 |
Вопрос 2. Принцип работы лактозного оперона
|
|
|
|
Вопрос- принцип работы лактозного оперона
  Регуляторный ген
| САР | помотор |   оперон
| Структурный ген 1βгалактоза | Структурный ген2пермиаза | Структурный ген 3тиогалактоза |
Регуляторный ген синтезирует белок, который взаимодействует с оператором.
Ген1 ответственен за расщепление галактозы,
Ген2ответственен за перенос, проникновение галактозы
Ген3 превращает галактозу в глюкозу.
Позитивный контроль:
глюкозы нет, есть комплекс цАМФ+САРбелок,
Глюкоза есть, нет цАМФ+САРбелок,
Негативный контроль:
Если нет глюкозы в организме, то комплекс цАМФ+САР обеспечивает посадку полимеразы
Если появляется лактоза, то регуляторный белок уходит с оператора и синтез становится возможным.
Лактозный оперон Е. coli, состоящий из трех структурных генов, промотора и оператора, был первой ферментной системой, на которой Ж. Моно и Ф. Жакоб изучали механизм индукции синтеза ферментов.
 |
В отсутствие лактозы молекула репрессора, активная в свободном состоянии, связывается с оператором и подавляет транскрипцию структурных генов. Когда в клетку попадает лактоза, она связывается с репрессором, в результате образуется неактивный комплекс репрессора с индуктором, который не может взаимодействовать с оператором и, следовательно, препятствовать транскрипции структурных генов. В результате индуцируется синтез ферментов катаболизма лактозы. При удалении из клетки индуктора peпpeccop снова переходит в активное свободное состояние, связывается с оператором, что приводит к прекращению синтеза соответствующих ферментов.
Лактозный оперон (lac operon) состоит из трех структурных генов, промотора, оператора и терминатора. Принимается, что в состав оперона входит также ген-регулятор, который кодирует белок-репрессор.
|
|
|
Структурные гены лактозного оперона — lacZ, lacY и lacA:
lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид лактозу на глюкозу и галактозу,
lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок, который переносит лактозу внутрь клетки.
lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящий ацетилную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
Для катаболизма лактозы необходимы только продукты генов lacZ и lacY, роль продукта гена lacA не ясна.
Регуляция(подробнее)
РНК-полимераза начинает транскрипцию с промоторного района, который перекрывается с операторным районом. В отсутствие или при низкой концентрации лактозы в клетке белок-репрессор, который является продуктом моноцистронного оперона LacI, обратимо соединяется с операторным районом и препятствует транскрипции. Таким образом, в отсутствие лактозы в клетке ферменты для метаболизма лактозы не синтезируются.
Даже в случае, когда в плазматической мембране клетки отсутствует фермент β-галактозидпермеаза, лактоза из окружающей среды может попадать в клетку в небольших количествах. В клетке две молекулы лактозы связываются с белком-репрессором, что приводит к изменению его конформации и далее к диссоциации белка-репрессора от операторного участка. Может осуществляться транскрипция генов лактозного оперона. При снижении концентрации лактозы новые порции белка-репрессора взаимодействуют с операторными последовательностями и препятствуют транскрипции. Данный механизм регуляции активности лактозного оперона называют позитивной индукцией. Веществом-индуктором служит лактоза; при её связывании с белком-репрессором происходит его диссоциация от операторного участка.
Если в клетке концентрация глюкозы достаточная для поддержания метаболизма, активация лактозного оперона не происходит. Промоторная последовательность лактозного оперона «слабая», поэтому даже при отсутствии белка-репрессора на операторном участке транскрипция практически не инициируется. Когда концентрация глюкозы в клетке снижается, происходит активация фермента аденилатциклазы, которая катализирует превращение АТР в циклическую форму — сАМР (циклическую форму АМР в данном случае также называют «сигналом клеточного голода»). Глюкоза является ингибитором фермента аденилатциклазы и активирует фосфодиэстеразу — фермент, катализирующий превращение молекулы сАМР в АМР. сАМР соединяется с белком, активирующим катаболизм (англ. САР, catabolism activating protein), при этом образуется комплекс, который взаимодействует с промотором лактозного оперона, изменяет его конформацию и приводит к повышению сродства РНК-полимеразы к данному участку. В присутствии лактозы происходит экспрессия генов оперона. Данный механизм регуляции активности лактозного оперона называют негативной индукцией. «Негативным индуктором» служит глюкоза, которая подавляет активность лактозного оперона.
|
|
|
Итак, ферменты для усвоения лактозы синтезируются в клетке кишечной палочки при двух условиях: 1) наличие лактозы; 2) отсутствие глюкозы. Регуляция работы лактозного оперона в зависимости от концентрации лактозы происходит по принципу отрицательной обратной связи: чем больше лактозы - тем больше ферментов для её катаболизма (положительная прямая связь); чем больше ферментов - тем меньше лактозы, чем меньше лактозы - тем меньше производится ферментов (двойная отрицательная обратная связь).
|
|
|
