В мутанте lac IS репрессор не может взаимодействовать с индуктором лактозой. В результате, репрессор всегда связан с оператором и структурные гены постоянно репрессированы.
САР-белок: позитивный контроль lac-оперона
Если в среде достаточно лактозы и глюкозы, то клетке выгоднее использовать готовую глюкозу. В присутствии глюкозы репрессию или экспрессию lac-оперона обеспечивает катаболит- активирующий белок (CAP, catabolite-activating protein). Ингибирование лактозного оперона или катаболитная репрессия происходит в случае предпочтения клеткой глюкозы, когда lac- оперон не активируется даже в присутствии лактозы
Когда lac-репрессор связывается с индуктором, происходит активация lac-оперона, РНК-полимераза связывается с промотором, локализованным с 5’конца структурных генов, и начинается их транскрипция. В пределах lac-оперона промотор локализован между геном I и оператором О. Оказалось, что для эффективного связывания РНК-полимеразы с промотором требуется белок САР.
Механизм катаболической репрессии.
В отсутствие глюкозы САР облегчает связывание РНК- полимеразы с промотором и транскрипцию, т.е. наблюдается позитивный контроль. Для максимально эффективной транскрипции нужно, чтобы репрессор связывался с лактозой (нет репрессии оперона), а САР связывался с САР- связывающим сайтом.
Какова роль глюкозы в ингибировании связывания САР? Такое связывание зависит от циклоаденозинмонофосфата
цАМФ. Перед связыванием с промотором САР образует комплекс с цАМФ, уровень которого зависит от активности фермента аденилатциклазы (АТФ – цАМФ). Поэтому САР назыают также АМФ-рецепторным белком (CRP) с соответствующим названием гена.
Глюкоза ингибирует активность аденилатциклазы, снижая его концентрацию. Из-за этого связывание САР с цАМФ затруднено, и позитивный контроль нарушается. Катаболитная репрессия энергетически выгодна для клетки, она наблюдается и для других индуцибельных оперонов, участвующих в метаболизме галактозы и арабинозы.
Глюкоза является предпочтительным источником сахара для E. сoli по сравнению с лактозой. В отсутствие глюкозы уровень циклического аденозин монофосфата (цАМФ) увеличивается, в результате чего формируется CAP-cAMP комплекс, который связывается с CAP сайтом промотора, стимулируя транскрипцию.
Continue
В присутствии глюкозы уровень цАМФ снижается, CAP-AMP комплексы не образуются, и транскрипция не стимулируется.
Это называется катаболитной репрессией.
Фермент аденилатциклаза катализирует образование цАМФ из АТФ.
Активность аденилатциклазы ингибируется глюкозой.
Таким образом, уровень цАМФ падает, когда уровень глюкозы растет.
Репрессибельная система метаболизма триптофана
уE. coli
В1953 г. был открыт репрессибельный оперон триптофансинтетазы у E. coli. Если в среде достаточно триптофана, то ферменты его синтеза не продуцируются.
Вбиосинтезе триптофана участвует ряд ферментов, кодируемых 5 генами, локализованными по соседству на хромосоме. Эти гены – часть одного оперона, и в присутствии триптофана репрессируются.
Модель регуляции триптофанового оперона – в норме репрессор инактивирован и не может взаимодействовать с операторной областью оперона. Молекулы репрессора аллостерические и могут связываться с триптофаном.
В присутствии триптофана комплекс репрессор-триптофан приобретает новую конформацию и связывается с оператором, репрессируя транскрипцию, при наличии конечного продукта – триптофана оперон репрессирован, и ферменты не синтезируются.
Эта репрессибельная система находится под негативным контролем, поскольку регуляторный комплекс молекул репрессирует транскрипцию структурных генов. Триптофан – корепрессор, т.к. входит в состав регуляторного комплекса и участвует в репрессии оперона.
Структура trp-оперона включает 5 смежных генов (trp E, D, C, B, A) которые транскрибируются в виде полицистронной иРНК с последующей трансляцией ферментов, участвующих в биосинтезе триптофана.
Как и в lac-опероне, промотор имеет сайт связывания с РНК- полимеразой и оператор, связывающийся с репрессором. Если связывания не происходит, то транскрипция начинается с
перекрывающихся последовательностей trpP-trpO, продолжаясь вдоль лидерной последовательности и последовательности, кодирующей первый структурный ген trpЕ.
Лидерная последовательность имеет другой регуляторный элемент
– аттенуатор – интегральную часть контролирующего механизма триптофанового оперона.
В дополнение к репрессору, промотору, оператору и структурным генам триптофановый оперон (trp) содержит лидерную и аттенуаторную последовательности.