Trp оперон

Регуляція цього оперону здійснюється двома механізмами: у випадку високої концентрації триптофану, (1) репресор (зліва зверху) приєднується до свого оператора і (2) сповільнює транскрипцію trp мРНК (див.Рис.28-21). Біосинтез триптофану закодованими у trp опероні ензимами показано нижче у виді діаграми (див. також Рис. 22-17).

Підписи: Трп репресор; Трп; ДНК; trpR; P; O; Лідер (trpL); Сповільнювач; trpE; trpD; trpC; trpB; trpA; регулятивна ділянка; регульовані гени; trp мРНК (низька концентрація триптофану); “Сповільнена” мРНК (висока концентрація триптофану);

Компонент I антранілатсинтази; Компонент II антранілатсинтази; Антранілатсинтаза I₂ II₂;

N-(5’-Фосфорибозил)-антранілат ізомераза; Індол-3-гліцерол фосфат синтаза;

-субодиниця триптофан синтази; -субодиниця триптофан синтази; триптофан синтаза (₂₂);

Хоризмат; Антранілат; N-(5’-Фосфорибозил)-антранілат; Енол-1-о-карбоксифеніламіно-1-деоксирибулозофосфат; Індол-3-гліцерол-фосфат; Гліцеральдегід-3-фосфат; L-триптофан; L-серин

Глутамін; Глутамат + Піруват; ФРФФ; ФФ_н; СО₂; Н₂О

Рисунок 28-20

Трп репресор

Репресор є димером із двома субодиницями (сірий і голубий кольори), які зв’язуються із ДНК через мотив гелікс-поворот-геліксу (PDB ID TRO). Приєднані молекули триптофана зображено червоним кольором.

Рисунок 28-21

Транскрипційне сповільнення в trp опероні.

Транскрипція ініціюється на початку 162-х нуклеотидної ділянки лідера мРНК, яка кодується trpL послідовністю ДНК (див. Рис.28-19). Регуляторний механізм визначає або сповільнення транскрипції в кінці ділянки лідера або продовження транскрипції структурних генів. (а) trp мРНК лідер (trpL). Механізм сповільнення транскрипції в trp опероні включає послідовності від 1 до 4 (виділено); (б) Послідовність 1 кодує невеликий лідер-пептид, що містить два залишки Трп (W); він транслюється зразу ж після початку транскрипції. Послідовності 2 і 3 є комплементарними, як і послідовності 3 і 4. Структура сповільнювача формується після комплементарного парування послідовностей 3 і 4 (зверху). Його будова і функції є подібними до структури задіяної в термінації транскрипції (див. Рис.26-7). Парування послідовностей 2 і 3 (внизу) попереджує утворення сповільнювача. Відмітьте, що лідер-пептид не виконує більше ніяких клітинних функції. Трансляція його рамки зчитування має слабкий вплив на визначення того які з комплементарних послідовностей (2 і 3 або 3 і 4) будуть комплементарно паруватися. (в) Схема парування основ для комплементарних ділянок trp мРНК лідера.

Підписи: (а) мРНК; Лідер-пептид; Мет-Ліз-Ала-Ізо-Фен-Вал-Лей-Ліз-Глу-Трп-Трп-АргТре-Сер-стоп; 139 - Місце сповільнення транскрипції; 162 – Кінець ділянки лідера (trpL); Мет-Глн-Тре; Трп E поліпептид;

Функціональний лідер-пептид; MKAIFVLKGWWRTS; Рибосома; Структура сповільнювача; РНК полімераза; мРНК; кодони Трп; УУУУ 3’

trpL; ДНК

(б) У випадку високої концентрації триптофану рибосоми швидко транслюють послідовність 1 (відкрита рамка зчитування, що кодує лідер-пептид) і заблоковують трансляцію послідовності 2 перед транскрибуванням послідовності 3. Продовження транскрипції призводить до гальмування у подібній до термінатора структурі сповільнювача, яка формується послідовностями 3 і 4.

Неповний лідер-пептид; MKAIFVLFG; trp-регульовані гени; trpL; ДНК.

У випадку низької концентрації триптофану рибосоми зупиняються у місці Трп кодону в послідовності 1. Формування комплементарної структури між послідовностями 2 і 3 попереджує сповільнення транскрипції, тому що послідовність 3 не є більше доступною для формування структури сповільнювача із послідовністю 4. Структура 2:3, на відміну від структури сповільнювача 3:4 не здатна перешкоджати транскрипції.

(в) 3:4 Комплементране парування (сповільнювач); 2:3 комплементарне парування

Такий пептид транслюється негайно, при ще незавершеній повністю транскрипції рибосомою, яка знаходиться поблизу РНК полімерази. У випадку високої концентрації триптофану концентрація обтяженої триптофанової тРНК (Трп-тРНК^Трп ) є також високою. Це дозволяє трансляції швидко проходити два Трп кодони послідовностей 1 і 2 перед синтезом РНК полімеразою послідовності 3. У цьому випадку послідовність 2 є зайнята рибосомою і не здатна для парування із послідовністю 3 після синтезу останньої; так формується структура сповільнювача (послідовності 3 і 4) і траскрипція зупиняється (Рис. 28-21б, зверху). У випадку низької концентрації триптофану рибосома зупиняється у місці двох Трп кодонів в послідовності 1 через меншу доступність тРНК_Трп. Під час синтезу послідовності 3 послідовність 2 залишається незайнятою уможливлюючи продовження транскрипції (Рис.28-21б, внизу). Таким чином величина затухання транскрипції знижується пропорційно із зниженням концентрації триптофану.

Система затухання транскрипції для уможливлення тонкої регуляції синтезу біосинтетичних ензимів і невідкладного задоволення потреб клітини існує також у багатьох інших оперонів біосинтезу амінокислот. У лідер-пептиду завдовжки із 15 амінокислотних залишків, який синтезується phe опероном наявні сім залишків Фен. Лідер-пептид оперону leu має чотири розміщені один біля одного залишки Лей, а лідер-пептид оперону his має аж сім послідовно розміщених залишків Гіс. У his оперону, як і у декількох інших оперонів, затухання транскрипції є єдиним регуляторним механізмом