Samenvatting zelfstudie 5

Moleculaire biologie Prof. Dr. Van Camp
2e Ba BMW




Zelfstudie opdracht: Transcriptionele regulatie in bacteriën

Bespreek de functie van de verschillende soorten regulatorische transcriptie factoren en ‘small
effector molecules’.

Regulatorische transcriptie factoren: proteïnen die binden aan DNA in de omgeving van een promotor en
zo de snelheid van de transcriptie, van één of meerdere nabijgelegen genen, beïnvloed
 Opgebouwd uit twee sites
o Site waar proteïne bindt aan het DNA
o Site waar de small effector moleculen kunnen binden


Small effector moleculen: spelen vaak een kritieke rol in transcriptionele regulatie
Het bindt aan regulatorische transcriptie factoren er veroorzaakt zo een conformationele verandering in de
proteïne
 Indien het small effector molecule niet aanwezig is bindt de repressor wel aan de operator
(bij positieve controle) of juist niet (bij negatieve controle)
o Door conformationele wijzigingen kan RNA-polymerase niet of juist wel binden
aan de promotor

Beschrijf hoe het lac-operon1 is opgebouwd en bespreek de functie van de verschillende regio’s.

Bevat de genen voor proteïnen die toelaten dat lactose gemetaboliseerd kan worden
Promotor lacP transciberen drie structurele genen: lacZ, lacY en lacA
 lacZ: codeert voor bèta-galactosidase
o enzyme dat breekt in lactose, maar ook in kleine hoeveelheden allolactose vormt
 alactose als belangrijke molecule in de regulatie van het lac-operon
 lacY: codeert voor lactose permease
o zorgt voor transport van lactose in het cytoplasma van het bacterie
 membraanproteïnen voor vereist
 lacA: codeert voor galactoside transacetylase
o bindt covalent en modificeert zo lactose en lactose analogen door het toevoegen van
een acetylgroep (-COCH3)
-> zou de toxische factor van lactose in het cytoplasma tegengaan
Twee regulatorische regio’s: de operator en de CAP-site
 operator (lacO)-site: sequentie van nucleotiden dat respressorgenen een bindingssite geeft
 cap-site: DNA-sequentie herkent door een activatorproteïne

lacI-gen dat altijd uitgedrukt wordt in heel kleine hoeveelheden = regulatorisch gen
 kent een eigen promotor (i promotor)
 reguleert de expressie van andere genen
 officiëel geen onderdeel van het lac-operon

Bespreek de negatieve controle van het lac-operon.

1
Geclusterde genen die onder transcriptionele controle staan van één promotor
1
ZSO 5: Transcriptionele regulatie in
bacteriën

, Moleculaire biologie Prof. Dr. Van Camp
2e Ba BMW


Bacterie aan lactose blootstellen gaat het aantal lactose-gebruikende enzymes in de cel drastisch omhoog
lac repressor proteïne bindt aan een sequentie van nucleotiden op de lac operator-site
 Eens gebonden -> lac repressor voorkomt RNA-polymerase voor transcriptie van lacZ, lacY en lacA
o RNA-polymerase kan binden aan de promotor wanneer de repressor gebonden is aan de
operator, maar kan niet voorbij de operator bewegen
Eventuele binding van repressor aan operator hangt af van allolactose
 Small effector moleculen binden op de vier identieke subunits en geven zo conformationele
veranderingen -> voorkomen repressor voor het binden op de operator site
o In dit geval kan RNA-polymerase transcriptie op het operon veroorzaken
Lac operon wordt een inducible operon genoemd, want small effector moleculen bepalen de switch
 Allolactose dient als de inducer: small effector molecule dat de snelheid van transcriptie verhoogt
o Zonder blootstelling aan lactose is er geen allolactose -> repressor bindt aan operator en
transcriptie wordt geïnhibeert

Bespreek de positieve controle van het lac-operon.

Naast de negatieve controle, wordt het lac operon ook positief gereguleerd door activatorproteïnen
= catabolite activator proteïn (CAP)
 Gecontroleerd door smal effector molecule: cyclic AMP (cAMP)
o Geproduceerd door ATP via enzyme: adenylyl cyclase
o cAMP bindt aan CAP -> cAMP-CAP-complex bindt aan de CAP-site vlakbij de lac promotor
o CAP geeft E.coli de kans om te kiezen tussen verschillende suikerbronnen
 Glucose inhibeert de productie van cAMP
-> gaat de binding van CAP een DNA tegengaan en blokkeert de activatie van
operon (en dus inhiberen van de transcriptie)
binding van complex geeft een buiging van het DNA -> verhoogt de mogelijkheid van RNA-polymerase om te
binden aan de promotor en verhoogt zo de snelheid van de transcriptie

Bespreek de werking van het trp-operon.

Trp-operon codeert voor enzymes noodzakelijk in de vorming van AZ tryptofaan
 trpE, trpD, trpC, trpB en trpA genen coderen voor de enzymes
Repressor proteïne wordt gecodeert door het trpR-gen gecontroleerd door tryptofaan
 Tryptofaan is het product van de enzymes gecodeert door het operon
o Dient zelf als een small effector molecule = corepressor
-> binding aan repressor geeft deze conformationele wijzigingen zodat bindingen aan de
operator kunnen gebeuren
 Binding zorgt voor inhibitie van werking RNA-polymerase
-> geen energieverbruik indien niet nodig
 Tryptofaanconcentratie laag -> repressor kan niet binden aan de operator-site
o RNA-polymerase zal gemakkelijk transcriptie van operon geven
-> productie van tryptofaan door de trp-genen
Small effector molecule onderdrukt de transcriptie -> onderdrukbaar operon (repressible)




Leg het verschil uit tussen represseerbare en induceerbare operons en in welke pathways beide

2
ZSO 5: Transcriptionele regulatie in
bacteriën