болтливый оперон
Оперон gab ) отвечает за превращение γ-аминобутирата (ГАМК в сукцинат . Оперон gab gabD включает три структурных гена – , gabT и gabP – которые кодируют сукцинат-полуальдегиддегидрогеназу, ГАМК-трансаминазу и ГАМК-пермеазу соответственно. находится регуляторный ген csiR , который кодирует предполагаемый репрессор транскрипции. Ниже оперона [ 1 ] и активируется, когда азот ограничен.
Оперон gab был охарактеризован в Escherichia coli , и значительная гомология ферментов была обнаружена у таких организмов, как Saccharomyces cerevisiae , крыс и людей. [ 2 ]
Условия ограниченного азота активируют гены gab . Ферменты, вырабатываемые этими генами, преобразуют ГАМК в сукцинат, который затем входит в цикл ТСА и используется в качестве источника энергии. Известно также, что оперон gab способствует гомеостазу полиаминов во время роста с ограничением азота и поддерживает высокие внутренние концентрации глютамата в условиях стресса. [ 3 ]
Структура
[ редактировать ]Оперон gab состоит из трех структурных генов:
- gabT : кодирует ГАМК-трансаминазу, которая производит янтарный полуальдегид.
- gabD : кодирует НАДФ-зависимую янтарную полуальдегиддегидрогеназу, которая окисляет янтарный полуальдегид до сукцината.
- gabP : кодирует специфичную для ГАМК пермеазу.
Физиологическое значение оперона
[ редактировать ]Ген gabT кодирует ГАМК-трансаминазу , фермент, который катализирует превращение ГАМК и 2-оксоглутарата в сукцинатный полуальдегид и глутамат. Затем сукцинат-полуальдегид окисляется в сукцинат под действием сукцинат-полуальдегиддегидрогеназы , которая кодируется геном gabP , тем самым вступая в цикл ТСА в качестве полезного источника энергии. Оперон gab способствует гомеостазу полиаминов, таких как путресцин , во время роста с ограничением азота. Также известно, что он поддерживает высокие внутренние концентрации глутамата в условиях стресса.
Регулирование
[ редактировать ]Дифференциальная регуляция промоторов
[ редактировать ]Экспрессия генов в опероне контролируется тремя дифференциально регулируемыми промоторами: [ 4 ] два из которых контролируются в RpoS. сигма-фактором σ, закодированным С .
- csiD p : является σ С -зависим и активируется исключительно при углеродном голодании, поскольку цАМФ- СРБ действует как важный активатор σ С содержащий РНК-полимеразу на промоторе csiD .
- gabD p1 : это p С -зависима и индуцируется множественными стрессами.
- gabD p2 : является σ 70 зависит и контролируется регуляторными белками Nac (контроль ассимиляции азота), экспрессируемыми при ограничении азота.
Механизм регулирования
[ редактировать ] |
Активация
[ редактировать ]Промотор csiD ( csiD p ) необходим для экспрессии csiD (гена, индуцированного углеродным голоданием), ygaF и генов gab . CsiD . p активируется исключительно в условиях углеродного голодания и стационарной фазы, во время которой цАМФ накапливается в клетке в высоких концентрациях Связывание цАМФ с белком-рецептором цАМФ (CRP) приводит к тому, что СРБ прочно связывается со специфическим участком ДНК в промоторе csiD p , тем самым активируя транскрипцию генов, расположенных ниже промотора.
gabD p1 областью осуществляет дополнительный контроль над gabDTP . GabD p1 активируется σ С вызывая такие состояния, как гиперосмотический и кислотный сдвиг, помимо голодания и стационарной фазы. gabD p2 представляет собой σ С другой стороны, промотор 70 зависим и активируется при ограничении азота. В условиях ограничения азота регулятор азота Nac связывается с сайтом, расположенным непосредственно перед промотором, экспрессирующим гены gab . Гены gab при активации производят ферменты, которые расщепляют ГАМК до сукцината.
Репрессии
[ редактировать ]Присутствие азота активирует ген csiR , расположенный ниже гена gabP . Ген csiR оперона кодирует белок, который действует как репрессор транскрипции для csiD-ygaF-gab , тем самым отключая путь деградации ГАМК.
Эукариотический аналог
[ редактировать ]Пути деградации ГАМК существуют почти у всех эукариотических организмов и происходят под действием аналогичных ферментов. Хотя ГАМК в E.coli преимущественно используется в качестве альтернативного источника энергии посредством путей деградации ГАМК, в высших эукариотических организмах ГАМК действует как тормозной нейромедиатор , а также как регулятор мышечного тонуса. Пути деградации ГАМК у эукариот ответственны за инактивацию ГАМК.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шнайдер, Барбара Л.; Рубак, Стивен; Киупакис, Александрос К.; Касбарян, Хиллари; Пибус, Кристина; Рейцер, Ларри (2002). « Оперон gabDTPC Escherichia coli : специфический катаболизм γ-аминобутирата и неспецифическая индукция» . Журнал бактериологии . 184 (24): 6976–86. дои : 10.1128/JB.184.24.6976-6986.2002 . ПМЦ 135471 . ПМИД 12446648 .
- ^ Барч, Клаус; Фон Джонн-Мартевиль, Астрид; Шульц, Арно (1990). «Молекулярный анализ двух генов кластера gab Escherichia coli : нуклеотидная последовательность глутамата: ген янтарной полуальдегидтрансаминазы ( gabT ) и характеристика гена янтарной полуальдегиддегидрогеназы ( gabD )» . Журнал бактериологии . 172 (12): 7035–42. дои : 10.1128/jb.172.12.7035-7042.1990 . ПМК 210825 . ПМИД 2254272 .
- ^ Мецнер, Мартин; Гермер, Йенс; Хенгге, Регина (2003). «Интеграция сигналов множественного стресса в регуляции сложного σS-зависимого оперона csiD-ygaF-gabDTP в Escherichia coli » . Молекулярная микробиология . 51 (3): 799–811. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03867.x . ПМИД 14731280 .
- ^ Джолоба, Моисей Л.; Клеммер, Кэти М.; Следески, Даррен Д.; Вернее, Филип Н. (2004). «Активация оперона gab RpoS-зависимым образом с помощью мутаций, усекающих внутреннее ядро липополисахарида в Escherichia coli » . Журнал бактериологии . 186 (24): 8542–6. дои : 10.1128/JB.186.24.8542-8546.2004 . ПМК 532415 . ПМИД 15576807 .