PROKARYOTLARDA GEN EKSPRESYONU ve REGÜLASYONU

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.
• Laktozun varlığı, bu enzimlerin üretimini
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
pause
Paired region 2-3
anti-termination
Paired region 3-4
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.
2.
3.
4.
5.
6.
Yrd. Doç.Dr. Erdal Balcan, Celal Bayar Üniversitesi, Moleküler
Biyoloji Ana Bilim Dalı, 2008 – 2009 Seçmeli Dersi Notları.
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)
Nelson, DL, Cox, MM . 2006 Lehninger Principles of Biochemistry, 4th
ed. W. H. Freeman Co. (QU4 NEL 2006)
http://www.istanbul.edu.tr/fen/mbg/notlar/1212410743.ppt (moleküler
biyoloji ders notları)
http://www.mustafaaltinisik.org.uk/89- 1-16.pdf
Laktoz ve triptofan operonlarının işleyişi ile ilgili animasyonlar
http://highered.mcgrawhill.com/sites/dl/free/0072437316/120060/ravena
nimation.html