Geeni regulatsioon prokarüootidel (0)

5 VÄGA HEA

Geeni regulatsioon prokarüootidel:

lac Operon  E. coli

trp operon  E. coli

1. Regulatiivsed geenid
Kontrollivad rakkude kasvu ja paljunemist
Ekspressiooni reguleeritakse vastavalt raku vajadusele ja keskkonna poolt, ei
ole pidev)
2. Konstitutiivsed geenid
Ekspresseeritakse pidevalt
“Housekeeping” geenid (vajalikud valgu sünteesiks ja glükoosi ainevahetuseks
Kõiki geene reguleeritakse teatud tasemetel

Operon
Geenide klaster, mis reguleeritakse üheskoos ja mis vastutab ühe metaboolse ahela
eest
•
Sisaldab::

Promootor
Repressor
Operaator ehk kontrolliv sait
Kodeerivad järjestused
Terminaator järjestus
Kõrvuti asetsevad kodeerivad järjestused transkribeeritakse üheskoos, moodustub
polügeenne mRNA

Induktorid ja induktsioon

Induktor – keemiline aine (võib tulla ka keskkonnast), mis initseerib
tarnskriptsiooni

Induktsioon – geeniprodukti süntees vastusena induktorile

Operoni organisatsioon ja induktsioon

E. coli lac operon:

E. coli glükoosi metabolismi geenid ekspresseeritud pidevalt

Alternatiivsete suhkrute metabolismi rada ekspresseeritud spetsiifiliselt (näit.
Laktoos )

Laktoos on disahhariid (glükoos+galaktoos), energiavehetuses

Laktoos toimib kui induktor (effektor molekul ) ja stimuleerib umbes 1000x
ekspressiooni kolmele valgule:
1. βgalaktosidaas (lacZ)
•Lagundab laktoosi glükoosiks ja galaktoosiks
•Konverteerib laktoosi allolaktoosiks ja reguleerib lac operoni.
2. Laktoos permeaas (lacY)
•Transpordib laktoosi keskkonnast läbi plasmamembraani
3. Transatsetülaas (lacA)

•Päris täpselt funkt
sioni ei teata
E. coli lac operon:
Francois Jacob ja Jacques Monod (Pasteur’i Instituut, Pariis)

Tegid kindlaks E. coli lac operoni organisatsiooni

Nobeli preemia 1965.

Uurisid kaht eri mutatsiooni selles operonis:
1.
Mutatsioonid valku kodeeriavates järjestustes
2.
Mutatsioonid regulatoorsetes järjestustes

1. Mutatsioonid valku kodeerivates järjestustes:

lacZ (βgalaktosidaas) knockout mutandid inhibeeritud samuti laktoosi permeaas
(lacY) ja transatsetülaas (lacA).

lacY (lactoosi permeaas)knockout mutandid inhibeerivad transatsetülaasi (lacA),
kuid ei mõjuta βgalaktosidaasi (lacZ).

lacA (transatsetülaas) knockout mutadid ei mõjuta ei βgalaktosidaasi (lacZ) ega
laktoos permeaasi (lacY).
Järeldus: lac operoni geenid aheldunud ja järjestus järgmine:
1.
lacZ
kodeerib βgalaktosidaasi
2.
lacY
kodeerib laktoosi permeaasi
3.
lacA
kodeerib transatsetülaasi

E. coli lac operoni  translatsioon metsikul ja mutantsel tüvel

2. Regulatoorsete järjestuste mutatsioonid ja selle mõju
ekspressioonile:
Jacob ja  Monod uurisid, kuidas indutseerib laktoos lac operon valkude moodustamist
(laktoos keskkonnas ja laktoos puudub):
Eeldasid, et peaks olema operonis kodeerivatest järjestustest üleval pool kaks
regulatoorset piirkonda, seepärast kaks erinevat mutanti:
1.
Mutatsioonid  lac operaator järjestuses (lacO)
1.
Mutation lac repressor  järjestustes(lacI)

Mutatsioonid operaatoris (lacO):
Kasutasid diploidset  E. coli tüve, milles  lac operoni geenid norm. Promootoritega olid
plasmiidil (F’) .
F’
lacO+ lacZ
lacY+
⇒
permeaas (ainult laktoosi
                                                                              olemasolul )
C
lacOc lacZ+
lacY
⇒
βgalactosidase (laktoosi
                                                         puudumisel, ekspresseritakse
                                                         kogu aeg)
Järeldused:
1.
lacO asub enne struktuurseid geene lacZ ja lacY ning mõjutab valkude
moodustamist neist allapoole
2.
lacO on regulatoorne järjestus; produkti ei moodusta
3.
Kuna produkti ei moodutata, siis laktoosi puudumisel ei ole vaja ka permeaasi

Mutatsioonid lac repressoris (lacI):
Samad diploidsed  E. coli F’ tüved,milles lac operoni geenid koos norm.promootorite ja
operaator järjestustega
F’
lac I+
lacO+
lacZ
lacY+
C
lacI
lacO+
lacZ+
lacY

Laktoosi puudusel ei moodustu ei βgalactosidaasi ega permeaasi

Laktoosi olemasolul indutseerib see mõlema ensüümi sünteesi
Järeldused:
1.
lacI+ toodab repressor valku
2.
Laktoosi puudumisel repressor seondub operaatoriga ja inhibeerib
struktuursete geenide ekspressiooni
3.
Laktoosi olemasolul, repressor seondub allolaktoosiga ja sellega alustatakse
valkude sünteesi (repressor inhibeeritakse)

Mutatsioonid promootoris (P ):
lac

See inhibeerib RNA polümeraasi seondumise, ei sõltu laktoosi olemasolust

Iga mutatsioon promootoris inhibeerib kogu operoni struktuursete geenide
ekspressiooni

lac operon ehitus metsikul E. coli’l
Regulatoorsete elementide ja struktuursete geenide järjakord
lacI:
promootorlacIterminaator
operon:
promootoroperaatorlacZlacYlacAterminaator

Operoni funktsioon kui laktoos puudub:

Kui laktoos keskkonnas:

lac repressor on  tetrameerne valk
(neljast polüpeptiid ahelast)

JacobMonod E. coli lac operoni mudel:
1.
Operon on geenide klaster; ekspressiooni reguleerivad operaatorrepressor
süsteem valkude interaktsiooni läbi, samutioperaator ja promootor järjestused
2.
lac I geenil on oma promootor ja terminaator;  lacI repressorvalk on madalas
kontsentratsioonis kogu aeg olemas

Repressorvalk on tetrameene valk

repressor seob operaatori (lacO) takistades RNA polümeraasil seonduda ja
initsieerida transkriptsiooni

Sidumine ei ole absoluutne, väikeses koguses sünteesitakse  lacZ, lacY, ja
lacA valke

Nagu laktoosi hulk suureneb aktiveerub kogu operon
3.
βgalaktosidaas konverteerib laktoosi allolaktoosiks, mis seob repressori, nii et see
ei saa operaatoriga ühineda, sellega aktiveeritakse operon

4.
RNA polümeraas initseerib polügeense mRNA sünteesi, mis
sisaldab siis kolme valgu järjestusi ( lacZ, lacY, ja lacA)
5.
mRNA transleeritakse kui üks molekul ribosoomidega
6.
lac operon on kontrollitud negatiivse tagasisedemega (lacI
blokeerib RNA polümeraasi kui induktorit ei ole).
7.
Nii lacO, lacI, kui promootoris võivad olla erinevad
mutatsioonid:

lacO
muutub repressori seonduv sait, repressor ei ühine ja
                    toimub pidev ekspressioon

lacI
muutub repressori konformatsioon (ei saa ühineda
                   operaatoriga)samuti pidev ekspressioon
superrepressor ühenduses operaatoriga, aga ei ole
        allolaktoosi; siis laktoos ei indutseeri ekspressiooni

Promootor  muutub RNA polümerasi afiinsus,
                           transkriptsiooni  aktiivsus suureneb või väheneb
                           vastavalt

lac operoni positiivne kontroll:

Positiivne kontroll kui laktoos on ainus süsiniku allikas mikroobile ja glükoos
puudub

Katabolismi aktiveeriv valk (CAP) ühineb cAMP , aktiveerides viimase ja sidudes
selle CAP järjestusega ülevalpool promootorit

CAP muudab DNA konformatsiooni, millega RNA polümeraas seondub ja saab
transkriptsiooon alata

Kui mõlemad suhkrud on olemas (glükoos ja laktoos) siis kasutatakse glükoosi,
sest aktiivse CAP kontsentratsioon madal (madal cAMP).

Kui eksperimentaalselt lisada cAMP  siis lac operon alustab ekspressiooni ka
glükoosi juuresolekul

Positiivne kontroll
CAPiga

lac operoni järjestus oli esimene geeniregulatsiooni molekulaarne mudel:

lac operoni promootor algab 84 bp kohe pärast lacI stop koodonit ja  lõpeb 8 bp
tarnskriptsiooni start saidist

CAPcAMP seonduv sait on  54 kuni 58 ja  65 kuni 69.

RNA polümeraasi sait ulatub 47 kuni 8.

Operaator järgneb kohe promootorile 3 kuni +21.

mRNA transkript algab +1 bp operaatori sees

βgalaktosidaas geenil on juhtjärjestus enne start koodonit

βgalaktosidaasi start koodon (AUG) on positsioonis+39 +41

Aluste järjestus E. coli lac operoni kontrollivtes piirkondades, promootoris ja
operaatoris

E. coli  Trp operon:

Kui kekskonnas on a/h olemas, siis võetakse need keskkonnast, aga mitte ei
sünteesita

A/H sünteesi kodeerivad geenid asuvad nn. represseeritud operonides

Kui  a/h ei ole, siis operon aktiveeritakse ja alustatakse sünteesi

E. coli trüptofaani (Trp) operon on kõige enam uuritud repressor operon

Trp operon kirjeldas esmalt Charles Yanofsky et al.:

Trp operon on  ~7kb ja toodab 5 geeni produkti, mis vajalikud trüptofaani
sünteesiks  trpAE.

Promootor ja operaator on üleval pool struktuursetest geenidest

Juhtpiirkond (trpL) on trp AE kodeerivate ja operaatori vahel

trpL sees on attenueeriv piirkond (att).

TrpR (repressorvalgu geen) on promootorist eespool

E. coli Trp operon’i skeem

trp operoni regulatsioon:
Kaks mehhanismi:
1.
Repressor/operaator interaktsioon
2.
Initseeritud transkripti terminatsioon

1. Repressor/operaator interaktsioon

Kui trüptofaan olemas, siis see ühineb trpR geeni produktiga

trpR valk ühineb trp operaatoriga ja takistab tarnskriptsiooni

Repressioon vähendab trp operoni aktiivsust  ~70x

2. Initseeritud transkriptiga termineerimine

Transkriptsiooni kontrollib nn. Atenueerimine, mis tähendab lühikese mittetäieliku
polüpeptiidi sünteesi

Kui trüptofaani ei ole, siis süntees maksimaalne

Kui puudus ei ole täielik, siis aktiivsus madalam kui maksimaalne

Atenuatsioon reguleerib tarnskriptsiooni 810 korda, kui aga koos repressiooniga
siis kuni 560700 korda

Atenuatsiooni mol. Mudel:

(trpL) järjestus on operaatori ja trpE järjestuste vahel

see on atenuaatori järjestus(att).

att järjestusel start koodon, 2 Trp koodonit ja stop koodon; samuti neli regiooni,
mis formeerivad kolm alternatiivset sekundaarset struktuuri
Sek.struktuur
            Signaal

Paardunud regioon12
paus

Paardunud regioon 23            antiterminatsioon

Paardunud regioon 34
terminatsioon

Juht/atenuaator järjestused trp operonis

Tuletame meelde, et prokarüootidel toimuvad transkriptsioon ja translatsioon
ühel ajal

mRNA regioonide paardumine 1 ja 2 peatab RNA polümeraasi kohe kui need
piirkonnad on sünteesitud

Paus on piisavalt pikk selleks, et ribosoom jõuaks mRNAle ja selle järelt algaks
translatsioon

Ribosooomi positsioneerimine on kogu trp mRNA atenuatsioonis oluline:
Kui Trp on vähe, siis:
1.
TrptRNAs ei ole võtta ja ribosoom on Trp koodonil ja katab atenueeriva 1
piirkonna
2.
Regioon 1 ei paardu regiooniga 2, küll aga 2 piirkond paardub 3
piirkonnaga sünteesi ajal
3.
Regioon 3 (paardunud 2) ei paardu 4 piirkonnaga
4.
RNA polümeraas jätka 4 piirkonna transkriptsiooni ja sellele järgneb
süntees.

Kui  Trp on küllalt keskkonnas:
1.
Ribosoom ei peatu Trp koodonil ja jätkatakse juhtpolüpeptiidi
translatsiooni kuni 2 piirkonnani
2.
Nüüd 2 piirkond ei paardu 3, kuid 3 paardub 4
3.
See 34 paardumine ongi  “attenuator” järjestus ja toimib kui termineeriv
signaal
4.
Transkriptsioon peatub, enne kui ta jõuab trp geenide sünteesini

Atenuatsiooni mudel Trp olemasolul

Erinevate a/h ateuneerivad järjestused E. coli operonides

Atenuatsiooni mudel Trp puudumisel

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
Slide 29
Slide 30
Slide 31
Slide 32
Slide 33
Slide 34
Slide 35
Slide 36
Slide 37

.PPT Laadi alla originaalfail 37 lk · .ppt · 10 allalaadimist

10 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 10 punkti.

~ 37 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2013-01-11 Kuupäev, millal dokument üles laeti

10 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

ClericalRodent Õppematerjali autor

Geeni regulatsioon prokarüootidel operon laktoos repressor operaator promootor geenid repressor mutatsioon transkript mutatsioonid ekspressioon mutatsioonid galaktosidaas promootor glükoos

Sarnased õppematerjalid

doc

Nimetu

Kompleksid kas moodustuvad või ei moodustu. 5. Missugused TAFid on TBPga vahetus interaktsioonis? TBPga seonduvad TFIIB, TFIIA TBP is a subunit of the eukaryotic transcription factor TFIID. 6. Missugune TFII valk hüdrolüüsib ATPd ja mis protsessiga on tegu? ATPd hüdrolüüsib helikaasse aktiivsusega TFIIH, mis kasutab ATP hüdrolüüsi energiat selleks, et DNA dupleks startsaidis lahti kerida. 7. Võrdle transkriptsiooni initsitatsiooni protsesse prokarüootidel ja eukarüoo-tidel. Prokarüoodid toimuvad tsütoplasmas. *RNA polümeraasi holoensüümi (2 , ß, ß', ) seondumine DNA promootorpiirkonda *RNA polümeraasi toimel lokaalne DNA-ahelate lahtikeeramine ja matriitsahela teke *Fosfodiestersidemete esmane teke tekkivas RNA ahelas, pärast 8 9 lülitust vabaneb - faktor ja põhiensüüm jätkab (2 , ß, ß') elongatsiooni - faktor tunneb ära -35 või -10 (promootori ülesvoolu, 5' poolne järjestus) konsensus-järjestust TTGACA

Kategoriseerimata

doc

Eksam molekulaarbioloogia

Sageli on transkriptsiooni initsiatsiooniks vajalik ka spetsiifiliste TF-de olemasolu. Kui transkriptsiooni kontrolliv järjestus -35 on vaevu äratuntav on vajlikud transkriptsiooni aktivaatorid. Miks ei ole konsensus igalpool? vaja geeniregulliks. Aktiveeritavatel promootoritel on -35 heksameer konsensusjärjestusest TTGACA märkimisväärselt erinev konsensusjärjestusest ja sel juhul soodustab aktivaator polümeraasi seondumist promootorile. Lisaks TF-dele toimub transkriptsiooni regulatsioon ka erinevate faktorite kaudu. RNA polümeraasi subühikud on eraldivõttes inaktiivsed. Ainult ß`on võimeline DNA-ga mittespetsiifiliselt seonduma. Seetõttu seondub ka RNA polümeraasi apoensüüm DNA-ga mittespetsiifiliselt. faktori lisandumisel toimub RNA polümeraasi spetsiifiline seondumine promootoralale ligikaudu 1000 korda kõrgema efektiivsusega. Holoensüümi koosseisu kuulub ka faktor. faktor on vajalik RNA polümeraasi spetsiifiliseks

Molekulaarbioloogia

docx

Geenitehnoloogia I konspekt

füsioloogia). Organitest moodustuvad ELUNDKONNAD e. ORGANSÜSTEEMID (füsioloogia) . Elundkond on samuti elu organiseerituse üks tase. Organismist eraldatuna ei ole ühelgi koel, organ(süsteemil) elu tunnuseid. Seetõttu peetakse rakust järgmiseks oluliseks tasemeks organismi taset. - ORGANISMI tase – organism talitlus sõltub tema elundite(kondanse) koostööst, regulatsiooniga tagatakse sisekeskkonna stabiilsus, neuraalne regulatsioon, humoraalne regulatsioon. Organismid koos omakorda moodustavad POPULATSIOONIDES taseme – ühel asustusalal elavad sama liiki organismid. - LIIGI tase – üks peamisi. Uurib, mis on ühe konkreetse liigi eripära ÖKÖSÜSTEEMI TASE – organismid + keskkond (st ümbritsev elus- ja eluta lodus – ökoloogia). Ühisel territooriumil omavahel toitumissuhetes olevad organismid – Kogu ELU KÕRGEIM TASE

Geenitehnoloogia

docx

Geenitehnoloogia I konspekt

ORGANEID (anatoomia, füsioloogia). Organitest moodustuvad ELUNDKONNAD e. ORGANSÜSTEEMID (füsioloogia) . Elundkond on samuti elu organiseerituse üks tase. Organismist eraldatuna ei ole ühelgi koel, organ(süsteemil) elu tunnuseid. Seetõttu peetakse rakust järgmiseks oluliseks tasemeks organismi taset. - ORGANISMI tase organism talitlus sõltub tema elundite(kondanse) koostööst, regulatsiooniga tagatakse sisekeskkonna stabiilsus, neuraalne regulatsioon, humoraalne regulatsioon. Organismid koos omakorda moodustavad POPULATSIOONIDES taseme ühel asustusalal elavad sama liiki organismid. - LIIGI tase üks peamisi. Uurib, mis on ühe konkreetse liigi eripära ÖKÖSÜSTEEMI TASE organismid + keskkond (st ümbritsev elus- ja eluta lodus ökoloogia). Ühisel territooriumil omavahel toitumissuhetes olevad organismid Kogu ELU KÕRGEIM TASE BIOSFÄÄR, hõlmab kogu Maad ümbritsevat elu sisaldavat kihti.

Geneetika

pdf

Geneetika eksam

viiruse assambleerimisel o Geneetilise materjali segunemine võib toimuda siis, kui 2 sarnast viirust nakatavad sama rakku Rekombinantsed girpiviirused ja nendega seotud ohud: Linnugripp (H5N1): o Kandub lindudelt inimestele o Kardeti viirustevahelist rekombineerumist – uus tüüp, mille vastu puudub täielikult immuunsus o Hispaania gripp 1918 – pandeemia; viirus suutis välja lülitada RIG1 geeni, mis põhjustab immuunsüsteemi ülereageerimise H1N1 tüvi – seaviirus, „uut tüüpi“ viirus: o RNA segmendid on segunenud o Segunenud segmendid on pärit erinevatelt gripiviirustelt (kahelt seaviiruselt, inimese viiruselt ja linnuviiruselt) o Hakkas levima Mehhikos o Kandub inimeselt inimesele o Kardeti pandeemiat 3. Selgitage retroviiruse paljunemist HIV näitel. HIV-ga nakatunute ravi Retroviirused:

Kategoriseerimata

doc

Bakterirakkude kasv ja seda mõjutavad tegurid

1. Sissejuhatus Metaboolne ja geneetiline regulatsioon bakterites Bakterirakkude efektiivseks kasvuks on vaja, et kõiki raku põhilisi ehitusblokke ja nendeks vajalikke makromolekule produtseeritaks õiges vahekorras. Selleks, et sünteesi lõpp-produktide kontsentratsioon rakus liiga kõrgele ei tõuseks, on rakus välja kujunenud kaks kontrollmehhanismi: 1. Ensüümiaktiivsuse tagasisidestuslik inhibitsioon (feedback inhibition) metaboolne regulatsioon 2. Ensüümi sünteesi repressioon geneetiline regulatsioon Tagasisidestusliku inhibitsiooni tulemusena inhibeeritakse rakus juba olemasoleva ensüümi aktiivsus reaktsiooni lõpp-produkti poolt. Inhibitsiooni võib esile kutsuda ka teatav metabolismiraja vaheprodukt. Geneetilise repressiooni korral inhibeerib tavaliselt lõpp-produkt metabolismiraja esimese ensüümi sünteesi vastava geeni avaldumise pärssimise kaudu. Metaboolne regulatsioon tagasisidestusliku inhibitsiooni kaudu

Mikrobioloogia

docx

Biokeemia kordamisküsimused

olekus. Substraadi kontsentratsiooni tõustes muutub tasakaal T-olekust Rüleku suunas. 7. Kirjeldage transkriptsiooni alustamist prokarüootsetes ja eukarüootsetes rakkudes.  Prokarüoodid  Eukarüoodid  Transkptsioon algab kui RNA-  Eukarüootidel on 3 tüüpi RNA-polümeraase: polümeraasi σ-faktor seondub geeni • RNA-pol. I (tRNA, rRNA, väikesed RNAd) promootoriga ja lōpeb geeni • RNA-pol. II (mRNA) terminaatorjärjes-tuse juures. • RNA-pol. III (tRNA, rRNA, väikesed RNAd) Promootorjärjestus on  asümmeetriline ja määrab RNA sünteesi suuna. Prokarüootidel on  RNA polümeraasi II transkriptsiooni üks RNA-polümeraas, mis sünteesib alustamiseks on vaja alati kōiki RNA tüüpe

Biokeemia

docx

Molekulaar- ja rakubioloogia KT II

1 MOLEKULAAR- JA RAKUBIOLOOGIA | YTM0011 II KONTROLLTÖÖ KORDAMISKÜSIMUSED | MIHKEL HEINMAA TTÜ YAGB31 | 08/10/10 TRANSKRIPTSIOON JA GEENI REGULATSIOON 1. Missuguseid geneetilise infovahetuse protsesse tähistavad a) transformatsioon, 2) transkriptsioon 3) translatsioon. Transformatsioon on geneetilise info ülekandumine ühest bakterirakust teise rakust isoleeritud DNA abil. Transkriptsioon ehk RNA süntees on DNA ühe ahela (matriitsahel) alusel komplementaarse RNA ahela süntees.

Molekulaar - ja rakubioloogia loengud

Rohkem sarnaseid