PROKARYOTLARDA GEN EKSPRESYONU ve REGÜLASYONU (Genlerin Gen Ürünlerine Dönüşümünü Kontrol Eden Süreçler)
Nihal EYVAZ (050559015) Şerife OKAY (050559025) Prof. Dr. Figen ERKOÇ Gazi Eğitim Fakültesi
Gen ekspresyonunun düzenlendiği evreler: 1.Kromatin domain leri 2.Transkripsiyon 3.Post-transkripsiyonel modifikasyon 4.Translasyon 5. mrna yıkılması 6. Post-translasyonel modifikasyon
Sürekli olarak yapılan bir ürünün üretiminin baskılanması BASKILANABILIR SİSTEM (genellikle hücre bir ürünü üretir ancak ürüne ihtiyacı yoksa üretimi durdurur). Sürekli üretilmeyen bir ürünün yapımının indüklenmesi ile olan İNDÜKLENEBİLİR SİSTEM (hücre söz konusu ürünü yalnızca ihtiyacı olduğunda üretir). Örneğin DNA hasar enzimlerini kodlayan genlerin miktarının yalnız DNA hasarında artması gibi.
Gen ekspresyon sistemleri: POZiTiF ya da NEGATiF kontol altında çalışabilir, ve her tip genelde İNDÜKLENEBiLiR ya da BASKILANABiLiR sistemlerle bağlıdır.
GEN EKSPRESYONU nun Düzenlenmesi Escherichia coli enerji kaynağı olarak glukozu tercih eder, glukoz olmadığında laktozu da kullanabilir. Laktoz metabolizması için üç enzim gereklidir. varlığı, bu enzimlerin üretimini Laktozun uyarır. Laktoz bir aktivatördür. Üretilen enzimler, aktive edilendir.
OPERON - Nedir? Gen ifadesinin transkripsiyon düzeyinde düzenlenmesi için operon modeli tanımlanmıştır. Operon, tek promotor un kontrolu altında bulunan ve çok sayıda genin (cluster) ifadesini düzenleyen bir sistemdir.
Escherichia coli nin lac Operonu
Laktoz yokluğunda İndüklenebilen bir sistem olan lac Operon unun gösterilişi-resim 1
Laktoz varlığında İndüklenebilen bir sistem olan lac Operon unun gösterilişi-resim 2
Laktoz olmadığı zaman sistem kapatılır. Lac operonunun negatif kontrolu
Represör ün transkripsiyonu bloke etmesi
Ortamda laktoz varsa sistem açılır. Lac operonu nun pozitif kontrolü.
Represör protein regülatör gen tarafından kodlanır. lac represörünü kodlayan regülatör gen, indüklenebilen bir gendir (i gen). i geni lac yapısal genin yanında yerleşiktir; ancak, regülatör genlerin tümü kontrol ettikleri operonunun hemen yanında olmayabilir.
Yapısal gen, protein molekülünün primer yapısını (amino asit sekansını) belirler. Laktoz metabolizması ile ilgili üç yapısal gen, Escherichia coli kromozomu üzerinde, birbirine bitişik olarak bulunur. Tek bir promoter RNA polimeraz a bağlandığında, her üç gen birlikte transkripsiyona başlarlar. Bu enzimlere gerek duyulmadığında mrna sentezi durdurulur.
Promotor ve yapısal geninin operatör geni arasına bir engel yerleştirilerek transkripsiyon durdurulur. Özgül bir protein (represör) operatöre bağlanırsa, bir engel oluşturulur ve RNA polimeraz bloke edilir, transkripsiyon durur. Represör operatöre bağlanmaz ise, mrna sentezi devam eder. Yapısal genler ve onları kontrol eden genlerin tümüne operon denir.
Özet: Uyaran (laktoz) yoksa, lac geni kapalıdır. Düzenleyici protein (represör) operonu kapalı tutar. i geni represörü üretir. Operator ve promoter, regülatör gen için bağlanma yerine sahip DNA sekansıdır. Ortama laktoz (aktivatör) eklenirse operon açılır.
TRİPTOFAN OPERONU Escherichia coli de yapısı aydınlatılan diğer bir operon modeli de triptofan operon modelidir. Protein sentezi için triptofan gerektiğinde bu amino asidin sentezinden görevli beş enzim aynı mrna üzerinden sentezlenir. (trpa-e) İnsan için triptofan esansiyel bir amino asittir.
A-YAPISAL GENLER trpa-e kodlayıcı genleridir. Lider bölge (trpl) trpa-e kodlayıcı genleri ve operatör bölge arasında yerleşmiştir. trpl geni içinde ise attenuator bölge (att) yer alır. B- REGÜLATOR GEN TrpR (repressor protein geni) promotorun upstream bölgesindedir. C-OPERATÖR- repressör proteinin bağlandığı bölgedir. D- Co-Repressor triptofan dır. Hücrede trp fazla olduğunda bir kısmı serbest olan REGÜLATOR Proteine (R) bağlanır ve onu aktive eder.
Hücrede Trp varsa,
Hücrede Trp varsa Hücrede trp varsa, trp nın bir kısmı serbest olan trpr geni ürünü REGÜLATOR PROTEİN e (R) bağlanır ve onu aktive eder R-trp kompleksi trp operatorüne karşı yüksek affiniteye sahiptir. İlişki kurduklarında, RNA polimerazın etkileşimini bloke ederler ve transkripsiyonu durdururlar. operon kapatılır. Operonun ürününün (trp) üretimin baskılanmasında sorumlu olması sebebiyle triptofan bir korepressor dür.
Hücrede Trp konsantrasyonu çok azaldığında;
Hücrede Trp konsantrasyonu çok azaldığında; Trp, regulator proteinden ayrılır. naked R proteini operatöre karşı olan affinitesini kaybeder ve ayrılır. RNA polimeraz operonla yeniden ilişki kurar (bağlanır) ve beş genin kodladığı enzimler transkribe olur.
Secondary structure Sinyal Paired region 1-2 Paired region 2-3 Paired region 3-4 pause anti-termination termination
1.Ortamda triptofan miktarı fazlaysa
2.Ortamda hazır bulunan tirptofan yetersizse;
Baskılama; R geninden mrna ve daha sonra represör protein sentezlenir. Ortamda triptofan varsa, triptofan represör proteine bağlanır. Bağlanma gerçekleştikten sonra represör proteinin konformasyonunda değişme meydana gelir. Böylece represör protein operatör bölgeye bağlanabilir hale gelir. Oluşan kompleksin bağlanması yapısal genlerin transkripsiyonunu engeller.
Ortamda triptofan yoksa represör proteine bağlanıp konformasyonu değiştirecek triptofan bulunmadığından, bağlanma gerçekleşmez. Represör protein, operatör bölgeye bağlanamadığından yapısal genler şifrelenir ve triptofan sentezinden sorumlu beş enzim sentezlenir.
E. coli triptofan operonu nun indüklenme ve baskılanma mekanizması
1. Yrd. Doç.Dr. Erdal Balcan, Celal Bayar Üniversitesi, Moleküler Biyoloji Ana Bilim Dalı, 2008 2009 Seçmeli Dersi Notları. 2. Alberts, B, Johnson, A, Lewis, J, Raff, M, Roberts, K, Walter, P. (2008). Molecular Biology of the Cell, 5th ed. (QH 581.2 MOL ALB) 3. Nelson, DL, Cox, MM. 2006 Lehninger Principles of Biochemistry, 4th ed. W. H. Freeman Co. (QU4 NEL 2006) 4. http://www.istanbul.edu.tr/fen/mbg/notlar/1212410743.ppt (moleküler biyoloji ders notları) 5. http://www.mustafaaltinisik.org.uk/89-1-16.pdf 6. Laktoz ve triptofan operonlarının işleyişi ile ilgili animasyonlar http://highered.mcgrawhill.com/sites/dl/free/0072437316/120060/ravena nimation.html