1

2

3

4

5

6

7

• Kitas E. coli operonas, dalyvaujantis cukrų metabolizme yra ara (arabinozės) operonas

• Jį sudaro: – Trys struktūriniai genai, dalyvaujantys arabinozės metabolizme

• Jie žymimu araB, araA ir araD

– Vienas promotorius, PBAD

– CAP vieta, prie kurios jungiasi CAP (catabolite activator protein) baltymas

ara operonas

8

• araC genas yra šalia ara operono– Jis turi savo promotorių, PC

– Šis genas koduoja reguliacinį baltymą, AraC

– AraC gali prisijungti prie trijų skirtingų operatoriaus vietų• Jos žymimos araI, araO1 ir araO2

AraC baltymas gali veikti ir kaip teigiamas, ir kaip neigiamas transkripcijos reguliatorius

Tai priklauso nuo to, ar aplinkoje yra arabinozės

9

araO1

• AraC baltymas jungiasi prie visų trijų operatorių– AraC dimeras jungiasi prie araO1 ir taip slopina araC geno transkripcija

• Tai leidžia palaikyti ląstelėje žemą AraC baltymo koncentraciją

– AraC monomerai, prisijungęs prie araO2 ir araI slopina ara operoną

• Sudarydami DNR kilpą jie susijungia vienas su kitu ir neleidžia RNA pol prisijungti prie PBAD

Nesant arabinozės, ara operonas blokuojamas

10

• Arabinozė jungiasi prie AraC baltymų – Sąveikos tarp AraC baltymų ir araO2 bei araI yra suardomos

• Todėl yra išardoma ir DNR kilpa

– Papildomas AraC baltymas jungiasi prie araI • Šis AraC dimeras araI vietoje veikia kaip transkripcijos aktyvatorius

CAP-cAMP aktyvinimas vyksta tada, kai gliukozės

kiekiai yra nedideli

Esant arabinozės, ara operonas yra aktyvinamas

11

12

• Bakteriofagai yra virusai, kurie infekuoja bakterijas

• Bakteriofagų struktūriniai genai dažnai sudaro operonus– Kaip ir bakterijų operonai, taip ir fagų operonai

gali būti kontroliuojami baltymų represorių ir aktyvatorių

GENŲ REGULIAVIMAS BAKTERIOFAGŲ GYVENIMO CIKLO METU

13

• Fagas gali jungtis prie bakterijos paviršiaus ir įšvirkšti savo DNR į bakterijos citoplazmą

• Po to fagas vystosi pagal vieno iš galimų gyvenimo ciklų– Lizinį ciklą

– Lizogeninį ciklą

Fago gyvenimo ciklai

14

Virulentiniai fagai vystosi tik pagal lizinį ciklą

Nuosaikūs fagai gali vystytis pagal abu ciklus

Profagai gali egzistuoti tokioje

“snūduriuojančioje” būsenoje ilgą laiką

Pereina į lizinį ciklą

Šis procesas yra vadinamas

indukcija

15

• Viruso galvutėje fago DNR yra linijiška– Viruso DNR patekus į bakteriją

linijiškos DNR galai kovalentiškai susijungia ir suformuoja žiedą

• Genų išsidėstymas žiedinėje chromosomoje atspindi du alternatyvius gyvenimo ciklus– Genai, esantys centrinėje viršutinėje

chromosmos dalyje yra transkribuojami iš karto po infekcijos, pačioje ciklo pradžioje

• Nuo jų ekspresijos priklauso, kuris iš ciklų bus pasirinktas

– Genai, esantys kairėje viruso genomo pusėje koduoja baltymus, atsakingus už lizogeninę infekciją

– Genai, esantys dešinėje viruso genomo pusėje koduoja baltymus, atsakingus už lizinę infekciją

16

• Pasirinkimas tarp lizinio ir lizogeninio ciklų priklauso nuo keletos reguliacinių baltymų veikimo– Šie baltymai jungiasi prie kelių specifinių bakteriofago

genomo vietų

Fago gyvenimo ciklai

17

Koduoja du baltymus: N ir croN baltymas yra antiterminatorius

Jis jungiasi prie RNR polimerazės ir blokuoja transkripcijos terminaciją

cII genas koduoja baltymą aktyvatorių

Genai O ir P koduoja baltymus, kurių reikia DNR sintezei pradėti

Genas Q koduoja kitą antiterminatorių,

reikalingą liziniam ciklui

cIII genas koduoja baltymą,

stabilizuojantį cII baltymą

aktyvatorių

18

cII/cIII aktyvina transkripciją nuo PI ir PRE

PRE = Promoter for Repressor during Establishment of lysogenic cycle

int genas koduoja baltymą integrazę, kuris integruoja DNR į bakterijos chromosomą

represorius prisijungia prie šalia esančių operatorių PR ir PL

Taip yra nuslopinama genų, reikalingų liziniam ciklui, ekspresija

represorius taip pat aktyvina PRM

(Repressor to Maintain the lysogenic cycle)

Tada yra gaminami pakankami represoriaus kiekiai

19

cro baltymas jungiasi prie dviejų operatorių OR ir OL

Prisijungimas prie OL slopina transkripciją nuo PL

Prisijungimas prie OR sukelia keletą pasekmių

1. Slopina transkripciją į kairę nuo PRM

•Tai sustabdo geno cI, koduojančio

represorių, ekspresiją

2. Leidžia neintensyvią transkripciją į dešinę nuo PR

• Tai įgalina O, P ir Q genų transkripciją

Q baltymas yra antiterminatorius, kuris leidžia transkripciją nuo kito

promotoriaus, PR’

PR’ kontroliuoja labai didelį operoną, koduojantį baltymus, reikalingus fago apvalkalėlio susirinkimui, DNR supakavimui ir bakterijos ląstelės lizei

O ir P baltymai yra būtini DNR replikacijai

20

• Pagrindinis vaidmuo apsprendžiant lizinį ar lizogeninį kelia tenka cII baltymui

• cII baltymą lengvai suardo ląstelinės proteazės, kurias gamina E. coli

• Ar šios proteazės bus gaminamos, priklauso nuo aplinkos sąlygų

Pasirinkimą tarp dviejų ciklų lemia ląstelinės proteazės

21

• Jei augimo sąlygos bakterijoms yra labai palankios, tada susidaro dideli viduląsteliniai proteazių kiekiai– cII baltymas yra suardomas

• Todėl PRE nėra aktyvinamas ir nesusidaro represorius

– cro baltymas yra lėtai kaupiamas, kol susidaro didelės jo koncentracijos

• cro baltymas prisijungia prie OR ir slopina represoriaus transkripcija nuo PRM

• Tuo pat metu cro baltymas skatina lizinio ciklo pradžią

• Taigi, palankios aplinkos sąlygos skatina lizinį fago ciklą– Tai suprantama, nes naujų bakteriofagų sintezei reikia

pakankamai didelių maisto medžiagų ir energijos kiekių

22

• Jei maistinių medžiagų nepakanka (bakterijos badauja), ląstelinės proteazės yra santykinai neaktyvios– cII baltymas yra gaminamas žymiai greičiau nei cro baltymas

– cII baltymas “įjungia” PRE • Yra gaminamas represorius

• Aplinkos sąlygos, kurios yra nepalankios bakterijoms augti, skatina lizogeninį bakteriofagų ciklą– Tai prasminga, nes aplinkoje nėra pakankamai maisto medžiagų,

kurios užtikrintų naujų bakteriofagų sintezę

23

• Jei yra pasirinktas lizogenijos kelias, kai kurios aplinkos sąlygos gali jį perjungti į lizinį kelią

• Pavyzdys gali būti apšvita UV spinduliais– recA (ląstelinis baltymas, dalyvaujantis DNR rekombinacijoje)

aptinka DNR pažaidas• Jis aktyvinamas ir tampa proteaze

– Jis suardo represorių ir jį inaktyvina

– Tai įgalina transkripciją nuo PR

– Pradeda kauptis cro baltymas• Pereinama į lizinį ciklą

– Tai naudinga fagui, nes poveikis UV spinduliais gali sukelti tiek pažaidų bakterijos DNR, kad ji au nebesugebės toliau augti ir daugintis

24

• OR srityje yra trys operatoriaus vietos, žymimos OR1, OR2 ir

OR3

– Šios operatoriaus vietos kontroliuoja du promotorius - PR ir PRM, nuo kurių transkripcija vyksta į priešingas puses

• represoriaus baltymas arba cro baltymas gali prisijungti prie bet kurios iš trijų operatoriaus vietų– Šis prisijungimas ir nulemia ar bus įgyvendintas lizogeninis, ar

lizinis ciklas

• Prisijungimas priklauso nuo dviejų kritinių veiksnių– Nuo santykinio reguliuojančių baltymų afiniškumo šioms

reguliacinėms vietoms

– Nuo reguliacinių baltymų koncentracijos ląstelėje

Genetinis jungiklis tarp dviejų ciklų yra OR sritis

25

represoriaus afiniškumas

didžiausias OR1, po to seka OR2, po to - OR3

represorius yra dimeras

cooperative interactionvia

Šis prisijungimas blokuoja transkripciją nuo PR

Lizinis ciklas yra išjungiamas

represorius pirmiausia atsikabina nuo OR3

Cro baltymo afininiškumas

didžiausias OR3, panašiai afiniškas OR2 ir OR1

cro baltymas yra dimeras

Šis prisijungimas blokuoja transkripciją nuo PRM

Lizogeninis ciklas yra išjungiamas

PR nereikia vėlesnėms

lizinio ciklo

stadijoms

26

• Genetiniai jungikliai yra svarbūs bakterijų ir eukariotų vystymuisi

• Tokiu būdu yra reguliuojama– Bakterijų sporuliacija arba vegetatyvinis dauginimasis

– Ląstelių diferenciacijos iniciacija eukariotų vystymosi metu