L-арабинозный оперон
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с АраБ )
Перейти к навигации Перейти к поиску

L-арабинозный оперон , также называемый опероном ara или araBAD , представляет собой оперон , необходимый для расщепления пятиуглеродного сахара L-арабинозы в Escherichia coli . [1] Оперон L-арабинозы содержит три структурных гена : araB , araA , araD (вместе известные как araBAD ), которые кодируют три метаболических фермента , необходимых для метаболизма L-арабинозы. [2] AraB ( рибулокиназа ), AraA (анизомераза ), AraD ( эпимераза ), продуцируемая этими генами, катализирует превращение L-арабинозы в промежуточное соединение пентозофосфатного пути , D-ксилулозо-5-фосфат . [2]

Структурные гены L-арабинозного оперона транскрибируются с общего промотора в единый транскрипт , мРНК . [3] Экспрессия оперона L-арабинозы контролируется как единое целое продуктом регуляторного гена araC и комплексом белок- активатор катаболита (CAP) -цАМФ . [4] Белок -регулятор AraC чувствителен к уровню арабинозы и играет двойную роль как активатора в присутствии арабинозы и репрессора в отсутствие арабинозы для регуляции экспрессии araBAD .[5] Белок AraC не только контролирует экспрессию araBAD, но также автоматически регулирует собственную экспрессию при высоких уровнях AraC. [6]

Структура

L-арабинозный оперон состоит из структурных генов и регуляторных областей, включая область оператора ( araO 1 , araO 2 ) и область инициатора ( araI 1 , araI 2 ). [7] Структурные гены, araB , araA и araD , кодируют ферменты катаболизма L-арабинозы . Существует также сайт связывания CAP, где комплекс CAP-cAMP связывается и облегчает катаболитную репрессию , что приводит к положительной регуляции araBAD, когда клетке не хватает глюкозы . [8]

Структура L-арабинозного оперона E. coli.

Регуляторный ген araC расположен выше оперона L-арабинозы и кодирует чувствительный к арабинозе регуляторный белок AraC. И araC , и araBAD имеют дискретный промотор, где РНК-полимераза связывается и инициирует транскрипцию . [4] araBAD и araC транскрибируются в противоположных направлениях от промотора araBAD ( PBAD ) и промотора araC ( PC ) соответственно . [2]

Функция

  • araA кодирует L-арабинозоизомеразу , которая катализирует изомеризацию между L-арабинозой и L-рибулозой .
  • araB кодирует рибулокиназу , которая катализирует фосфорилирование L-рибулозы с образованием L -рибулозо-5-фосфата .
  • araD кодирует L-рибулозо-5-фосфат-4-эпимеразу , которая катализирует эпимеризацию между L-рибулозо-5-фосфатом и D- ксилулозо-5-фосфатом .
Метаболический путь L-арабинозы через действие трех ферментов, которые кодируются опероном araBAD .
Катаболизм арабинозы в E. coli
СубстратФермент(ы)ФункцияобратимыйТовар
L - арабинозаАраАизомеразаДаL -рибулоза
L - рибулозаАрабРибулокиназаНетL -рибулозо-5-фосфат
L - рибулозо-5-фосфатАраДЭпимеразаДаD -ксилулозо-5-фосфат

И L-рибулозо-5-фосфат, и D-ксилулозо-5-фосфат являются метаболитами пентозофосфатного пути , который связывает метаболизм 5-углеродных сахаров с метаболизмом 6-углеродных сахаров . [6]

Регулирование

Структура мономера AraC

Система L-арабинозы находится не только под контролем активатора CAP-цАМФ, но также положительно или отрицательно регулируется посредством связывания белка AraC. AraC функционирует как гомодимер , который может контролировать транскрипцию araBAD посредством взаимодействия с оператором и инициаторной областью L-арабинозного оперона. Каждый мономер AraC состоит из двух доменов, включая ДНК-связывающий домен и домен димеризации . [9] Домен димеризации отвечает за связывание арабинозы. [10] AraC претерпевает конформационные изменения при связывании с арабинозой, при этом он имеет две различные конформации. [6]Конформация полностью определяется связыванием аллостерического индуктора арабинозы. [11]

AraC также может негативно регулировать собственную экспрессию, когда концентрация AraC становится слишком высокой. Синтез AraC подавляется за счет связывания димерного AraC с операторной областью ( araO 1 ).

Негативное регулирование araBAD

Отрицательная регуляция оперона L-арабинозы через белок AraC

Когда арабиноза отсутствует, клеткам не нужны продукты ara BAD для расщепления арабинозы. Таким образом, димерный AraC действует как репрессор: один мономер связывается с оператором гена araBAD ( araO 2 ), другой мономер связывается с удаленным полусайтом ДНК , известным как araI 1 . [12] Это приводит к образованию петли ДНК. [13] Эта ориентация блокирует связывание РНК-полимеразы с промотором araBAD . [14] Таким образом, транскрипция структурного гена araBAD ингибируется. [15]

Положительная регуляция araBAD

Положительная регуляция оперона L-арабинозы через димерный AraC и CAP/cAMP

Экспрессия оперона araBAD активируется в отсутствие глюкозы и в присутствии арабинозы. Когда присутствует арабиноза, и AraC, и CAP работают вместе и действуют как активаторы. [16]

Через АраК

AraC действует как активатор в присутствии арабинозы. AraC претерпевает конформационные изменения, когда арабиноза связывается с доменом димеризации AraC. В результате комплекс AraC-арабиноза отпадает от araO 2 и разрывает петлю ДНК. Следовательно, AraC-арабинозе энергетически выгоднее связываться с двумя соседними полусайтами ДНК: araI- 1 и araI- 2 в присутствии арабинозы. Один из мономеров связывает araI 1 , оставшийся мономер связывает araI 2 , другими словами, связывание AraC с araI 2 происходит аллостерически .индуцируется арабинозой. В этой конфигурации один из мономеров AraC располагается рядом с промотором araBAD , что помогает рекрутировать РНК-полимеразу на промотор для инициации транскрипции. [17]

Через CAP/цАМФ (катаболитная репрессия)

CAP действует как активатор транскрипции только в отсутствие предпочитаемого E. coli сахара, глюкозы. [18] Когда глюкоза отсутствует, высокий уровень комплекса CAP белок/цАМФ связывается с сайтом связывания CAP, сайтом между araI 1 и araO 1 . [19] Связывание CAP/цАМФ отвечает за раскрытие петли ДНК между araI 1 и araO 2 , повышение аффинности связывания белка AraC с araI 2 и, таким образом, стимулирование связывания РНК-полимеразы с промотором araBAD для включения экспрессии арабБАДнеобходим для метаболизма L-арабинозы.

Авторегуляция экспрессии araC

Саморегуляция AraC

Экспрессия araC отрицательно регулируется его собственным белковым продуктом, AraC. Избыток AraC связывается с оператором гена araC, araO 1 , при высоких уровнях AraC, что физически блокирует доступ РНК-полимеразы к промотору araC . [20] Следовательно, белок AraC ингибирует собственную экспрессию при высоких концентрациях. [16]

Использование в системе экспрессии белка

L-арабинозный оперон находится в центре внимания исследований в области молекулярной биологии с 1970 года и широко исследуется на генетическом , биохимическом , физиологическом и биотехническом уровнях. [3] Оперон L-арабинозы обычно используется в системе экспрессии белка , поскольку промотор araBAD можно использовать для обеспечения направленной экспрессии при жестком регулировании. Путем слияния промотора araBAD с интересующим геном экспрессия гена-мишени может регулироваться исключительно арабинозой: например, плазмида pGLO содержит зеленый флуоресцентный белок .ген под контролем промотора P BAD , что позволяет индуцировать продукцию GFP арабинозой.

Смотрите также

  • оперон
  • Катаболизм
  • Катаболитная репрессия

Другие оперонные системы E. coli :

  • гал оперон
  • болтливый оперон
  • лак оперон
  • trp оперон

использованная литература

  1. ^ Воет, Дональд и Воет, Джудит Г. (2011). Биохимия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр.  1291–1294 . ISBN 978-0470-57095-1.
  2. ^ a b c Шлейф, Роберт (2000). «Регуляция L-арабинозного оперона Escherichia coli ». Тенденции в генетике . 16 (12): 559–565. doi : 10.1016/S0168-9525(00)02153-3 . PMID 11102706 . 
  3. ^ б Уотсон, Джеймс Д. (2008) . Молекулярная биология гена (6-е изд.). Харлоу: Эддисон-Уэсли. стр. 634–635. ISBN 9780321507815.
  4. ^ a b Шлейф, Роберт (2010). «Белок AraC, регуляция L-арабинозного оперона и механизм переключения света действия AraC» . Обзоры микробиологии FEMS . 34 (5): 779–796. doi : 10.1111/j.1574-6976.2010.00226.x . PMID 20491933 . 
  5. ^ Лобелл, РБ; Шлейф, РФ (1990). «Петлеобразование и раскручивание ДНК белком AraC». Наука . 250 (4980): 528–532. Бибкод : 1990Sci...250..528L . doi : 10.1126/science.2237403 . PMID 2237403 . S2CID 25017204 .  
  6. ^ a b c Шлейф, Роберт (2003). «Белок AraC: отношения любви и ненависти». Биоэссе . 25 (3): 274–282. doi : 10.1002/bies.10237 . PMID 12596232 . 
  7. ^ Шлейф, Роберт; Лис, Джон Т. (1975). «Регуляторная область L-арабинозного оперона: физическое, генетическое и физиологическое исследование». Журнал молекулярной биологии . 95 (3): 417–431. doi : 10.1016/0022-2836(75)90200-4 . PMID 168391 . 
  8. ^ Огден, С; Хаггерти, Д.; Стоунер, см; Колодрубец, Д; Шлейф, Р. (1980). «Оперон L-арабинозы Escherichia coli: сайты связывания регуляторных белков и механизм положительной и отрицательной регуляции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (6): 3346–3350. Бибкод : 1980PNAS...77.3346O . doi : 10.1073/pnas.77.6.3346 . ПМС 349612 . PMID 6251457 .  
  9. ^ Бустос, SA; Шлейф, РФ (1993). «Функциональные домены белка AraC» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (12): 5638–5642. Бибкод : 1993PNAS...90.5638B . doi : 10.1073/pnas.90.12.5638 . ПВК 46776 . PMID 8516313 .  
  10. ^ Савиола, Б; Сиболд, Р.; Шлейф, РФ (1998). «Взаимодействие домена руки в AraC». Журнал молекулярной биологии . 278 (3): 539–548. doi : 10.1006/jmbi.1998.1712 . PMID 9600837 . 
  11. ^ Гриффитс, Энтони Дж.; Весслер, Сьюзан Р. (2015). Введение в генетический анализ (11-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Фримен. стр. 413–414. ISBN 9781429276344.
  12. ^ Касадабан, Малкольм Дж. (1976). «Регулирование регуляторного гена пути арабинозы, araC ». Журнал молекулярной биологии . 104 (3): 557–566. doi : 10.1016/0022-2836(76)90120-0 . PMID 781294 . 
  13. ^ Сиболд, Роберт Р.; Шлейф, Роберт Ф. (1998). «Apo-AraC активно стремится зациклиться». Журнал молекулярной биологии . 278 (3): 529–538. doi : 10.1006/jmbi.1998.1713 . PMID 9600836 . 
  14. ^ Хендриксон, Уильям; Шлейф, Роберт (1984). «Регуляция оперона L-арабинозы Escherichia coli , изученная с помощью анализа связывания ДНК с помощью гель-электрофореза». Журнал молекулярной биологии . 178 (3): 611–628. doi : 10.1016/0022-2836(84)90241-9 . PMID 6387154 . 
  15. ^ Уивер, Роберт Франклин (2012). Молекулярная биология (5-е международное студенческое изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. стр.  183–186 . ISBN 9780071316866.
  16. ^ a b Снайдер, Ларри (2013). Молекулярная генетика бактерий (4-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. стр. 487–494. ISBN 9781555816278.
  17. ^ Хартвелл, Леланд; Худ, Лерой (2010). Генетика: от генов к геномам (4-е изд.). Бостон: Образование McGraw-Hill. п. 528 . ISBN 9780071102155.
  18. ^ Кокс, Майкл М .; Дудна, Дженнифер А .; О'Доннелл, Майкл Э. (2012). Молекулярная биология: принципы и практика (международное издание). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 707–708. ISBN 9781464102257.
  19. ^ Гриффитс, Энтони Дж. Ф. (2002). Современный генетический анализ: интеграция генов и геномов (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр.  432–433 . ISBN 0716743825.
  20. ^ Ли, Н.Л.; Гилов, WO; Уоллес, Р. Г. (1981). «Механизм ауторегуляции araC и домены двух перекрывающихся промоторов, Pc и PBAD , в регуляторной области L-арабинозы Escherichia coli » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (2): 752–756. Бибкод : 1981PNAS...78..752L . doi : 10.1073/pnas.78.2.752 . ПМС 319880 . PMID 6262769 .  

внешние ссылки

  • Современный генетический анализ Griffiths, AJ et al. (онлайн-учебник)
  • Биохимия Berg, JM et al. (онлайн-учебник)
  • Введение в генетический анализ Griffiths, AJ et al. (онлайн-учебник)
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=L-arabinose_operon&oldid=1077111578 "
Contribute a better translation