Transcriptional Regulation (Prokaryote) Flashcards
1
Q
Hvorfor er transkripsjon regulert?
A
- Det er for å sørge for at hver og en celle tilpasser seg miljøet og utgjør ulike oppgaver.
- To celler med identiske genom kan transkribere forskjellige gener.
2
Q
Hva er housekeeping gener?
A
- Gener som transkriberes kontinuerlig i alle celler -> vedlikeholder basic cellulær funksjon.
- Er ikke avhengig av regulatorer.
3
Q
Hva er regulated gener?
A
- Gener som transkriberes til et spesifikk intra- eller extra- cellulæret signal (som hormon, vekst faktor, UV,…).
- De blir transkribert i en gitt cellulær type, som neuron, muskel, nerve, osv
- Er strengt avhengig av regulatorer.
4
Q
Hvordan blir den cellulære (vev) identiteten bestemt?
A
- Det bestemmes av den tidsmessige og lokalisert transkripsjon av spesifikke gener under utvikling.
- Transkripsjon regulerings defekt under utvikling, leder til dramatiske forandringer i organismen.
5
Q
Hva er det basale transkripsjon maskineriet? I både euk og pro
A
- Transkripsjon maskineri som er nødvendig for alle gener = RNAP + initiering faktorer -> Binder til promoter.
- Prokaryote: RNAP kjærne + σ-faktor
- Eukaryote: RNAP + generelle transkripsjon faktore (GTF).
6
Q
Hva er transkripsjonel regulatorer?
A
- Binder til spesifikke gener på spesifikke regulatoriske sekvenser.
- Regulerer aktiviteten av det basale maskineriet på gener som er regulert av spesifikke signaler.
- Refulatorer har størst effekt på initierings steget.
7
Q
Hvordan er den generelle reaksjonsveien for transkripsjon regulering?
A
Signal -> Regulatorerer -> Basal maskinerin -> regulering av transkripsjon
8
Q
Hva gjør regulatorer?
A
- Påvirker hvor mange RNA kopier som blir transkribert.
- Regulerer initiering av transkripsjon -> dette er fordi det er den mest energi effektive måten å regulerer genprodukt på. (Koster mindre å regulere 1 gen enn 1000 syntetisert mRNA).
9
Q
Hva kan transkripsjon regulatorer være?
A
- Activators: stimulere transkripsjon
- Repressors: forhindre transkripsjon
10
Q
Hvordan kan regulatorere påvirke RNAP binding til promoter?
A
- Repressor kan binde til promoter og forhindre RNAP binding til promoter
- Aktivator kan binde til aktivator-bindesete og dermed rekruttere og stabilisere RNAP -> kooperativ binding
- RNAP kan binde effektiv til noen promotere men forblir inaktiv -> trenger aktivator for å trigge åpen kompleks konformasjon -> allosterisk regulering.
- Noen repressorer bruker allosteri for å inhibere formasjon av åpen kompleks.
11
Q
Hvordan kan regulatorer påvirke gener fra lang avstand?
A
- Ved at de trigger formasjon av en DNA loop.
- I bakterier: få og korte DNA loops
- I eukaryote: mange og lange DNA loops
- DNA-bending proteiner kan fasilitetere/stabilisere formasjon av DNA loops.
12
Q
Hvordan bruker E.coli ulike karbon kilder?
A
- Ved lac-operon
- Kan bruke både glukose og laktose som karbon kilde, men glukose er enklere å forbruke.
- E.coli har Diaxuic vekst = vekst i to faser når både glukose og laktose i vekstmediet. Glukose er brukt først, deretter laktose. Under lag fase er genene involvert i laktose metabolisme aktivert og laktose kan bli brukt.
13
Q
Hva er lac gener?
A
- Det er 3 gener (lacZ, lacY, lacA) som er involvert i laktose metabolisme. Genene er lokalisert ved siden av hverandre og danner lac operon.
- Lac promoter kontrollerer transkripsjonen av de 3 genene til et unikt polycistronic mRNA.
14
Q
Hva er produktet til lac operon?
A
- lacZ koder β-galactodiase -> kløyver laktose til glukose + galaktose.
- lacY koder laktose permease -> transp. av laktose inn til cellene.
- lacA koder thiogalactoside transacetylase -> fjerner toksisk thiogalactosider som entrer cellene med laktose.
15
Q
Hvilke to regulatorerer regulerer lac operon?
A
- aktivator CAP (Catabolite Actviatior Protein) også kjent som CRP.
- Lac repressor.
- Begge regulatorerer binder spesifikk til DNA sekvenser i lac promoter.
- > CAP binder til CAP sete.
- > Lac repressor binder til operator.
16
Q
Hvordan reguleres lac genene av CAP og Lac repressor?
A
- Lac repressor formidler signalet «fravær av laktose -> ingen laktose.
- CAP formidler signalet «fravær av glukose» -> ingen glukose.
17
Q
Hvordan er det regulatoriske maskineriet for lac operon?
A
- Om både glukose og laktose er tilstede -> ingen CAP eller Lac repressor binding -> basal transkripsjon nivå.
- Fravær av laktose -> Lac repressor binding -> ingen transkripsjon.
- Fravær av glukose -> CAP binding -> full aktivering av transkripsjon.
18
Q
Hvordan påvirker Lac repressor binding av RNAP?
A
- De konkurrerer om promoteren.
- Operator overlapper med RNAP bindings område.
- Lac repressor forhindrer RNAP loading på promoter.
19
Q
Hvordan påvirker CAP binding av RNAP på promoter?
A
- Ingen UP elementer og svak -35 element på Lac promoter -> svak RNAP binding.
- CAP har et DNA bindings domene (DBD) og et aktiverings domene (AD).
- CAP virker som et UP element.
- CAP binder til CAP sete via DBD og interagerer med αCTD på RNAP, dette stabiliserer RNAP på promoteren -> som igjen gir transkripsjon (kooperativ binding).
20
Q
Hvordan binder CAP og Lac repressor til DNA?
A
- De binder veldig likt (selv om de har helt ulik funksjon) -> de binder til DNA på inverse repeat sekvenser.
- Hver repeat er et bindingssete for en monomer som inneholder en helix-turn-helix motiv.
- > 1 α helix binder til major groove på en sekvens spesifikk måte -> recognition helix.
- > 1 α helix interagerer med DNA backbone.
21
Q
Hvordan kan allosterisk regulering av Lac repressor komme av laktose signal?
A
- Via allosterisk regulering som kommer fra lav ekspresjon av laktose metabolisme enzymer (leaky transcription).
- β-galactosidase konverter laktose til allolaktose -> allolaktose binder til Lac repressor -> endrer konformasjon på DBD -> Lac repressor binder ikke mer til promoter -> full transkripsjon av Lac operon.
22
Q
Hvordan kan allosterisk regulering av CAP komme av glukose signal?
A
- Glukose inhiberer enzymet Adenylate cyclase som konverer ATP til cAMP.
- > høy kons. glukose = lav kons. cAMP
- > lav kons. glukose = høy kons. cAMP
- cAMP binder til CAP -> allosterisk effekt -> konformasjonendring på DBD -> CAP binder til CAP sete -> full transkripsjon av Lac operon.
23
Q
Hvordan kan Lac operon bli brukt av molekylær biologer?
A
- Bruker Lac operator for å prod. rekombinante proteiner.
- IPTG er brukt for å mimikere allolaktose.
- E.coli genom er forandret sånn at IPTG induserer ekspresjon av T7 polymerase.
- Plasmid som inneholder genet som koder for rekombinant protein under kontroll av T7 promoter -> T7 polymerase binder til T7 promoter pga IPTG -> ekspresjon av rekombinant protein.
24
Q
Når er σ32 uttrykt?
A
- Under heat shock -> dirigerer RNAP til gener som responderer på heat shock med spesifikk promoter sekvens.
25
Hvilken σ-faktor er involvert i nitrogen metabolisme?
- σ54 diregerer RNAP til gener som er involvert i nitrogen metabolisme.
- σ54 stabileserer lukket kompleks (av RNAP) til promoter på glnA gen -> ingen transkripsjon
- Lavt nitrogen nivå trigger binding av aktivator NtrC til bindingssete 150bp upstream for promoter -> NtrC interagerer med σ54 -> dannelse av DNA loop -> ATPase aktivitet på NtrC -> konformasjons endring -> åpen kompleks formasjon -> transkripsjon av glnA.
26
Hvordan er kvikksølv metabolisme i bakterier?
- merT er et gen som er involvert i respons til Hg2+.
- merR er en aktivator konstant bundet til merT promoter.
• ingen Hg2+ -> MerR sørger for at -10 element forblir ikke aligned rett med -35 element -> σ70 kan binde men inne aktivere RNAP.
• Hg2+ -> MerR konformasjonsendring -> DNA twisting -> rett alignment av -10 og -35 element -> transkripsjon av merT.
27
Hvordan er reguleringen av araBAD operon ved aktivator AraC?
- araBAD operon er aktivert i respon til arabinose ved aktivator AraC.
• ingen arabinose: AraC dimer binder til bindingssete I1 og araO2 -> ingen RNAP rekruttering.
• arabinose: allosterisk forandring av AraC -> dimer binder nå til bindingssete I1 og I2 -> transkripsjon av araBAD gener.
