Johan Dahlin
29da6b83c8
All checks were successful
Deploy Quartz site to GitHub Pages / build (push) Successful in 1m45s
796 lines
15 KiB
Markdown
796 lines
15 KiB
Markdown
## Kontroll av genuttryck i prokaryoter
|
||
|
||
Claes Gustafsson
|
||
|
||
(P)PPO
|
||
|
||
OH
|
||
|
||
OH
|
||
|
||
Deoxiribonukleotider (dNTP) bildas från ribonukleotider (NTP). Detta sker genom att NTP reducerars, d.v.s. förlorar sin OH-grupp i 2' -position.
|
||
|
||
Denna reaktion katalyseras av enyzmet ribonukleotidreduktas (RNR) -finns både hos prokaryoter och eukaryoter.
|
||
|
||
|
||
|
||
Base
|
||
|
||
(P)PPO
|
||
|
||
-0
|
||
|
||
Base
|
||
|
||
## Ribonukleotidreduktas (RNR)
|
||
|
||
promoter operator
|
||
|
||
E
|
||
|
||
D
|
||
|
||
C
|
||
|
||
B
|
||
|
||
A
|
||
|
||
## VAD ÄR EN GEN?
|
||
|
||
-
|
||
|
||
mRNA molecule
|
||
|
||
En nukleotidsekvens i DNA, som krävs för syntesen av ett fungerande protein eller en RNA-molekyl (inkl. tRNA, rRNA etc.)
|
||
|
||
I genen ingår även de reglersekvenser som bestämmer när och hur mycket av genen som skall tillverkas.
|
||
|
||
|
||
|
||
E. coli chromosome
|
||
|
||
gene A
|
||
|
||
• RNA
|
||
|
||
TRANSLATION
|
||
|
||
A
|
||
|
||
A A
|
||
|
||
A A
|
||
|
||
AAAAA
|
||
|
||
AAAAA
|
||
|
||
AAAAA
|
||
|
||
A A A AA
|
||
|
||
protein
|
||
|
||
Figure 7-2 Essential Cell Biology, 4th ed. (© Garland Science 2014)
|
||
|
||
IDNA
|
||
|
||
## Olika gener uttrycks olika mycket
|
||
|
||
RNA
|
||
|
||
|
||
|
||
gene B
|
||
|
||
SONA
|
||
|
||
9000
|
||
|
||
Do0e
|
||
|
||
RNA polymerase holoenzyme
|
||
|
||
## Transkriptionsinitiering
|
||
|
||
Promoter
|
||
|
||
Gene
|
||
|
||
000008
|
||
|
||
|
||
|
||
coding strand template strand
|
||
|
||
Figure 7-6 Essential Cell Biology, 4th ed. (© Garland Science 2014)
|
||
|
||
DNA
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
## Kodande sträng och mall-sträng
|
||
|
||
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
DNA of E. coli chromosome gene b
|
||
|
||
gene c gene f
|
||
|
||
gene g
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
## Båda strängarna i DNA kan används som mall-sträng för RNA syntes. Figure 6-13 Molecular Biology of the Cell 6e (© Garland Science 2015)
|
||
|
||
|
||
|
||
gene a
|
||
|
||
RNA transcripts gene d
|
||
|
||
gene e
|
||
|
||
(A)
|
||
|
||
G
|
||
|
||
G
|
||
|
||
as a template
|
||
|
||
DNA double helix
|
||
|
||
## Vilken sträng i DNA som skrivs av till RNA bestäms av den riktning som RNA-polymeraset rör sig
|
||
|
||
strand as a template
|
||
|
||
(B)
|
||
|
||
5
|
||
|
||
3
|
||
|
||
|
||
|
||
RNA syntetiseras alltid i 5' till 3' riktning.
|
||
|
||
Om man inte vet riktningen som RNApolymeraset rör sig så kan man inte veta vilken sträng som är mall-sträng
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
start site
|
||
|
||
gene
|
||
|
||
/
|
||
|
||
3] DNA
|
||
|
||
## Promotorn bestämmer i vilken riktning RNApolymeraset skall transkribera! terminator template strand 3' 5' POLYMERASE CLAMPS DOWN ON DNA; RNA SYNTHESIS CONTINUES
|
||
|
||
En transkriptionsenhet är den sekvens i DNA som transkriberas till RNA.
|
||
|
||
gene
|
||
|
||
Startar vid promotorn och slutar vid terminatorn.
|
||
|
||
SIGMA
|
||
|
||
FACTOR
|
||
|
||
REBINDS
|
||
|
||
Figure 7-9 Essential Cell Biology, 4th ed. (© Garland Science 2014)
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
stop site
|
||
|
||
|
||
|
||
promoter operator
|
||
|
||
Figure 7-12 Molecular Biology of the Cell 6e (® Garland Science 2015)
|
||
|
||
E
|
||
|
||
D
|
||
|
||
C
|
||
|
||
B
|
||
|
||
A
|
||
|
||
## Hos bakterier kan en transkriptionsenhet bestå av flera gener Man brukar kalla en sådan enhet för ett ' operon '
|
||
|
||
• A
|
||
|
||
|
||
|
||
Det bildas ett långt mRNA som kodar för flera olika proteiner.
|
||
|
||
Gener ger upphov till proteiner involverade i samma metabola ' pathway ' återfinns i samma operon!
|
||
|
||
lac l
|
||
|
||
PO
|
||
|
||
lac Z
|
||
|
||
lac Y
|
||
|
||
lac A
|
||
|
||
I ett bakteriellt mRNA från ett operon finns många startplatser för translation! Vid AUG som skall användas för initiering finns speciella sekvenser i mRNA -s.k. Shine-Dalgarno sekvenser, som hjälper ribosomen att hitta rätt.
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
SD AUG
|
||
|
||
Eukaryotic mRNA
|
||
|
||
5' cap initiation can only occur
|
||
|
||
at first AUG codon downstream of the 5' cap
|
||
|
||
AUG
|
||
|
||
SD AUG
|
||
|
||
SD AUG
|
||
|
||
|
||
|
||
## Hur hittar bakteriellt RNApolymeraset till promotorn?
|
||
|
||
Subunit
|
||
|
||
Gene rpoA
|
||
|
||
гров
|
||
|
||
грос
|
||
|
||
rpoz
|
||
|
||
070
|
||
|
||
rpoD
|
||
|
||
and Company
|
||
|
||
W
|
||
|
||
## E. coli RNA polymeras
|
||
|
||
Number
|
||
|
||
2
|
||
|
||
1
|
||
|
||
1
|
||
|
||
1
|
||
|
||
1
|
||
|
||
Mass (kDa)
|
||
|
||
37
|
||
|
||
151
|
||
|
||
155
|
||
|
||
10
|
||
|
||
70
|
||
|
||
| Berg et al., Biochemistry, 9e, © 2019 W. H. Freeman | Berg et al., Biochemistry, 9e, © 2019 W. H. Freeman | Berg et al., Biochemistry, 9e, © 2019 W. H. Freeman |
|
||
|-------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------|
|
||
|
||
© 2019 Oxford University Press
|
||
|
||
|
||
|
||
- (beta) är den katalytiska subenheten dvs. den som syntetiserar RNA i 5' till 3' riktning
|
||
- (sigma) styr enzymet till promotorn (känner igen en särskild DNA-sekvens!)
|
||
|
||
THE CELL: A MOLECULAR APPROACH 8e, Figure 8.1
|
||
|
||
## Sigma subenheten hjälper RNA-polymeraset att hitta till promotorn och påverkar enzymets allmänna egenskaper
|
||
|
||
|
||
|
||
## Holoenzymet (innehåller sigma)
|
||
|
||
Kan hitta och specifikt binda till en promotor .
|
||
|
||
Binder svagt till icke-specifikt DNA -kräver promotorsekvens för att ' fastna '.
|
||
|
||
Hittar promotorn 10,000 gånger snabbare än kärnenzymet.
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
## Kärnenzymet (saknar sigma)
|
||
|
||
Innehåller alla de subenheter av RNApolymeras om behövs för syntes av RNA.
|
||
|
||
Binder starkt till icke-specifikt DNA.
|
||
|
||
Har mycket svårt att hitta promotorer.
|
||
|
||
'
|
||
|
||
+
|
||
|
||
|
||
|
||
ana
|
||
|
||
00
|
||
|
||
00
|
||
|
||
THE CELL: A MOLECULAR APPROACH 7e, Figure 8.3 (Part 1)
|
||
|
||
© 2016 Sinauer Associates, Inc.
|
||
|
||
Polymerase bound
|
||
|
||
## Bakteriellt RNA-polymeras glider längs DNA och letar efter en promotor. xanaxmana 000
|
||
|
||
Specific binding of a to
|
||
|
||
-35 and -10 promoter sequences
|
||
|
||
|
||
|
||
-35
|
||
|
||
-10 +1
|
||
|
||
3'
|
||
|
||
start site
|
||
|
||
promoter
|
||
|
||
→
|
||
|
||
Efter initiering släpper sigma-faktorn och RNApolymeraset fortsätter på egen hand.
|
||
|
||
POLYMERASE CLAMPS DOWN ON DNA;
|
||
|
||
RNA SYNTHESIS CONTINUES
|
||
|
||
TERMINATION AND RELEASE OF
|
||
|
||
BOTH POLYMERASE AND
|
||
|
||
COMPLETED RNA TRANSCRIPT
|
||
|
||
gene
|
||
|
||
5'
|
||
|
||
Figure 7-9 Essential Cell Biology, 4th ed. (© Garland Science 2014)
|
||
|
||
growing RNA transcript gene
|
||
|
||
/
|
||
|
||
SIGMA
|
||
|
||
FACTOR
|
||
|
||
REBINDS
|
||
|
||
stop site
|
||
|
||
|
||
|
||
Sigma factor
|
||
|
||
054
|
||
|
||
038
|
||
|
||
032
|
||
|
||
,28
|
||
|
||
024
|
||
|
||
Gene rpoD
|
||
|
||
rpoN
|
||
|
||
Function
|
||
|
||
## Det finns sju olika sigma-subenheter som reglerar olika typer av gener
|
||
|
||
Gör det möjligt för bakterien att reglera uttryck av gener -kan välja att slå på eller av olika kombinationer av gener, beroende på situationen.
|
||
|
||
Det finns särskilda sigma faktorer för snabb tillväxt, för att skydda mot värmeshock, för att stimulera rörelse etc.
|
||
|
||
extreme heat stress (1)
|
||
|
||
dicitrate transport (26)
|
||
|
||
| regulation of the fec genes for iron |
|
||
|----------------------------------------|
|
||
|
||
fecl
|
||
|
||
DNA
|
||
|
||
Activator binding site
|
||
|
||
Repressor binding site
|
||
|
||
[Promoter Operator
|
||
|
||
## Aktivatorer och repressorer
|
||
|
||
Figure 28-6
|
||
|
||
Lehninger Principles of Biochemistry, Sixth Edition
|
||
|
||
Nära promotorn finns bindningsplatser för proteiner som kan stimulera (aktivatorer) och stänga av (repressorer) transkription av alla dessa gener.
|
||
|
||
|
||
|
||
B
|
||
|
||
C
|
||
|
||
11.
|
||
|
||
RNA polymerase
|
||
|
||
## I ett typiskt operon återfinns en 'operator'.
|
||
|
||
P
|
||
|
||
Gene 1
|
||
|
||
Gene 2
|
||
|
||
Gene 3
|
||
|
||
## Detta är en DNA-sekvens till vilken en repressor kan binda för att blockera initiering av transkription.
|
||
|
||
(ONA where repressor binds)
|
||
|
||
$ n mRNA made
|
||
|
||
|
||
|
||
mRNA
|
||
|
||
## Tryptofan-operonet
|
||
|
||
- kodar för genprodukter som behövs för att bilda tryptofan
|
||
|
||
Trp operon
|
||
|
||
## Tryptofan-operonet kodar för genprodukter (enzymer) som behövs för att bilda aminosyran tryptofan DNA
|
||
|
||
trpE
|
||
|
||
trpD
|
||
|
||
trpC
|
||
|
||
trpB
|
||
|
||
trpA
|
||
|
||
~
|
||
|
||
(where repressor binds)
|
||
|
||
Operator
|
||
|
||
|
||
|
||
LOW TRYPTOPHAN:
|
||
|
||
## Finns det lite tryptofan i omgivningen så behöver operonet uttryckas.
|
||
|
||
Trp repressorn kan inte binda till operatorn och blockera transkription
|
||
|
||
P
|
||
|
||
TrpE
|
||
|
||
trpD
|
||
|
||
I trpC || trpB |trpA
|
||
|
||
DNA
|
||
|
||
|
||
|
||
HIGH TRYPTOPHAN:
|
||
|
||
## Finns det mycket tryptofan i omgivningen så behöver inte dessa enzymer uttryckas.
|
||
|
||
Trp repressorn binder till operator-sekensen och blockerar transkription
|
||
|
||
* >
|
||
|
||
trpD
|
||
|
||
P
|
||
|
||
trpE
|
||
|
||
trpc trpB|/trpA
|
||
|
||
|
||
|
||
DNA
|
||
|
||
## Tillgången på tryptofan reglerar tryptofanrepressorns aktivitet! tryptophan
|
||
|
||
GENES ARE ON
|
||
|
||
|
||
|
||
När E coli har god tillgång på tryptofan i mediet, binder det till repressorn och orsakar en konformationsförändring så att repressorn kan binda till operatorn.
|
||
|
||
Tryptofan fungerar som behövs för att repressorn skall vara aktiv!
|
||
|
||
## Lac-operonet - kodar för genprodukter som
|
||
|
||
## behövs för att bryta ner laktos
|
||
|
||
## Glukos är förstahandsvalet som energikälla i bakterier.
|
||
|
||
När det finns mycket glukos i cellerna är alternativa sockerkällor avstängda så att cellen huvudsakligen förbränner glukos.
|
||
|
||
När det finns lite glukos i cellen kan arabinos, laktos eller andra sockermolekyler användas som energikällor.
|
||
|
||
Förklarar varför Lac-operonet i normalfallet är avstängt! Vill endast slås på när glukos saknas! Och endast i de fall det finns laktos att tillgå!
|
||
|
||
The lac operon:
|
||
|
||
## Vid reglering av Lac-operonet samverkar en aktivator och en repressor lacz lacY lacA
|
||
|
||
polymerase binding I+
|
||
|
||
CAP är en blocks RNA
|
||
|
||
polymerase
|
||
|
||
|
||
|
||
Två krav för transkription av Lac-operonet!
|
||
|
||
1. Ingen repressor bunden till operatorn!
|
||
2. Ett aktivatorprotein (CAP) som stimulerar initiering av transkription!
|
||
|
||
bound activator protein
|
||
|
||
binding site
|
||
|
||
RNA polymerase
|
||
|
||
## Aktivatorer stimulerar transkription
|
||
|
||
|
||
|
||
Underlättar inbindning av RNA-polymeras.
|
||
|
||
Kan öka transkriptionsnivån mer än 1000 gånger.
|
||
|
||
Vissa aktivatorer behöver en mindre molekyl, en så kallad co-aktivator som binder till aktivatorn för att den skall vara aktiv.
|
||
|
||
e
|
||
|
||
an
|
||
|
||
No lactose:
|
||
|
||
## I närvaro av laktos så bildas allolaktos. Binder till repressorn och får den att släppa operatorn.
|
||
|
||
CAP site
|
||
|
||
Operator lacz lacy lacA
|
||
|
||
- Repressor
|
||
|
||
RNA Polymerase se
|
||
|
||
Observera skillnaden till trpoperonet!
|
||
|
||
lacZ lacy lacA
|
||
|
||
Lac-repressorn släpper operatorn när laktos finns närvarande i mediet. På det viset blockerar den inte längre transkription. Repressor
|
||
|
||
(vid trp-operonet fick tryptofan repressorn att binda!).
|
||
|
||
|
||
|
||
O
|
||
|
||
Low glucose:
|
||
|
||
N
|
||
|
||
N°
|
||
|
||
cAMP
|
||
|
||
## Hur regleras aktiviteten hos aktivatorn, d.v.s. proteinet CAP? Promoter N
|
||
|
||
CAP
|
||
|
||
I frånvaro av glukos så bildas molekylen cAMP.
|
||
|
||
lacz high transcription
|
||
|
||
Binder till CAP, vilket får proteinet att fungera som en aktivator.
|
||
|
||
CAP
|
||
|
||
|
||
|
||
Operator lacz
|
||
|
||
low transcription
|
||
|
||
Cykliskt adenosinmonofosfat 'cAMP' signalmolekyl med många funktioner!
|
||
|
||
|
||
|
||
NH2
|
||
|
||
Aktivatorer och repressorer samverkar för att få reglerat genuttryck!
|
||
|
||
Hur kan aktivatorn (CAP) samverka med repressorn för att få reglerat genuttryck från lac-operonet?
|
||
|
||
Glucose present, lactose absent:
|
||
|
||
## I närvaro av glukos används inte lac-operonet. Även om laktos finns i omgivningen!
|
||
|
||
CAP site
|
||
|
||
Operator lacz
|
||
|
||
RNA Polymerase Repressor
|
||
|
||
Glucose present, lactose present:
|
||
|
||
CAP
|
||
|
||
Glukos är alltid bakteriens förstahandsval!!
|
||
|
||
CAP site
|
||
|
||
Operator
|
||
|
||
RNA Polymerase
|
||
|
||
Repressor
|
||
|
||
|
||
|
||
Glucose absent, lactose absent:
|
||
|
||
## I frånvaro av glukos slås lac-operonet på! Men bara om det finns laktos i omgivningen!
|
||
|
||
CAP site
|
||
|
||
Operator lacz
|
||
|
||
## RNA Polymerase Repressor
|
||
|
||
Glucose absent, lactose present:
|
||
|
||
cAMP
|
||
|
||
CAP
|
||
|
||
CAP site lacY
|
||
|
||
lacA
|
||
|
||
|
||
|
||
RNA Polymerase
|
||
|
||
## Antibiotika
|
||
|
||
- För biologer är det ämnen som producerats av levande organismer i syfte att hålla andra organismer borta.
|
||
- Inom medicinen kan dessa medel användas för att. behandla infektioner, men också vid cancersjukdom.
|
||
|
||
## Principer för antibiotikas effekt -två exempel 1. Blockera initiering av transkription
|
||
|
||
|
||
|
||
Rifampicin binder till beta-subenheten i det bakteriella RNA polymeraset och blockerar elongering.
|
||
|
||
Används t.ex. vid behandling av tuberkulos
|
||
|
||
(A)
|
||
|
||
(B)
|
||
|
||
N-MeGly
|
||
|
||
D-Val
|
||
|
||
D-Val
|
||
|
||
## Principer för antibiotikas effekt -två exempel 2. Interkalation Thr
|
||
|
||
Actinomycin lägger sig mellan basparen i DNA.
|
||
|
||
Berg et al., Biochemistry, 9e, © 2019 W. H. Freeman and Company
|
||
|
||
'interkalation'
|
||
|
||
Stör t.ex. Transkription och DNA replikation
|
||
|
||
Används vid cancerbehandling t.ex. ovarialcancer
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
Pro
|
||
|
||
Pro
|
||
|
||
## Det finns speciella virus som bara infekterar bakterier -Bakteriofager
|
||
|
||
Icosahedral phage
|
||
|
||
(corticovirus)
|
||
|
||
|
||
|
||
## Bakteriofager infekterar bakterien och utnyttjar cellen för att skapa många nya kopior -bakterien dödas i en s.k. lytisk cykel
|
||
|
||
E. coli cell
|
||
|
||
|
||
|
||
ox xxx
|
||
|
||
MRNA COVID VACCINES
|
||
|
||
## Bakteriofag T7 RNA-polymeras används i ren form för att producera mRNA-vacciner mot t.ex. COVID. COVID
|
||
|
||
spike protein
|
||
|
||
Human cell
|
||
|
||
 |