Represor al lactozei

Represorul de lactoză ( ing.  Lac represor ) este o proteină care leagă ADN-ul care inhibă expresia genelor care codifică proteine ​​ale operonului lactoză . Codificat de gena lacI . Proteinele operonului de lactoză sunt implicate în metabolismul lactozei în celulele bacteriene . Aceste gene sunt reglate în jos atunci când lactoza nu este disponibilă pentru celule, asigurându-se că celula bacteriană nu irosește energie sintetizând proteinele care metabolizează lactoza în absența lactozei . Când lactoza devine disponibilă, aceasta este convertită în alolactoză , care inhibă capacitatea represorului de lactoză de a se lega de ADN. Când represorul nu este asociat cu operatorul operon al lactozei, începe transcripția acestuia și sinteza ulterioară a enzimelor de metabolism al lactozei [1] .

Structura

Represorul de lactoză ( lac -represor) al Escherichia coli este un homotetramer cu o masă de 154.520 daltoni . Fiecare dintre cei patru monomeri conţine 360 ​​de resturi de aminoacizi şi constă dintr -un domeniu N-terminal , o regiune balama sau linker, un domeniu de legare a zahărului şi un domeniu C-terminal . Domeniul N-terminal conține motivul structural „helix-turn-helix” , care este responsabil pentru interacțiunea cu operatorul. Acest motiv este format din două elice α (reziduuri de aminoacizi 6–25). Domeniul N-terminal este un domeniu globular mic, compact, cu un miez hidrofob bine definit , care este format din trei elice α. Linkerul sau regiunea balama (reziduurile 46-62) conectează domeniul N-terminal de legare la ADN la partea de legare a zahărului (nucleul) a represorului. Se crede că această regiune nu are o structură secundară pronunțată și constă din elice împrăștiate; totuși, în prezența ADN-ului, ea este ordonată și formează un α-helix, care interacționează cu operatorul și orientează domeniul de legare la ADN al represorul lac într - un anumit fel. Miezul represor, sau domeniul de legare a zahărului, este format din două subdomenii. Structura spațială a subdomeniilor este foarte asemănătoare, deși există puține similarități între ele în compoziția reziduurilor de aminoacizi. Fiecare subdomeniu conține 6 foi β paralele , cuprinse între patru elice α. Domeniul C-terminal este responsabil pentru asamblarea tetramerului [1] .

Represorul lactozei este un tetramer neobișnuit. Monomerii săi formează dimeri stabili . Această interacțiune este asigurată de cinci grupuri de aminoacizi. Dimerii, la rândul lor, se pot combina pentru a forma tetrameri datorită interacțiunii elice alfa C-terminale (reziduuri 340-357). Fiecare helix conține două secțiuni, constând din șapte reziduuri de leucină , care asigură interacțiunea celor patru elice alfa. Tetramerii represorului de lactoză sunt considerați mai corect ca dimeri ai dimerilor, deoarece nu au simetria caracteristică altor proteine ​​oligomerice . Sunt dimerii care se leagă de ADN, adică fiecare tetramer al represorului de lactoză poate fi asociat cu doi operatori [1] .

Funcționare

După cum s-a menționat mai sus, legarea represorului de lactoză de ADN are loc prin motivul structural N-terminal helix-turn-helix, care se leagă de canalul major ADN . În plus, regiunile balamale se leagă de ADN. Legarea are loc datorită interacțiunii elicelor ordonate ale regiunilor balama și șanțul minor al ADN-ului [2] . Deoarece fiecare tetramer poate lega doi operatori în același timp, legarea mai multor secvențe de operatori de către un tetramer determină bucla ADN [3] . Legarea represorului de ADN crește afinitatea ARN polimerazei pentru promotor într-o asemenea măsură încât acesta nu îl poate părăsi și, prin urmare, alungirea transcripției genelor operonului lactozei nu poate începe. În prezența lactozei, alolactoza se leagă de represorul lac , modificându-și alosteric structura spațială, astfel încât represorul nu poate să se lege ferm de operator. În studiile in vitro , izopropil-β-D-1-tiogalactopiranozida (IPTG) este adesea folosită ca substanță care imită acțiunea alolactozei [1] .

Descoperire

Represorul de lactoză a fost izolat pentru prima dată Walter Gilbert și Benno Müller-Hill 1966 .  Acest lucru s-a întâmplat la un an după ce Jacques Monod și François Jacob , care au descris operonul de lactoză, au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină pentru cercetările lor în reglarea expresiei genelor. Gilbert și Muller-Hill au reușit să arate în condiții in vitro că proteina se leagă de ADN-ul care conține operonul de lactoză și se disociază de ADN atunci când este adăugat IPTG. De asemenea, au izolat porțiunea de ADN asociată cu proteina folosind enzima dezoxiribonucleaza , care scindează ADN-ul. După tratamentul complexului represor-ADN cu această enzimă, unele molecule de ADN au rămas neclivate; s-a sugerat că erau protejați de represor de acțiunea enzimei, ceea ce a fost confirmat ulterior. Aceste experimente au confirmat mecanismul operonului de lactoză propus anterior de Monod și Jacob [4] [1] .

Note

1. ↑ 1 2 3 4 5 Lewis M. Represorul lac.  (engleză)  // Comptes rendus biologies. - 2005. - Vol. 328, nr. 6 . - P. 521-548. - doi : 10.1016/j.crvi.2005.04.004 . — PMID 15950160 .
2. ↑ Schumacher MA , Choi KY , Zalkin H. , Brennan RG Structura cristalină a membrului LacI, PurR, legat de ADN: legarea canalului minor prin elice alfa.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 1994. - Vol. 266, nr. 5186 . - P. 763-770. — PMID 7973627 .
3. ↑ Oehler S. , Eismann ER , Krämer H. , Müller-Hill B. Cei trei operatori ai operonului lac cooperează în represiune.  (engleză)  // Jurnalul EMBO. - 1990. - Vol. 9, nr. 4 . - P. 973-979. — PMID 2182324 .
4. ↑ Gilbert W. , Müller-Hill B. Izolarea represorului lac.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1966. - Vol. 56, nr. 6 . - P. 1891-1898. — PMID 16591435 .