Презентация, доклад Регуляция экспрессии генов у бактерий

Здесь Вы можете изучить и скачать урок презентацию на тему Регуляция экспрессии генов у бактерий бесплатно. Доклад-презентация для класса на заданную тему содержит 22 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если презентация оказалась полезной для Вас - поделитесь ей с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Презентации» Разное» Регуляция экспрессии генов у бактерий
500500500500500500500500500500500500500500500500500500500500500500

Скачать

Слайды и текст этой презентации
Слайд 1
Описание слайда:
Регуляция экспрессии генов у бактерий На уровне транскрипции На уровне трансляции На уровне инициации На уровне элонгации или терминации Позитивная (активация) Негативная (репрессия) Белки – регуляторы: активаторы, репрессоры. Сигналы, усиливающие экспрессию (активация активатора или подавление репрессора): индукторы Сигналы, ослабляющие экспрессию (подавление активатора или активация репрессора): корепрессоры

Слайд 2
Описание слайда:
Транскрипционная регуляция В подавляющем большинстве случаев осуществляется белками, связывающимися с ДНК и что-то делающими с экспрессией гена/генов по соседству. Самый часто встречающийся ДНК-связывающий мотив таких белков: спираль-поворот-спираль. Аминоксилоты спирали 2 располагаются в большой бороздке ДНК и связываются с нуклеотидами ДНК сиквенс-специфическим образом. Спираль 1 во взаимодействии с нуклеотидами участия обычно не принимает, но ее наличие является обязательным для связывания спирали 2. Участок связывания транскрипционного фактора в ДНК называется оператор.

Слайд 3
Описание слайда:
Негативная регуляция инициации транскрипции Lac-оперон Сам термин «оперон» был впервые применен Жакобом и Мано именно к лактозному оперону. Оперон – совокупность генов, экспрессия которых на уровне транскрипции регулируется вместе и неразрывно. Модель регуляции Lac-оперона Жакоба и Мано оказалась в принципе верной. Без лактозы ничто не мешает репрессору LacI связываться с оператором lacO и тем самым препятствовать связыванию РНК-полимеразы с промотором. При наличии лактозы продукт ее метаболизма аллолактоза связывается с LacI и не дает ему связаться с lacO. РНК-полимераза начинает транскрипцию, синтезируются белки LacY, LacZ и LacА – ферменты, обеспечивающие метаболизм лактозы в полном объеме.

Слайд 4
Описание слайда:
Операторы Lac-оперона На самом деле операторов в лактозном опероне оказалось три штуки. Белок LacI связывается с парой операторов (1 и 2 либо 1 и 3), формируя тетрамер. Это приводит к изгибу ДНК, который, в свою очередь, стабилизирует связывание LacI с ДНК. В результате мы имеем крайне прочное связывание, разрушить которое, по сути, может только лактоза и ничто другое.

Слайд 5
Описание слайда:
Негативная регуляция инициации транскрипции Gal-оперон Очень похожая история, но со специфическими чертами. Гены оперона могут транскрибироваться с двух промоторов, при этом белок САР в комплексе с цАМФ подавляет один промотор и активирует второй (зачем?). Однако же в отсутствие галактозы репрессор GalR связывается с двумя операторами и полностью блокирует транскрипцию. Если же галактоза появляется, GalR уже не может связываться с операторами, и транскрипция идет успешно.

Слайд 6
Описание слайда:
Операторы Gal-оперона Расстояние между двумя операторами 110 нуклеотидов. GalR работает в виде двух димеров, каждый из которых связывает по одному оператору. Это приводит к изгибу ДНК. Любопытно, что гистоноподобный белок HU для нормальной работы этой системы должен связаться в центре петли и сделать один лишний виток двойной спирали. Из-за этого у димеров GalR появляется возможность связать два оператора в антипараллельной конфигурации, что является обязательным условием репрессии. Gal- и Lac-опероны кодируют белки, необходимые для утилизации соответствующих сахаров. Такие опероны называются деградационными. Логично, что они выключены в отсутствии этих сахаров.

Слайд 7
Описание слайда:
Негативная регуляция инициации транскрипции Trp-оперон А здесь мы имеем дело с биосинтетическим опероном, кодирующим ферменты биосинтеза триптофана. При этом регуляция все равно негативная.

Слайд 8
Описание слайда:
Негативная регуляция инициации транскрипции Trp-оперон Если триптофана нет в среде, значит, его надо синтезировать самой клетке. В этих условиях репрессор TrpR неактивен (т.н. апорепрессор), и идет транскрипция всех генов оперона, что приводит к синтезу триптофана. Как только в среде появился триптофан, надо заканчивать его синтезировать, ведь это довольно энергозатратный процесс. Триптофан связывается с апорепрессором и активирует его, превращая уже в репрессор. Он связывается с оператором и блокирует ставшую ненужной транскрипцию.

Слайд 9
Описание слайда:
Превращение апорепрессора в репрессор Две молекулы триптофана связываются с димером TrpR и вызывают легкий поворот одной альфа-спирали относительно другой. Это приводит к формированию домена helix-turn-helix (НТН), компетентного в связывании большой бороздки ДНК в районе оператора.

Слайд 10
Описание слайда:
Позитивная регуляция инициации транскрипции Ara-оперон Три гена метаболизма арабинозы находятся под промотором pBAD. Непосредственно перед промотором – оператор araI, с которым связывается белок AraC, чтобы активировать транскрипцию. Также имеются еще два оператора – araO1 и araO2, с которыми тот же белок AraC связывается, чтобы транскрипцию подавить. Ген araC транскрибируется в другую сторону, с промотора pC. Репрессорная или активаторная активность белка AraC зависит от арабинозы. В ее присутствие димер AraC – это активатор (форма Р2), а в ее отсутствие – репрессор (форма Р1).

Слайд 11
Описание слайда:
Позитивная регуляция инициации транскрипции Ara-оперон В отсутствие арабинозы Р1-форма AraC предпочтительно связывается с I1 – частью оператора araI и с оператором araО2. Оператор araI становится недоступен для Р2-формы araC, даже если она вдруг откуда-то возьмется. А без этого транскрипция с pBAD невозможна. При появлении арабинозы Р1 превращается в Р2, а у этой формы AraC предпочительная аффинность к двум частям оператора araI. Это позволяет начаться транскрипции, синтезируются ферменты метаболизма арабинозы. Ситуация, в которой наличествует избыток AraC – плохая ситуация, его может стать больше арабинозы, и начнется подавление транскрипции. В этом случае AraC начинает связываться с оператором araO1, что блокирует транскрипцию его собственного гена.

Слайд 12
Описание слайда:
Регуляция ara-оперона зависит от поверхности спирали ДНК Две молекулы AraC связываются с участками О2 и I1 с одной и той же стороны двойной спирали ДНК. Именно поэтому они способны изогнуть ДНК и провзаимодействовать друг с другом, а это является необходимым условием репрессии транскрипции, ибо стабилизирует ДНК-белковые комплексы. Если из последовательности ДНК между двумя операторами удалить участок в 10 нуклеотидов (ровно 1 оборот спирали) – бактерия этого не почувствует. А если удалить участок 5 нуклеотидов – никакой репрессии уже не будет, поскольку две молекулы репрессора окажутся на разных сторонах потенциального изгиба и не будут стабилизированы.

Слайд 13
Описание слайда:
Позитивная регуляция инициации транскрипции Mal-опероны Активатор MalT, связываясь с мальтозой, начинает активировать сразу аж три оперона (4-й, 36-минутный, от этого белка независим, но тоже регулируется мальтозой).

Слайд 14
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Это такой способ регуляции, когда РНК-полимераза успешно инициирует транскрипцию, и этот этап регуляции не подвергается. А вот дальше РНК-полимераза может терминировать, даже не доехав до первого гена оперона. Часто это достигается модуляцией вторичной структуры синтезируемой РНК. При аттенюации транскрипции часто бывает, что новосинтезируемая РНК в самом начале содержит последовательность, способную сложиться в шпильку. Если вы помните, то шпильки – это сигналы терминации транскрипции, каковая и происходит с образованием короткой РНК, ничего не кодирующей. Но если не дать сложиться такой терминационной шпильке, то все будет хорошо, и весь оперон нормально оттранскрибируется.

Слайд 15
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Часто аттенюация происходит с участием олигоU-участка в лидерной последовательности РНК. Полимераза проходит такие участки медленно, что позволяет сформироваться терминационной шпильке В-С. И все кончается преждевременной терминацией. Однако же если что-то случилось, и формирование шпильки В-С запрещено, будет формироваться другая шпилька, А-В, не являющаяся терминационной, поскольку после нее нет олигоU-участка. И тогда транскрипция пойдет дальше и счастливо завершится в конце оперона.

Слайд 16
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон E.coli Лидерный участок этого оперона содержит 4 важных участка. Первый из них – короткая открытая рамка считывания, содержащая, помимо прочих, два триптофановых кодона. Участки могут формировать шпильки 1-2, 3-4 и 2-3. Последний вариант – единственный, при котором возможна нормальная транскрипция генов биосинтеза триптофана.

Слайд 17
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон E.coli: сопряжение транскрипции с трансляцией РНК-полимераза застревает на шпильке 1-2 (так называемая шпилька паузы). Но тут ее догоняет рибосома, успешно инициировавшая на участке 1, и подталкивает ее. Неповоротливая РНК-полимераза сдвигается с места и едет транскрибировать дальше.

Слайд 18
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон E.coli: сопряжение транскрипции с трансляцией В отсутствие триптофана, натурально, триптофановая тРНК не аминоацилирована и не может принести триптофан в трансляцию. А ведь в короткой ORF имеются два trp-кодона подряд! В этой ситуации рибосома застревает на этих кодонах, и выходит так, что свободные участки 2 и 3 находятся аккурат между рибосомой и РНК-полимеразой. Натурально, они формируют шпильку, и терминационная шпилька 3-4 сформироваться уже не может! РНК-полимераза успешно проходит лидерный участок, транскрибирует все гены триптофанового оперона, начинается синтез триптофана!

Слайд 19
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон E.coli: сопряжение транскрипции с трансляцией Как только в клетке появляется триптофан, он тут же навешивается на свою родную тРНК. В этих условиях рибосома больше не застревает на триптофановых кодонах и успешно завершает синтез лидерного пептида. В этих условиях предпочтительным становится формирование терминационной шпильки 3-4, что приводит к терминации транскрипции и к остановке синтеза ферментов биосинтеза триптофана. А потом триптофан кончится, тРНК деацилируется, и все начнется сначала…

Слайд 20
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон B.subtilis У этой бактерии аттенюация триптофанового оперона происходит совсем не так, но с тем же результатом. В лидерном участке оперона имеются 4 последовательности, способные формировать две шпильки (А-В, антитерминационная, и С-D, терминационная, поскольку после участка D идет олигоU). Помимо этого, лидерный участок богат триплетами GAG, на которых все и завязано.

Слайд 21
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон B.subtilis: РНК-связывающий белок TRAP В триптофан-связанной форме белок TRAP приобретает способность сильно связывать те самые триплеты. А поскольку сам белок склонен к формированию олигомеров шарообразной формы, то выходит так, что лидерная РНК «наматывается» на такие олигомеры и крепко-накрепко закрепляется триплетами. Однако в участках С и D таких триплетов нет, они свободны и могут сформировать шпильку, которая, как уже говорилось, является терминационной. Транскрипция оперона не идет, триптофан не синтезируется. А если триптофана нет, TRAP не способен намотать на себя лидерную РНК. Тогда образуется более стабильная антитерминационная шпилька А-В, запрещающая формирование терминационной шпильки. Транскрипция оперона идет, триптофан синтезируется!

Слайд 22
Описание слайда:
Аттенюация транскрипции Trp-оперон B.subtilis: РНК-связывающий белок TRAP На всякий случай TRAP в связанной с триптофаном форме еще и подавляет трансляцию РНК trpE, первой в опероне. Без этого белка в части РНК сразу перед SD trpE формируется большая шпилька, и при этом сам SD находится в оц виде, что делает возможной посадку рибосомы и трансляцию. Однако когда приходит Trp-TRAP, связывание с ним делает невозможным формирование такой шпильки, и формируется другая (менее стабильная), захватывающая SD. Трансляция в таких условиях невозможна!


Скачать урок презентацию на тему Регуляция экспрессии генов у бактерий можно ниже:

Похожие презентации