experimentul
așa cum este prezentat în testul de rezolvare a problemelor din ultimul număr al educației pentru biochimie și Biologie Moleculară , unitatea de transcriere care codifică enzimele biosintezei triptofanului este reglementată de: triptofanul care acționează ca un corepresor se leagă și activează represorul, care la rândul său se leagă de regiunea operatorului și blochează mișcarea ARN polimerazei și, astfel, transcrierea genelor structurale trp E, D, C, B și o codificare a enzimelor sintezei triptofanului. Cu toate acestea, această inhibiție este „scurgeră”: există o oarecare transcriere a operonului chiar și în prezența triptofanului; acest lucru ar risipi energie pentru producerea de enzime care nu sunt necesare. Un al doilea mecanism de reglementare, numit atenuare, doboară această transcriere reziduală pe operonul trp .
o regiune scurtă între operator și prima genă structurală (trp E), numită leader (Fig. 1), este responsabil pentru atenuare. Secvența leader are o lungime de 140 de perechi de bază și coduri pentru regiunea de 5 ‘ a ARNm trp care precede codonul de inițiere al primei gene structurale. Regiunea lider a ARNm trp are o structură unică (Fig. 2a). Conține un scurt cadru de citire deschis (ORF) care codifică o oligopeptidă numită peptidă leader. Două secvențe palindromice (Regiunea 1/2 și regiunea 3/4) produc o bază complementară care duce la formarea structurilor de ac de păr. Al doilea ac de păr (Regiunea 3/4) este urmat de o întindere a SUA, creând o caracteristică structurală a anumitor terminatori de transcripție. Codificarea ORF pentru peptida leader se suprapune cu regiunea 1 și conține doi codoni pentru triptofan. În plus, regiunile 2 și 3 sunt complementare nu numai regiunilor 1 și, respectiv, 4, ci și între ele. Această structură destul de complicată a secvenței leader stabilește scena pentru un mecanism ingenios de reglare pentru transcrierea operonului.
Fig. 1. Structura operonului triptofan al E. coli.(P, promotor; o, operator; L, lider; E, D, C, B și a, gene structurale. Cifra nu este atrasă la scară: regiunile P, O și L sunt mult mai scurte decât genele care codifică proteinele.)
Fig. 2. Atenuarea în reglarea operonului trp al E. coli. (a) structura regiunii de 5’a ARNm trp. (b) relaxarea atenuării în mediu cu conținut scăzut de triptofan. (c) încetarea anticipată (atenuarea) transcrierii trp în mediu cu triptofan ridicat (pentru detalii, a se vedea textul).
atenuarea se bazează pe transcripția / traducerea cuplată în procariote: ribozomii se leagă de ARNm în curs de formare care formează complexe cromozom–polizom; astfel, sinteza proteinelor începe pe lanțurile de ARNm în creștere. Dacă triptofanul nu este disponibil (Fig. 2b), ribozomul se oprește în peptida lider care codifică ORFs perturbând acul de păr 1/2 și ducând la formarea acului de păr 2/3. Acest ac de păr împiedică generarea acului de terminare 3/4 (numit atenuator) și, astfel, ARN polimeraza este capabilă să continue alungirea și transcrie întregul operon într‐o transcriere pe toată lungimea. Cu toate acestea, dacă triptofanul este prezent, ribozomul continuă să se miște și previne formarea ambelor ac de păr 1/2 și 2/3 (Fig. 2c). Atenuatorul ac de păr 3/4 poate forma și termina transcrierea. Peptida leader și ARN-ul leader scurt sunt apoi degradate rapid, iar genele structurale nu sunt transcrise. Examinați mecanismul și rezolvați următorul test.
în acest experiment fictiv se folosesc doi mutanți operon trp: într-unul dintre ei cei doi codoni UGG care codifică triptofanul au fost convertiți în GGGs (codoni pentru glicină; desemnați „mutant codon trp” pe tot parcursul testului); în celălalt, regiunea 3 a fost ștearsă („mutant Regiune 3”).
tipul sălbatic E. celulele coli, „mutanții codonului trp” și „mutanții regiunii 3” sunt cultivate într-un mediu bogat care conține toți aminoacizii (inclusiv triptofanul) în concentrații optime. Ce se întâmplă cu ei?
analiza experimentului
- (a)
dacă declarația este susținută de informațiile furnizate;
- (b)
dacă declarația este contrazisă de informațiile furnizate;
- (c)
dacă declarația nu este nici susținută, nici contrazisă de informațiile furnizate.
- 1)
____ celulele „TRP codon mutant” mor.
- 2)
_____ celulele de tip sălbatic cresc cel mai rapid.
- 3)
_____ celulele „mutante din regiunea 3” cresc cel mai lent în astfel de condiții.
- 4)
_____ complexele cromozom–polizom se formează pe operonul trp în toate cele trei celule.
- 5)
_____ triptofanul este sintetizat în cantități semnificative numai în celulele „mutante din regiunea 3”.
- 6)
_ _ _ _ _ folosind un fragment de ADN lider trp ca sondă, analiza Northern blot a ARN celular în „mutanții codonului trp” identifică o bandă puternică corespunzătoare unui ARN de 140 nucleotide.
- 7)
_____ folosind aceeași sondă, cantități mari de transcrieri de operon TRP de lungime întreagă sunt detectate în probele de ARN celular de tip sălbatic.
aceleași celule sunt acum cultivate într-un mediu care conține toți aminoacizii, cu excepția triptofanului. Cum se comportă celulele în astfel de condiții?
analiza experimentului
- (A)
dacă declarația este susținută de informațiile furnizate;
- (b)
dacă declarația este contrazisă de informațiile furnizate;
- (c)
dacă declarația nu este nici susținută, nici contrazisă de informațiile furnizate.
- 8)
_____ celulele „TRP codon mutant” mor.
- 9)
_____ celulele de tip sălbatic cresc cel mai rapid.
- 10)
_____ celulele „mutante din regiunea 3” cresc cel mai lent în astfel de condiții.
- 11)
_____ complexele cromozom–polizom se formează pe operonul trp în toate cele trei celule.
- 12)
_____ triptofanul este sintetizat în cantități semnificative numai în celulele „mutante din regiunea 3”.
- 13)
_____ folosind un fragment de ADN lider trp ca sondă, analiza Northern blot a ARN celular în „mutanții codonului trp” identifică o bandă puternică corespunzătoare unui ARN de 140 de nucleotide.
- 14)
_____ folosind aceeași sondă, cantități mari de transcrieri de operon TRP de lungime întreagă sunt detectate în probele de ARN celular de tip sălbatic.