Гуа Оперон
Оперон гуа инозинмонофосфата отвечает за регуляцию синтеза гуанозинмонофосфата (ГМФ), пуринового нуклеотида, из ( ИМФ или инозината). Он состоит из двух структурных генов guaB (кодирует дегидрогеназу IMP ) и guaA (кодирует GMP-синтетазу), помимо области промотора и оператора .
Биосинтез пуринов
[ редактировать ]Первый обязательный этап биосинтеза пуринов начинается с 5-фосфорибозил-1-пирофосфата. Он подвергается серии реакций с образованием ИМФ, важной точки разветвления этого пути. Затем этот путь разветвляется с образованием аденилосукцината, а затем аденилата (AMP) в одной ветви и ксантилата (XMP), а затем гуанилата (GMP) в другой ветви. Дегидрогеназа IMP катализирует превращение IMP в XMP, а GMP-синтетаза катализирует превращение XMP в GMP. [ 1 ] [ 2 ]
Регулирование
[ редактировать ]Оперон должен реагировать на изменения метаболического состояния клетки. Он подлежит контролю в зависимости от скорости роста, жесткому контролю (контроль во время различных стрессов, которым подвергается клетка) и другим формам контроля. [ 3 ] Следовательно, он останавливает биосинтез, если гуанин может быть получен из внешней среды, увеличивает его экспрессию, если необходимы нуклеотиды (например, во время репликации ДНК) и уравновешивает выработку ГМФ по отношению к АМФ и пиримидиновым нуклеотидам . Упомянутая выше точка ветвления в IMP представляет собой строго контролируемый жесткий узел. [ 4 ] чтобы обеспечить сбалансированное производство AMP и GMP. Оперон гуа репрессируется GMP и индуцируется AMP. Аналогичным образом синтез AMP подавляется самим AMP, в то время как он активируется GMP. Этот двойной контроль гарантирует, что существует баланс потоков между AMP и GMP, и распределение потоков остается относительно постоянным даже при наличии возмущений. Некоторые механизмы, с помощью которых достигается этот контроль, обсуждаются ниже.
Некоторые механизмы регуляции оперона гуа
[ редактировать ]Поскольку для репликации ДНК необходим запас гуаниновых нуклеотидов, должна существовать некоторая координация между механизмом репликации ДНК и опероном гуа. Одним из методов, с помощью которого это происходит, является белок ДНКА. DnaA представляет собой белок, который распознает начало репликации, способствует локальному раскручиванию богатой АТ области ДНК и, наконец, направляет хеликазу DnaB к месту ее входа. DnaA является фактором инициации репликации, который вызывает репликацию ДНК, если присутствует в достаточной концентрации. [ 5 ]
Когда происходит репликация, источник репликации создает «приемник» для белков ДНКА. Таким образом, гены, которые отрицательно модулируются ДНКА, например гены оперона гуа, подвергаются дерепрессии. Существуют два потенциальных сайта связывания ДНКА: один на промоторе gua, а другой на 200 п.н. ниже кодона инициации дегидрогеназы IMP в гене guaB. Считается, что как первая, так и последняя последовательности играют определенную роль, причем последняя часть является жизненно важной, и связывание ДНК с этими последовательностями отрицательно влияет на транскрипцию гена. [ 6 ]
При выращивании на средах с низкой скоростью роста цАМФ связывается с белком-рецептором цАМФ, образуя комплекс, обладающий регуляторными свойствами. Этот комплекс связывается с участком, находящимся на 100 п.н. выше сайта начала транскрипции guaB, который затем репрессирует оперон gua. является предметом споров Вопрос о том, как этот комплекс взаимодействует с РНК-полимеразой на расстоянии около 100 бит/с, . Одна точка зрения предполагает участие неизвестного регуляторного фактора. В любом случае комплекс обеспечивает зависящий от скорости роста контроль промоторной области оперона. [ 7 ]
Репрессор purR, кодируемый генами purR, контролирует синтез ферментов, участвующих в биосинтезе пуринов . Предполагаемый оператор pur длиной 16 п.о. был обнаружен в промоторе gua. Репрессор purR работает с другими корепрессорами, например с гуанином, который является корепрессором в E. coli . [ 3 ]
Лидер гуа -мРНК обладает потенциалом для формирования стабильной вторичной структуры «стебель-петля», включающей первые 37 нуклеотидов транскрипта. Поскольку сайт связывания рибосомы изолирован в стволовой петле, эта структура может участвовать в регуляции трансляции. [ 3 ]
Промотор gua расположен спина к спине с промотором xseA (кодирующим экзонуклеазу VII фермента репарации ошибочного спаривания). [ 3 ] Такое близкое расположение промоторов может иметь регуляторное значение и приведет к стерическим затруднениям, поскольку молекулы РНК-полимеразы пытаются связаться одновременно. Инактивация одного промотора естественным образом приведет к большей экспрессии другого промотора. Другие механизмы включают FIS (фактор стимуляции инверсии), который стерически препятствует связыванию РНК-полимеразы. Однако роль FIS еще должным образом не исследована. [ 8 ]
Гомологи у эукариот
[ редактировать ]Поскольку метаболический путь консервативен у разных видов, гены тоже схожи. обширные исследования регуляции Saccharomyces cerevisiae Были проведены . Гены семейства IMD и gua1 у дрожжей соответствуют guaB и guaA. Здесь только гены IMD чувствительны к гуанину, а не gua1, в отличие от прокариот, у которых чувствителен весь оперон. Микофеноловая кислота, препарат, который является ингибитором дегидрогеназы IMP, является индуктором гена IMD 2 (и, следовательно, IMD 2, вероятно, обладает собственной лекарственной активностью. [ 9 ] Другой аспект, в котором эукариотическая регуляция сильно отличается, заключается в том, что эукариоты имеют дифференциальную регуляцию ветвей, ведущих к AMP и GMP. Например, у дрожжей гены синтеза АМФ слабо репрессируются гуанином, тогда как аденин не влияет на гены синтеза GMP, а у человека синтез дегидрогеназы IMP подавляется в присутствии гуанина, но не аденозина.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дэвид Л. Нельсон; Майкл М. Кокс. Ленингерские принципы биохимии (Четвертое изд.).
- ^ Джереми М. Берг; Джон Л. Тимочко; Люберт Страйер (2007). Биохимия (Пятое изд.). WH Фриман и компания.
- ^ Jump up to: а б с д Драббл, Уильям; Ян Дэвис (1992). «Строгий и зависящий от скорости роста контроль оперона гуа Escherichia coli K-12» (PDF) . Микробиология . 142 (9): 2429–2437. дои : 10.1099/00221287-142-9-2429 . ПМИД 8828209 .
- ^ Стефанопулос, Грегори; Джозеф Дж. Валлино (21 июня 1991 г.). «Жесткость сети и метаболическая инженерия при перепроизводстве метаболитов». Наука . 252 (5013): 1675–1681. Бибкод : 1991Sci...252.1675S . дои : 10.1126/science.1904627 . JSTOR 2876337 . ПМИД 1904627 . S2CID 18595524 .
- ^ Вайгель, Кристоф; Мессер, Уолтер (1997). «Белковый комплекс dnaA с хромосомным происхождением E. coli (oriC) и другими сайтами» . Молекулярная микробиология . 24 (1): 1–6. дои : 10.1046/j.1365-2958.1997.3171678.x . ПМИД 9140960 .
- ^ Тесфа-Шеласе, Фисехайе; Драббл, Уильям Т. (1 января 1992 г.). «Регуляция оперона гуа Escherichia coli белком DnaA». Молекулярная и общая генетика . 231 (2): 256–264. дои : 10.1007/BF00279799 . ПМИД 1736096 .
- ^ Хусейн, Сейед; Томас, Марк; Басби, SJ (октябрь 2009 г.). «Понижающая регуляция промотора guaB Escherichia coli с помощью находящегося выше белка рецептора циклического AMP» . Журнал бактериологии . 191 (19): 6094–6104. дои : 10.1128/jb.00672-09 . ПМЦ 2747903 . ПМИД 19633076 .
- ^ Хусейн, Сейед; Марк С. Томас (июнь 2008 г.). «Подавление промотора guaB Escherichia coli с помощью FIS» . Микробиология . 154 (6): 1729–1738. дои : 10.1099/mic.0.2008/016774-0 . ПМЦ 2885671 . ПМИД 18524927 .
{{cite journal}}: CS1 maint: неотмеченный бесплатный DOI ( ссылка ) - ^ Хайл, Дж.В.; Шоу Р.Дж.; Райнес Д. (1 августа 2003 г.). «Функциональные различия между генами дегидрогеназы IMP в обеспечении устойчивости к микофенолатам и прототрофии гуанина у дрожжей» . J Биол Хим . 278 (31): 28470–8. дои : 10.1074/jbc.M303736200 . ПМК 3367515 . ПМИД 12746440 .