eksperyment
jak przedstawiono w teście rozwiązywania problemów w ostatnim numerze Biochemii i Biologii Molekularnej edukacji , Jednostka transkrypcji kodująca enzymy biosyntezy tryptofanu jest regulowana przez trp1 represor: tryptofan działając jako corepressor wiąże się i aktywuje represor, który z kolei wiąże się z regionem operatora i blokuje ruch polimerazy RNA, a tym samym transkrypcję genów strukturalnych trp E, D, C, B I A kodujących enzymy syntezy tryptofanu. Hamowanie to jest jednak „nieszczelne”: istnieje pewna transkrypcja Operonu nawet w obecności tryptofanu; zmarnowałoby to energię na wytwarzanie enzymów, które nie są potrzebne. Drugi mechanizm regulacyjny, zwany tłumieniem, niszczy tę pozostałą transkrypcję na operze trp .
krótki region między operatorem a pierwszym genem strukturalnym (trp E), zwany liderem (rys. 1), odpowiada za tłumienie. Sekwencja lidera ma długość ∼140 par podstawowych i koduje 5 ’ – końcowy region TRP mRNA poprzedzający kodon inicjujący pierwszego genu strukturalnego. Lider regionu trp mRNA ma unikalną strukturę (rys. 2A). Zawiera krótką otwartą ramkę do odczytu (ORF) kodującą oligopeptyd zwany peptydem prowadzącym. Dwie sekwencje palindromiczne (region 1/2 i region 3/4) wytwarzają samo-komplementarne basepairing, który prowadzi do tworzenia struktur spinki do włosów. Druga Spinka (region 3/4) następuje po odcinku nas, tworząc charakterystykę strukturalną niektórych Terminatorów transkrypcji. Kodowanie ORF peptydu prowadzącego pokrywa się z regionem 1 i zawiera dwa kodony tryptofanu. Ponadto regiony 2 i 3 uzupełniają się nie tylko odpowiednio do regionów 1 i 4, ale również wzajemnie. Ta dość skomplikowana struktura sekwencji wodzącej tworzy scenę dla pomysłowego mechanizmu regulacji transkrypcji Operonu.
rys. 1. Struktura tryptofanu operon E. coli.(P, promotor; O, operator; L, lider; E, D, C, B I a, geny strukturalne. Liczba nie jest rysowana w skali: regiony P, O i L są znacznie krótsze niż geny kodujące białka.)
rys. 2. Tłumienie w regulacji TRP operon E. coli. a) struktura 5 ’ – końcowego regionu TRP mRNA. B) rozluźnienie tłumienia w środowisku o niskiej zawartości tryptofanu. C) wczesne zakończenie (tłumienie) transkryptu trp w medium wysoko-tryptofanowym(szczegóły w tekście).
tłumienie opiera się na sprzężonej transkrypcji / translacji u prokariotów: rybosomy wiążą się z powstającymi mRNA tworząc kompleksy chromosomowo–polisomowe; w ten sposób synteza białek rozpoczyna się od wzrostu łańcuchów mRNA. Jeśli tryptofan nie jest dostępny (rys. 2B), rybosomu stoiska w peptydu lidera kodowania ORFs zakłócania Spinka 1/2 i prowadzi do powstawania Spinka 2/3. Ta Spinka zapobiega generowaniu spinki do włosów 3/4 (zwanej tłumikiem), a tym samym polimeraza RNA jest w stanie kontynuować wydłużenie i transkrybuje cały operon w transkrypcję pełnej długości. Jednakże, jeśli tryptofan jest obecny, rybosom utrzymuje się w ruchu i zapobiega tworzeniu się zarówno spinki do włosów 1/2 i 2/3 (Fig. 2c). Tłumik Spinka 3/4 może tworzyć i kończy transkrypcję. Peptyd prowadzący i krótki leader RNA są następnie szybko degradowane, a geny strukturalne nie są transkrybowane. Przejrzyj mechanizm i rozwiąż następujący test.
w tym fikcyjnym eksperymencie wykorzystano dwa mutanty TRP operon: w jednym z nich dwa kodony UGG kodujące tryptofan zostały przekształcone w GGGs (kodony glicyny; w całym teście oznaczany jako „mutant kodonu trp”); w drugim usunięto region 3 („mutant regionu 3”).
dziki Typ E. komórki coli, „mutanty kodonowe trp” i „mutanty regionu 3” hoduje się w bogatym środowisku zawierającym wszystkie aminokwasy (w tym tryptofan) w optymalnych stężeniach. Co się z nimi stanie?
Analiza eksperymentu
- (a)
jeśli instrukcja jest obsługiwana przez podane informacje;
- (b)
jeśli instrukcja jest sprzeczna z podanymi informacjami;
- (C)
, jeśli instrukcja nie jest ani wspierana, ani zaprzeczana przez podane informacje.
- 1)
_____ _ „zmutowane kodony Trp” komórki umierają.
- 2)
_____ _ komórki dzikiego typu rosną najszybciej.
- 3)
_____ _ „Region 3 mutant” komórki rosną najwolniej w takich warunkach.
- 4)
_____ kompleksy Chromosomowo–polisomowe tworzą się na operonie trp we wszystkich trzech komórkach.
- 5)
_____ Tryptofan jest syntetyzowany w znacznych ilościach tylko w komórkach zmutowanych w regionie 3.
- 6)
_____ wykorzystując fragment DNA lidera trp jako sondę, Analiza Northern blot komórkowego RNA w „mutantach kodonowych trp” identyfikuje silne pasmo odpowiadające 140‐nukleotydowemu RNA.
- 7)
_____ korzystając z tej samej sondy, w próbkach RNA komórek dzikiego typu wykrywane są duże ilości transkryptów Operonu TRP o Pełnej długości.
te same komórki są obecnie hodowane w pożywce zawierającej wszystkie aminokwasy z wyjątkiem tryptofanu. Jak zachowują się komórki w takich warunkach?
Analiza eksperymentu
- (a)
jeśli instrukcja jest obsługiwana przez podane informacje;
- (b)
jeśli instrukcja jest sprzeczna z podanymi informacjami;
- (c)
jeśli instrukcja nie jest obsługiwana ani nie jest sprzeczna z podanymi informacjami.
- 8)
_____ _ „zmutowane kodony Trp” komórki umierają.
- 9)
_____ _ komórki dzikiego typu rosną najszybciej.
- 10)
_____ _ „Region 3 mutant” komórki rosną najwolniej w takich warunkach.
- 11)
_____ kompleksy Chromosomowo–polisomowe tworzą się na operonie trp we wszystkich trzech komórkach.
- 12)
_____ Tryptofan jest syntetyzowany w znacznych ilościach tylko w komórkach zmutowanych w regionie 3.
- 13)
_____ wykorzystując fragment DNA lidera trp jako sondę, Analiza Northern blot komórkowego RNA w „mutantach kodonowych trp” identyfikuje silne pasmo odpowiadające 140‐nukleotydowemu RNA.
- 14)
_____ korzystając z tej samej sondy, w próbkach RNA komórek dzikiego typu wykrywane są duże ilości transkryptów Operonu TRP o Pełnej długości.