperonin vaimentimessa on 7 histidiinikodonia ja fenyylialaniinioperonin vaimentimessa 7 fenyylialaniinikodonia [5] .
Bacillus subtiliksessa on myös tryptofaanioperoni, jonka transkriptiota säätelee vaimennus, mutta sen säätelymekanismi on jossain määrin erilainen kuin Escherichia colin . Hiusneulat voivat muodostua vaimentimen alueille A-B ja C-D, mutta vain jälkimmäinen aiheuttaa transkription lopettamisen. Tryptofaanin puuttuessa muodostuu A-B-hiusneula. Koska alueet B ja C menevät osittain päällekkäin, tällaisen hiusneulan muodostuminen estää C-D-hiusneulan muodostumisen, joten operonin transkriptio on täydellinen. Tärkeimmät erot Bacillus subtiliksen ja Escherichia colin tryptofaanioperonin välillä ovat ensinnäkin 11 toistuvan kodonin läsnäolo johto-mRNA:ssa ( GAGtai UAG) sekä erityisen RNA:ta sitovan proteiinin , TRAP-nimisen proteiinin läsnäolo. Englanti trp RNA:ta sitova attenuation Protein ). Suurilla tryptofaanipitoisuuksilla TRAP sitoutuu yllä oleviin toistosekvensseihin. Koska GAG/ UAG-toistot kattavat koko alueen A sekä osittain alueen B, hiusneulaa A-B ei voida muodostaa. Tämä mahdollistaa C–D-hiusneulan muodostamisen, joka, kuten edellä mainittiin, on terminaattori. Siten tryptofaanin läsnä ollessa trp -operonin transkriptio estyy [6] .
| Transkriptio (biologia) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transkription säätely |
| ||||||||||||
| Aktivointi | |||||||||||||
| Initiaatio | Transkription aloitussivusto | ||||||||||||
| Pidentymä |
| ||||||||||||
| Irtisanominen | |||||||||||||