reglering och kontroll av Metabolism i bakterier (Sid 5)
(detta kapitel har 5 sidor)
Kazaki Kenneth Todar, PhD
Katabolit förtryck
enzyminduktion anses fortfarande vara en form av negativ kontrollpå grund aveffekten av den regulatoriska molekylen (den aktiva repressorn) är attminskaeller nedreglera transkriptionshastigheten. Kataboliterepression är entyp av positiv kontroll av transkription, eftersom en regulatorproteinpåverkar en ökning (uppreglering) i transkriptionshastigheten av en operon. Processen upptäcktes i E. coli och var ursprungligen hänvisad till som glukoseffekten eftersom det visade sig att glukoser undertryckte syntesen av vissa inducerbara enzymer, även ominduktorn av vägen var närvarande i miljön. Upptäckten gjordes under studien av reglering av lac operon i E. coli.Eftersomglukos bryts ned av konstitutiva enzymer och laktos först bryts ned av inducerbara enzymer, vad skulle hända om bakterien odlades ibegränsningmängder glukos och laktos? En plot av bakterietillväxtbedömningen resulterade i en diauxisk tillväxtkurva som visade två distinkta faser av aktiv tillväxt (Figur 9). Under den första fasen av exponentiell tillväxt, denbakterietillverka glukos som en energikälla tills all glukos ärutmattad.Sedan, efter en sekundär fördröjningsfas, används laktosen under asekundstadiet av exponentiell tillväxt.
Figur 9. Den Diauxiska tillväxten av E. coli odlas i begränsande koncentrationer av en blandningavglukos och laktos
under glukosutnyttjandeperioden används laktos intepå grund avcellerna kan inte transportera och klyva disackaridlaktosen.Glukos metaboliseras alltid först i stället för andra sockerarter. Endastefter att glukos har utnyttjats fullständigt bryts ned laktos. Laktosoperonen undertrycks trots att laktos (induceraren) är närvarande. Denecologicalrationale är att glukos är en bättre energikälla än laktoserdess användning kräver två mindre enzymer.
först efter att glukos är uttömd är enzymerna för laktoseutiliseringsyntetiseras. Den sekundära fördröjningen under diauxisk tillväxt representerar den tid som krävs för fullständig induktion av lac operon och syntes av enzymerna som är nödvändiga för laktosutnyttjande (laktospermeas ochbeta-galaktosidas).Först då sker bakterietillväxt på bekostnad av laktos. Eftersomtillgängligheten av glukos förtrycker enzymerna för laktoseutilisering, denna typ av förtryck blev känd som katabolit repressionellerglukoseffekten.
glukos är känt för att undertrycka ett stort antal inducerbara enzymer imånga olika bakterier. Glukos undertrycker induktionen av inducerbaraoperonergenom att hämma syntesen av cyklisk AMP (cAMP), en nukleotidkrävs för initiering av transkription av ett stort antalinducibleenzymsystem inklusive lac operon.
rollen för cykliskt a cAMP är komplicerad. cAMP krävs för attaktivera ett allosteriskt protein som kallas CAP (catabolite activator protein)som binder till promotor CAP-stället och stimulerar bindningen av Rnappolymeras till promotorn för initiering av transkription. Således, toeffectively främja gentranskription av lac operon, inte bara mustlactose vara närvarande för att inaktivera lac repressor, men cAMP måste vara availableto binda till CAP som binder till DNA för att underlätta transkription. IFörekomsten av glukos blockeras adenylatcyklas (AC) – aktivitet. ACis krävs för att syntetisera cAMP från ATP. Därför, om cAMP-nivåerna ärlåg, CAP är inaktiv och transkription sker inte. Ifrånvaro av glukos är cAMP-nivåerna höga, CAP aktiveras av cAMP och transkription sker (i närvaro av laktos).
många positivt kontrollerade promotorer, såsom Lac-promotorn, är inte fullt funktionella i närvaro av rnap ensam och kräveraktiveringby CAP. CAP kodas av en separat reglerande gen och är närvarande ikonstitutiva nivåer. CAP är aktiv endast i närvaro av lägret. Bindningen av cAMP till CAP orsakar en konformationsförändring i proteinet som tillåter att binda till promotorn nära rnap-bindningsstället. CAP kan uppenbarligen interagera med RNAp för att öka hastigheten för operontranskription om50-faldigt.Positivecontrol av lac operon illustreras i Figur 10.
Figur 10. Kataboliterepressionär positiv kontroll av lac operon. Effekten är en ökning av transkriptionsterat. I detta fall aktiveras CAP-proteinet avcamptatt binda till lac-operonen och underlätta bindningen av RNA-polymerastill promotorn för att transkribera generna för laktosutnyttjande.
som en form av katabolit förtryck tjänar glukoseffekten en användbarfunktion i bakterier: det kräver att cellerna använder den bästa tillgängligakällanav energi. För många bakterier är glukos den vanligaste och redoanvändbarasubstrat för tillväxt. Således hämmar det indirekt syntesen avenzymersom metaboliserar sämre energikällor.
slutet av kapitlet
föregående sida
återgå till sidan 1
