Hengge VL2: bakterielle Signaltransduktion - ein/zwei Komponenten Systeme Flashcards
Signaltransduktion
Kontrolle der TF Aktivität als Antwort auf umwelt/zellsignale
Dynamische Veränderung der genexpression
De Novo Expression
Neuexpression eines Regulatorgenes
Kontrolle durch Allosterie
Bindung eines kleinen Moleküle an Regulator Protein ( einKomponenten system)
Konformationsänderung
Kontrolle durch einen Antagonist
Bindung eines anderen Proteins
Kontrolle durch chemische modifikation
Phosphorylierung oder Disulfid-bindeformation des Regulators (Zweikomponenten System)
Weitere kontrollmechanismen
Proteolytische Prozessierung des Regulators
Sequestration des Regulators
Export des Regulators
Wodurch werden operons kontrolliert?
Durch gemeinsamen Regulator
Was sind operons?
Funktionseinheit aus Promotor, Operator und mehreren Genen, die Proteine mit verwandten Funktionen kodieren.
Haben einen gemeinsamen Promoter-> werden als Einheit transkribiert
Binden Aktivatoren und repressoren -> negative, positive Kontrolle eines operons
Einkomponeneten system
Regulator hat eine sensor domäne (SD), die mit dem Molekül interagiert, das in die Zelle eindringt
Zweikomponenten system = TCS
Der sensor phosphoryliert das Regulator Protein
In Bakterien:
- viele verschiedene für verschiedene Signale zB kleine Moleküle, mebranänderungen
Benötigt für:
- traskriptionsregulation
- enzym aktivität
- chemotaxis
Second Messenger signal
Sensor generiert ein kleines molekül(=Second messenger), das an den Regulator (effektor) bindet
Repression der enzym synthese
Zum Beispiel Arg operon wird ausgeschaltet, wenn die enzyme für die argininsynthese nicht mehr gebraucht werden, zb bei argininzugabe zum medium
Lac operon
Inducer, der zur Inaktivierung des repressors führt
- kodiert beta-galactosidase (lacZ), Lactose permease (lacY)
- lacL = lac-repressor
- Glucose reguliert das lag operon
Lac operon Expression benötigt:
Lactose und viel cAMP-CRP
Derepression der enzym synthese
Beta-galactosidase wird nur induziert, wenn benötigt zb nach lactose zugabe
Maltose operon
Inducer, der gene aktiviert
Beispiel für genaktivierung durch Bindung eines Second messengers an regulator
cAMP-CRP
cAMP-CRP
- CRP bildet Dimere
- CRP bindet an den second messenger cAMP, welcher produziert wird wenn Glucose nicht länger gebraucht wird
- cAMP-CRP = aktive Form, die an operon, am DANN, bindet
- cAMP-CRP = globaler TF, kontrolliert mehr als 100 gene
Phylogenetische Verteilung von TCS
- in Bakterien
- niederen Eukaryoten
- pflanzen
- NICHT in Tieren
Einsatzgebiete von TCS
- Nährstoff limitation
- Veränderungen der osmolarität
- redoxstatus der Atmungskette
Physiologische Funktionen von TCS
- stressantwort und Adaptation
- chemotaxis
- Entwicklung
- virulence
Struktur und Funktion von TCS
Hoch konservierte domänen:
- Transmitter domäne SK
- receptor domäne RR
Variable domäne:
- sensor domäne SK (oft membranständig mit extrazellulären UEs)
- Output domäne RR (fungieren als TFs, Enzyme)
Phosphorelay systeme
- serieller phosphotransfer, oft in hybrid sensor kinasen
- oft reversibel
- sigmoidaler reaktionsverlauf
- homodimere in trans
Struktur und Funktion von his sensor kinasen
Domänen einer typischen SK:
- Sensordomäne in der Membran
- Linker / HAMP Domäne
- transmitter domain
Eine transmitterdomäne besteht aus:
- Phosphorylierungsstelle: die konservierte His (H-box)
- konservierte ATP-Bindestelle, zB Dimerisation domain catalytic domain/Kinase
Histidin sensor kinasen: aufbau
Sensor - autokinase -rezeptor - his Transfer Domänen
Aufbau von antwort regulatoren (Respone regulators RR)
Rezeptor - Output domäne
Struktur und Funktion von antwort regulatoren
- hochkonservierte Rezeptordomäne
- linker
- Ausgangs-(output)domäne - normalerweise mit einem DNA-bindenden HTH motiv
Wie sieht eine receptor domäne aus?
A receiver domain:
• besteht aus 5 alternierenden α helices and 5 β stränge (about 120 AS)
• enthält Asp (in position 54-58), welche mit anderen hochkonservierten AS eine saure Tasche bilden an der Mg++ bindet
• katalysiert den Phosphotransfer von SK zum eigenen Asp Überrest
• verändert die Konformation bei Phosphorylierung
Wie kommunizieren rezeptor und Ausgangs- (output)domäne?
- phosphorilyierung induziert eine konformationsänderung an der Oberfläche, alpha3-beta4-alpha4-beta5
- Oberfläche wechselt von sauer zu hydrophob
- > Veränderung der Interaktionen mit anderen Domänen und proteinen
Kontrolle der Output Domänen Aktivität durch phosphorilyierung der rezeptor domäne
- intramolekulare hinderung
- dimerisierung und oligomeristation kann DNA Bindung stabilisieren
- Interaktion mit rnap kann transkription aktivieren
Antwort auf Osmolarität signale
- regulation der Poren Expression in E. coli
- [ OmpF] hoch bei niedriger Osmolarität -[ OmpC] hoch bei hoher Osmolarität
reguliert von:
- EnvZ (membranständigeSK)
- OmpR (DNA bindende und transkription aktivierende RR)
Abschalten von TCS
- wenn Stimulus weg, Dephosphorylierung von sensorkinase und Antwort regulator
- SK schalten zu einer Autophosphataseakivität bei Abwesenheit vom Stimulus
- RR haben auch eine Autophosphataseaktivität, welche mit der verwandten SK-Stelle interagiert
Abschalten von phosphorelays
Rückläufiger phospho-fluss zur primären Transmitter domäne, die dann phosphoryliert
Repression beim arg Operon
Ein Repressor wird durch einen kleinen Kernrepressor aktiviert.
