1. Czy regulacja ekspresji genów jest potrzebna?

adaptacja do nowych warunków środowiska
rozwój
względy 'ekonomiczne'
niektóre geny stale ulegają ekspresji (geny gospodarcze)

2. Poziomy regulacji ekspresji genów

transkrypcja
po transkrypcji
translacja
po translacji

Regulacja ekspresji
genów

Zasadnicze różnice między

organizmami prokariotycznymi i

eukariotycznymi

Transkrypcja -

translacja

Polimeraza I
RNA

Prokarionty –

translacja następuje
bezpośrednio po
transkrypcji

Eukarionty –

translacja oddzielona
od transkrypcji w
czasie i przestrzeni

Translacja

Regulacja ekspresji genów u Procaryota

Operon:

Geny prokariotyczne jednego ciągu

metabolicznego podlegające wspólnej regulacji

tworzą operon

Regulacja ekspresji genów bakteryjnych

czynniki sigma (podjednostki polimerazy RNA)
Sekwencje wzmacniające (enhancer) i osłabiające

(silencer)

operon

inhibicja zwrotna
indukcja/represja
operon laktozowy jest operonem induktywnym
operon tryptofanowy jest operonem represywnym
inne operony bakteryjne: induktywne - arabinozowy,

represywne - argininowy, treoninowo- izoleycynowy)

Regulacja ekspresji genów

bakteryjnych z udziałem

czynników sigma

Np. σ

70

, σ

32

, σ

24

, σ

54

,

σ

E

u

E.coli

Regulacja ekspresji

genów bakteryjnych z

udziałem czynników

sigma

Regulacja ekspresji genów

bakteryjnych z udziałem sekwencji

wzmacniających

Geny bakteryjne zorganizowane są w

operony

Operon

– grupa genów podlegających wspólnej

regulacji i kodujących enzymy jednego szlaku

metabolicznego

Regulacja pozytywna i negatywna operonów
bakteryjnych

Odkrycie przez Jacoba i Monoda mechanizmu działania genu

(1963)

operon laktozowy

Jacques
Monod

François
Jacob

Nagroda Nobla –
1965 r.

Laktoza

+

synteza -

galaktozydazy

Laktoza

-

brak syntezy -

galaktozydazy

Operon laktozowy u E. coli – regulacja
negatywna

lacZ – permeaza:

umożliwia transport laktozy z podłoża do wnętrza

komórki bakteryjnej

lacY - beta-galactozydaza:

hydroliza laktozy do glukozy i galaktozy (w

obecności laktozy
poziom enzymu wzrasta do ok. 2% masy komórki)

lacA - transacetylaza

– transacetylacja glukozy i galaktozy, rola

procesu nadal niejasna

Operon laktozowy – regulacja
pozytywna

Regulacja negatywna i

pozytywna

operonu laktozowego

Mutacje operonu laktozowego

1. mutacje genów struktury - brak syntezy
enzymu (ów)
2. mutacje operatora - brak możliwości
wiązania
represora (konstytutywna synteza
enzymów)
3. mutacje regulatora

lacI

-

- utrata zdolności wiązania represora z

operatorem
(konstytutywna synteza enzymów), mutacja
recesywna

lacI

S

- utrata zdolności wiązania represora z

induktorem –
laktozą (brak syntezy enzymów), mutacja
dominująca

Gen

Funkcja

trp R

Białko represorowe

P/O

Promotor z wewnętrzną
sekwencją operatora

trp L

Sekwencja liderowa z
atenuatorem (A)

trp E

Podjednostka syntetazy
antranilowej

trp D

Podjednostka syntetazy
antranilowej

trp C

Syntetaza glicerofosforanowa

trp B

Podjednostka syntetazy
tryptofanowej

trp A

Podjednostka syntetazy
tryptofanowej

Operon tryptofanowy u E. coli -

struktura

Operon tryptofanowy - regulacja
negatywna

Operon tryptofanowy –
obszar trp L

Regulacja ekspresji genów operonu

tryptofanowego przez atenuację

Mutacje operonu tryptofanowego

1. mutacje genów struktury - brak syntezy enzymu
(ów)
2. mutacje operatora - brak możliwości wiązania
represora
(konstytutywna synteza enzymów)
3. mutacje regulatora - R

-

- nieaktywny represor:

utrata zdolności
wiązania represora z operatorem i induktorem
(konstytutywna
synteza enzymów), mutacja recesywna
4. mutacje atenuatora - podwyższenie syntezy
tryptofanu

Porównanie operonu
lac i trp

Operon arabinozowy u E.
coli

O

p

e
r

o

n

:

l
a

c

a
r

a

t
r

p

P

u
r

p

o

s

e

:

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

c

a

t

a

b

o

l

i

s

m

o

f

l

a

c

t

o

s

e

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

c

a

t

a

b

o

l

i

s

m

o

f

a

r

a

b

i

n

o

s

e

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

s

y

n

t

h

e

s

i

s

o

f

t

r

y

p

t

o

p

h

a

n

N

e
g

a

t

i

v
e

C

o

n

t
r

o

l

?

Y

e

s

Y

e

s

Y

e

s

H

o

w
?

l

a

c

I

r

e

p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

a

r

a

C

r

e

p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

1

.

t

r

p

R

r

e
p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

w

i

t

h

c

o

-

r

e

p

r

e

s

s

o

r

t

r

p

2

.

a

t

t

e

n

u

a

t

i

o

n

P
o

s

i

t

i

v
e

C

o

n
t

r

o

l

?

Y

e

s

Y

e

s

N

o

H
o

w

?

C

A

P

-

c

A

M

P

b

i

n

d

s

t

o

C

A

P

s

i

t

e

C

A

P

-

c

A

M

P

b

i

n

d

s

t

o

C

A

P

s

i

t

e

(

N

/

A

)

O

p

e
r

o

n

:

l
a

c

a
r

a

t
r

p

P

u
r

p

o

s

e

:

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

c

a

t

a

b

o

l

i

s

m

o

f

l

a

c

t

o

s

e

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

c

a

t

a

b

o

l

i

s

m

o

f

a

r

a

b

i

n

o

s

e

r

e

g

u

l

a

t

e

g

e

n

e

s

f

o

r

s

y

n

t

h

e

s

i

s

o

f

t

r

y

p

t

o

p

h

a

n

N

e
g

a

t

i

v
e

C

o

n

t
r

o

l

?

Y

e

s

Y

e

s

Y

e

s

H

o

w
?

l

a

c

I

r

e

p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

a

r

a

C

r

e

p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

1

.

t

r

p

R

r

e
p

r

e

s

s

o

r

b

i

n

d

s

t

o

o

p

e

r

a

t

o

r

w

i

t

h

c

o

-

r

e

p

r

e

s

s

o

r

t

r

p

2

.

a

t

t

e

n

u

a

t

i

o

n

P
o

s

i

t

i

v
e

C

o

n
t

r

o

l

?

Y

e

s

Y

e

s

N

o

H
o

w

?

C

A

P

-

c

A

M

P

b

i

n

d

s

t

o

C

A

P

s

i

t

e

C

A

P

-

c

A

M

P

b

i

n

d

s

t

o

C

A

P

s

i

t

e

(

N

/

A

)

Operon

lac

ara

Trp

Cel

Regulacja
genów

biorących

udział w

kataboliźmie

laktozy

Regulacja
genów

biorących

udział w

kataboliźmie

arabinozy

Regulacja genów
biorących udział w

biosyntezie

tryptofanu

Regulacja
nengatywn

a

Represor I
wiąże się z

operatorem

Represor C
wiąże się z

operatorem

Represor trpR

wiąże

się z

korepresorem trp,

a cały kompleks –

z operatorem

Atenuacja

Regulacja

pozytywna

Kompleks

CAP-cAMP
łączy się z

miejscem

wiazania

CAP

Kompleks

CAP-cAMP
łączy się z

miejscem

wiazania CAP

Brak

Porównanie operonu lac,
ara i trp

Operon argininowy u Bacillus
subtilis

Transformacja roślin za pośrednictwem
Agrobacterium tumefaciens

Geny operonu vir u Agrobacterium
tumefaciens

http://www.blc.arizona.edu/

http://www.ndsu.nodak.edu

http://www.genomicobject.net

http://www-biology.ucsd.edu/

http://www.ndsu.nodak.edu/

http://opbs.okstate.edu/