Operonul TRP
5
Operonul TRP Operonul TRP este prezent la practic toate bacteriile, permițând celulelor sinteza de triptofan pornind de la acid chorismic. În celulele de Escherichia coli operonul TRP cuprinde: • 5 gene structurale – trp E, trp D, trp C, trp B, trp A, transcrise policistronic pornind de la promotorul P trp • 1 genă reglatoare – trp R, situată mult în amonte (la peste 1000 pb distanță de genele structurale), transcrisă monocistronic de la promotorul P trpR ; această genă codifică proteina Trp R, ce are rol de represor pentru transcrierea celor 5 gene structurale • Secvențe reglatoare – de tip operator : O trp , situat în promotorul genelor structurale (P trp ), la care se ataşează represorul Trp R (după ce în prealabil a cuplat o moleculă de triptofan) O trpR , situat în promotorul genei reglatoare (P trpR ), la care se ataşează tot represorul Trp R Vezi Fig.1 pentru schema structurii operonului TRP Cele 5 gene structurale codifică pentru 3 enzime: ‐ antranilat‐sintetaza: este codificată de genele trp E şi trp D, şi catalizează reacțiile de transformare a acidului chorismic până la acid antranilic ‐ indol‐glicero‐fosfat sintetaza: este codificată de gena trp C şi catalizează reacțiile următoare ale căii metabolice până la indol‐glicero‐fosfat ‐ triptofan‐sintetaza: este codificată de genele trp B şi trp A, şi catalizează reacția finală ce conduce la sinteza de triptofan Proteina Trp R face parte din represorii multipli, ataşându‐se la mai multe secvențe operator şi controlând astfel exprimarea a 3 seturi de gene: Denumire operator Poziție operator Genă controlată O trp ‐23 ... ‐3 trp E ... trp A O trpR ‐12 ... +9 trp R O aroH ‐49 ... ‐29 aro H* * Gena aro H codifică una din primele 3 enzime implicate în biosinteza aminoacizilor aromatici 1
-
Upload
inaltcinci -
Category
Documents
-
view
227 -
download
0
description
Centrul de Cercetare, Formare si Consultanta in Microbiologie, Genetica si Biotehnologie
Transcript of Operonul TRP
-
OperonulTRP
Operonul TRP este prezent la practic toate bacteriile, permind celulelor sinteza de triptofan
porninddelaacidchorismic.nceluleledeEscherichiacolioperonulTRPcuprinde:
5 gene structurale trp E, trp D, trp C, trp B, trp A, transcrise policistronic pornind de lapromotorulPtrp
1 gen reglatoare trp R, situat mult n amonte (la peste 1000 pb distan de genelestructurale), transcrismonocistronicde lapromotorulPtrpR;aceastgen
codificproteinaTrpR,ceare rolde represorpentru transcriereacelor5
genestructurale
Secvenereglatoaredetipoperator:Otrp,situatnpromotorulgenelorstructurale(Ptrp),lacareseataeazrepresorulTrpR(dup
cenprealabilacuplatomoleculdetriptofan)
OtrpR,situatnpromotorulgeneireglatoare(PtrpR),lacareseataeaztotrepresorulTrpR
VeziFig.1pentruschemastructuriioperonuluiTRP
Cele5genestructuralecodificpentru3enzime:
antranilatsintetaza: este codificat de genele trp E i trp D, i catalizeaz reaciile de
transformareaaciduluichorismicpnlaacidantranilic
indolglicerofosfat sintetaza:estecodificatdegena trpC icatalizeaz reaciileurmtoare
aleciimetabolicepnlaindolglicerofosfat
triptofansintetaza: este codificat de genele trp B i trp A, i catalizeaz reacia final ce
conducelasintezadetriptofan
Proteina Trp R face parte din represoriimultipli, atanduse lamaimulte secvene operator i
controlndastfelexprimareaa3seturidegene:
Denumireoperator Poziieoperator Gencontrolat
Otrp 23...3 trpE...trpA
OtrpR 12...+9 trpR
OaroH 49...29 aroH**GenaaroHcodificunadinprimele3enzimeimplicaten
biosintezaaminoaciziloraromatici
1
-
Ptrp La secv.codificatoare
secv.necodif.
trpEtrpE
trpAtrpAtrpBtrpBtrpCtrpCtrpDtrpD 250pbtt tt
antranilatantranilatsintetazasintetaza
indolindolglicerogliceroPPsintetazasintetaza
TrpTrpsintetazasintetaza
acidacidchorismicchorismic
acidacidantranilicantranilic
indolindolglicerogliceroPP
TranscrierepolicistronicTranscrierepolicistronicaa
TraducereTraducere
OOtrptrp
TrpRTrpR TrpTrp
TrpTrpTriptofanTriptofan
TrpRactivatTrpRactivatdetriptofandetriptofan
PtrpR
OOtrpRtrpR
trptrpRRtt
TranscriereTranscrieremonocistronicamonocistronica
TrpRTrpR
TraducereTraducere
++ TrpTrp
Ptrp La secv.codificatoare
secv.necodif.
trpEtrpE
trpAtrpAtrpBtrpBtrpCtrpCtrpDtrpD 250pbtt tt
antranilatantranilatsintetazasintetaza
indolindolglicerogliceroPPsintetazasintetaza
TrpTrpsintetazasintetaza
acidacidchorismicchorismic
acidacidantranilicantranilic
indolindolglicerogliceroPP
TranscrierepolicistronicTranscrierepolicistronicaa
TraducereTraducere
OOtrptrp
TrpRTrpR TrpTrp
TrpTrpTriptofanTriptofan
TrpRactivatTrpRactivatdetriptofandetriptofan
PtrpR
OOtrpRtrpR
trptrpRRtt
TranscriereTranscrieremonocistronicamonocistronica
TrpRTrpR
TraducereTraducere
++ TrpTrp
Fig.1SchemastructuriioperonuluiTRP
Notaii
PtrppromotorulcentralaloperonuluiTRP,promotordelacaresunttranscrisecele5genestructuraletrpE...trpA
OtrpsecvenareglatoaredetipoperatorlacareseataeazproteinarepresorTrpRdupceacuplatomoleculdetriptofan(TrpR+TRP)
PtrpR promotorulgenetrpR
OtrpRsecvenareglatoaredetipoperatorlacareseataeazproteinarepresorTrpR(fracuplatriptofan)
t terminatordetranscriereRhoindependent
t' terminatordetranscriereRhodependent
Pentrutipuriledeterminatorintranscrierealaprocariote,vezifiierulNoiunigeneralereglajPKiTranscrieregenetic_BchII
2
-
ModalitidereglajgeneticlaoperonulTRP
Caurmareafaptuluicacestoperoncuprindegene implicate nsintezaunuiaminoacid(deci,gene
eseniale oricrei celule, gene de tip housekeeping), el face parte din clasa operonilor
constitutivi, fiindexprimatcuo rat suficientde ridicat fr intervenavreunorprocesede
activare.nconsecin,principalelemodalitidereglajsuntdetipnegativdescderearatei
detranscriereacelor5genestructurale.
Reglajul rateide transcrierede lapromotorulcentralPtrpse realizeazprindoumecanisme:unul
bazatpeproteinarepresorTrpR,iarcellaltbazatpeatenuaretranscripional.
1. ReglajuloperonuluiTRPcuajutorulrepresoruluiTrpR(Fig.1)
Regiunea promotorului central Ptrp include o secven operator (Otrp) recunoscut specific de
proteina Trp R activat n prealabil prin ataarea uneimolecule de triptofan (Trp R + TRP). Cnd
aceast protein n forma sa activat se ataeaz la secvena operator, este blocat iniierea
transcrieriidelapromotorulcentral.
(a)Cndncelulexistsuficienttriptofan,acestasecupleazcuproteinarepresorTrpRimpreun
seataeazlaoperatorulOtrp,blocndastfeliniiereatranscrieriicelor5genestructuraletrpE
...trpA.nacestmod,operonulTRPesterepresat.
(b)Cnd ncelulnuexistsuficient triptofan,proteinaTrpRnuestecuplatcu triptopfan i,ca
atare,nuesteactivatpentruaseputeaataalaoperatorulOtrp.nconsecin,ARNpolimeraza
sepoateataalapromotorulcentralaloperonuluiTRPiesteiniiattranscriereacelor5gene
structurale.
Este nsdereinutifaptulcoperonulTRP,camajoritateaoperonilorbacterieni,estetranscrisi
atuncicndesterepresat,darlaunnivelbazal(cuoratfoartesczut).
2. ReglajuloperonuluiTRPprinatenuaretranscripional
PrimagentranscristrpEconinenregiuneadenceputosecvennecodificatoare(cenuare
corespundentnsecvenadeaminoaciziaprimeienzimeantranilatsintetaza),denumitisecven
Leader(notatprescurtatLaLeaderatenuator);nARNtranscriptaceastsecvenareaproximativ
160de ribonucleotide iestebogat n codoniUGG,deci n codonipentru triptofan.Analizelede
nivelmolecularauidentificat4regiuninsecvenaLeader,regiuninotate1...4(Fig.2).
regiunearegiunea 44
5'5' 3'3'
regiunearegiunea 33regiunearegiunea 22regiunearegiunea 11
ARNtranscriptalsecvenARNtranscriptalsecventteinecodificatoareageneieinecodificatoareageneitrpEtrpE
regiunearegiunea 44
5'5' 3'3'
regiunearegiunea 33regiunearegiunea 22regiunearegiunea 11
ARNtranscriptalsecvenARNtranscriptalsecventteinecodificatoareageneieinecodificatoareageneitrpEtrpE
Fig.2SchemastructuriiARNtranscriptalsecveneinecodificatoare(La)dingenatrpE
3
-
Totodat,datoritunorcomplementaritiintracatenare,sepotforma,alternativ,doustructurin
acdepr(hairpin)(Fig.3).
Fig.3CeledoustructurinacdeprcesepotformansecvenaLeader
Procesulde reglajprin atenuare transcripional sebazeazpe faptul c laprocariote traducerea
informaiei genetice din ARN mesager ncepe nainte ca sinteza acestuia prin transcriere s se
termine (deci, traducereaesteaproapesimultancu transcrierea). ncazuloperonuluiTRP, ncepe
procesuldetranscrieredelapromotorulcentralPtrpiesteastfeltranscrisregiuneaLeader.ncepe
itraducereaacesteiregiunintimpceARNpolimerazacontinustranscrie.Unribozomseataeaz
la capul5' al transcriptului Leader i ncepe traducerea informaiei genetice cu sintezdepeptid.
Datorit faptului c Leaderul este bogat n codoni UGG pentru triptofan, pentru traducere sunt
necesaremoleculedeARNtcuplatcutriptofan(ARNttrpTRP).Caurmare,vitezadetraducerei,deci,
viteza de avansare a ribozomului pe secvena Leader depinde direct de concentraia celular a
triptofanului.
(a)Cndncelulnuexistsuficienttriptofan,caurmare,concentraiadeARNtcuplatcutriptofan
(ARNttrpTRP) este sczut. n aceast situaie, ribozomul sedeplaseaz cu vitezmai sczut pe
transcriptul Leader, iar acesta formeaz o structur n acdepr ntre regiunile 2 i 3 (Fig.4). Ca
urmare,ARNpolimerazacontinustranscrietoatecele5genestructuralealeoperonuluiTRP,fiind
deciotranscrierecomplet.PeptidulrezultatdintraducereasecveneiLeader(peptidceestebogat
ntriptofan)esteapoiscindatidegradatdeprincipalaproteazbacterian (proteazaLon)inuse
regsetensecvenadeaminoaciziaprimeienzime(antranilatsintetaza).
4433''
11
22 33
SSttrruuccttuurrnnaaccddeepprr
AARRNNttrraannssccrriipptt
aa
44
11 2233'55'' '
33AARRNN ttrraannssccrriipptt
SSttrruuccttuurrnna55'' accddeepprr
bb
4
-
5
Fig.4Conformaiadetranscrierecomplet
Formareastructuriinacdeprntreregiunile2i3dinLa
(b)Cnd n celul exist suficient triptofan, caurmare, concentraiadeARNt cuplat cu triptofan
(ARNttrpTRP)estecrescut. naceast situaie, ribozomul sedeplaseazmai rapidpe transcriptul
Leader, iaracesta formeazo structur nacdepr ntre regiunile3 i4 (Fig.5).Caurmare,ARN
polimerazaestempiedicatscontinuetranscriereisedesprindedepemoleculadeADN.nacest
mod,deitranscriereaafost iniiat,procesulesteoprit naintedeafitranscrisetoatecele5gene
structurale ale operonului TRP. Este deci o transcriere abortiv la care se ajunge prin reglaj de
atenuaretranscripional.
Fig.5Conformaiadeatenuaretranscripional
Fomareastructuriinacdeprntreregiunile3i4,cufunciedeatenuator
detranscriere
Comparnd cele dou modaliti de reglaj, experimentele au dovedit c mecanismul bazat pe
represorul Trp R simte variaiile mari ale concentraiei celulare de triptofan, n timp ce
mecanismul bazatpe atenuare transcripional simte chiar i variaiileminore ale acestei
concentraii.
nansamblu,estedereinutifaptulcmecanismeledereglajgeneticprinatenuaretranscripional
sunt foarte rspndite laoperoniidebiosintezaaminoacizilor (la fiecareoperon, secvena
Leaderfiindconstituitdincodonipentruaminoacidulrespectiv).
44
55''
rriibboozzoomm
33''
AARRNNppoolliimmeerraazzaa
11
22 33
SSttrruuccttuurrnnaaccddeepprr
AARRNNttrraannssccrriipptt
44
33''55'
22
'
rriibboozzoomm11
33
SSttrruuccttuurrnnaaccddeepprrccuuffuunncciieeddeeaatteennuuaattoorraallttrraannssccrriieerriiiiggeenneettiiccee
AARRNNttrraannssccrriipptt
AARRNN ppoolliimmeerraazzaa
