genleri ve kontrol elementlerini içerir. Bu elementlere regülatör gen

Genetik regülasyon
Gen Expresyonunun Kontrolü
1-yapının değişmesi: DNA sıkı biçimde paketlenmiş
konumdan gevşek paketlenmiş konma geçer buda genlerin
ekspresyonu kolaylaştırır
2-Transkripsiyon düzeyinde kontrol
Belirli bir gen nezaman hangi sıklıkta transkribe edilecek
3-mRNA processing-işlenme kontrolü
RNA transkriptinasıl splays olacak ve işlenip olgunlaşacak
4-mRNA degredasyonu-stabilizasyonunun kontrolü
5-mRNA’nın transportu ve lokalizasyonunun kontrolü
Hangi tamamlanmış RNA nükleusta kalacak hangisi
sitoplazmaya geçecek ve sitoplazmanın neresinde
bulunacak
6-Translasyonel kontrol
Sitoplazmadaki hangi mRNA ribozomlarda translasyona
uğrayacak
7-protein aktivitesinin kontrolü
seçici olarak sentezlenen proteinin hücrenin neresine
gideceği, nasıl degrade olacağı, inaktive-aktive edileceği
Tüm bu aşamalar hücrelerde farklı biçimde gerçekleşir
buda çeşitli hücrelerde farklı biçimde genetik kontrolün
gerçekleştiğini gösterir.
Gen Regülatör Proteinlerdeki DNA’ya bağlanan Motifler
Her genin transkripsiyonu
transkripsiyonun başladığı
bölgeye yakın DNA’nın regülatör
dizileri tarafından kontrol edilir.
Bu regülatör diziler bazan
oldukça basittir ve tek bir
sinyalle uyarılır.Bazıları ise
komplekstir bir çok
mekanizmayla harekete geçerler.
Basit yada kompleks olsun bu
genetik düğmeler (switch) iki tip
bileşenden oluşur.
Kısa bir spesifik DNA dizisi
Ve onu tanıyıp bağlanan gen
regülatör proteinler
Bu proteinler DNA’ya iki
bölgeden bağlanır
Major groove (büyük oluk)
Minor groove (küçük oluk)
Gen regülatör proteinlerinin özellikleri
Motif
özelliği
DNA’da bağlandığı
bölge
İki alfa heliks taşır
Büyük oluk
(major groove)
lokalizasyonu
Heliks-turn-helix
Bakteri regülatör
proteinleri benzer
motifler
ökaryotlarda da var
Zinc-finger
Ökaryotik regülatör Aa halkası ve çinko Büyük oluk
proteinler
Steroid reseptör
Ökaryorik protein
İki alfa heliks ve
Büyük oluk ve DNA
çinko bulunur ve
omurgasına
çinko 4 tane sistein bağlanır
birimiyle çevrilidir
Lösin fermuarı
Ökaryotik
transkripsiyon
faktörleri
Lösin birimlerinin
oluşturduğu heliks
ve bazik bir koldan
oluşur.
İki komşu büyük
oluk
Heliks-loop-heliks
Ökaryotik protein
İki alfa heliks bir
aminoasit
halkasıyla ayrılır
Büyük oluk
homeodomain
Ökaryot regülatör
proteinler
Üç alfa heliks
Büyük oluk
Bakterilerde genetik kontrol
•Operon: bakteri gen ekspresyonu regülasyonu birimidir. Yapısal (structural) genleri ve
kontrol elementlerini içerir. Bu elementlere regülatör gen ürünleri bağlanır.
•Operatör: repressör proteinin bağlandığı DNA dizisidir ve bu diziye repressörün
bağlanması komşu olduğu promotordan transkripsiyonu önler
•Repressör:DNA yada RNA’da operatöre bağlanan transkripsiyon yada translasyonu
önleyen proteindir
•Represyon:bakterilerin eğer ortamda varsa çeşitli protein yada enzimlerin üretimini
önlemesidir
•Indüksiyon:bakterilerin sübstratları olduğu durumda o sübstratı kullanan enzimi
üretmesidir
Bakterilerde Genetik Kontrol
Pozitif ve negatif kontrol ile represe ve indüklenebilen operonların özellikleri
Kontrol tipi
Normal olarak
transkripsiyon
Regülatör
protein
Regülatör
proteinin etkisi
Modülatörün
eylemi
Negatif
indüklenebilen
Kapalı
aktif represör
Transkripsiyon
inhibisyonu
Sübstrat
represörü
inaktive eder
Negatif represe
olan
açık
İnaktif repressör
Transkripsiyon
inhibisyonu
Ürün represörü
aktive eder
Pozitif
indüklenebilen
kapalı
inaktif aktivatör
Transkripsiyon
stimülasyonu
Sübstrat
aktivatörü aktive
eder
Pozitif represe
olan
açık
Aktif aktivatör
Transkripsiyon
stimülasyonu
Ürün aktivatörü
inaktive eder
E.Coli’de laktoz operonun
düzenlenmesi
• Bu operon hücrenin gereksinimlerine göre transkripsiyonel regülasyonun nasıl işlediğini
gösteren iyi bir örnektir
• Operonun işlevi disakkarit olan laktozu monosakkarit olan galaktoz ve glukoza metabolize
etmesidir.
• B-galaktozidaz enzimi (lacZ geni ürünü) bu reaksiyonu katalizler. Laktoz permeaz (lacY geni
ürünü) laktozu hücre içine transfer eder. Lac A geni ürünü olan asetiazın ise işlevi
bilinmemektedir
• Lac operonu genleri laktoz ortamda bulunduğunda ve gereksinim duyulduğunda transkribe
olurlar.
• Yapısal genler lacZ, lac Y ve lac A lac repressörü nün (sürekli olarak lacI geni tarafından
üretilir) kontrolü altındadır.
• operonun regülasyonu lac I ve lac Z genleri arasında bulunan promotor-operatör bölge de
oluşur. İki tip kontrol burada görülür (pozitif ve negatif kontrol)
Laktoz metabolizması
•
Negatif regülasyon lac repressörünün kontrolü altındadır. Repressör
tetramer olarak bulunur ve 4 tane özdeş altbirimi vardır.Repressör operatöre
yüksek afinite ile bağlanır ve RNA pol enziminin bağlanmasını bloke
eder.Çünkü repressör ve RNA pol enziminin bağlandığı yerler birbirine
çakışır.ve transkripsiyon önlenir (negatif kontrol)
•
Lac operonunun negatif kontrolü induserin (indükleyici) eylemine bağlıdır.
Burada inducer allolaktozdur. Allolaktoz b-galaktozidaz tarafından
oluşturluna laktozun yeniden düzenlenmesiyle oluşturulmuş normal laktoza
benzeyen disakkarittir.induser Lac repressörüne bağlanır ve herbir
repressör altbiriminde şekil değişimine neden olur. Bu da repressörün
operatöre olan afinitesini azaltır ve DNA’dan ayrılmasına neden olur.
•
Ancak repressör operatörden ayrılsa bile RNA pol stabil biçimde promotora
bağlanamaz. Dolayısıyla transkripsiyona başlanamaz. Çünkü RNA pol
promotora yeterli yükseklikte afinite gösteremediği için promotora uzun
süreli bağlanamaz ve bu zaman diliminde de ilk fosfodiester bağını
oluşturacak zamanı bulamaz.
Ortamda laktoz yoksa regülatör gen (lacI) bir repressör sentezler ve
bu aktif repressör operatöre bağlanarak RNA pol’ın promotora
bağlanmasını engeller ve yapısal genler (lacZ, lacY, lacA) transkribe
olamaz.
Ortamda laktoz varsa regülatör genden yapılan aktif repressöre allolaktoz (laktozun betagalaktozidaz ile oluşturulmuş stabil ürünü) bağlanır ve onu inaktive eder. İnaktive repressör
operatöre bağlanamaz ve yapısal genler transkribe olur.
ortamda laktoz varsa hücre tarafından alınır
allolaktoz (laktoz hidrolizinin intermediyatı) üretilir
Herbir molekül allolaktozun repressörün herbir alt biriminie bağlanması repressörün şeklini
değiştirir
Şekil değişimi repressörün operatöre afinitesini azaltır ve DNA’dan repressörün ayrılmasıyla
sonuçlanır
Lac operonunda promotor ve operatör bölgeler birbiri üzerine çakışır
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Böylece laktoz varlığında ve glukoz yokluğunda negatif kontrol hafifler pozitif kontrol
görev alır.
The lac repressor-inducer compleksi operatöre daha az afinite gösterir ve ona
bağlanamaz
Ve CAP-cAMP kompleksi promotora daha fazla afinite gösterir ve ona bağlanır.
CAP’ın bağlanması protein-protein etkileşimi ile RNA pol’ın bağlanmasını stabilize
eder.
RNA pol’ın stabil biçimde bağlanması ilk fosfodiester bağının oluşmasını sağlar ve
transkripsiyonun başlangıç kompleksi oluşur. laktoz operonunun pozitif kontrolü
hem laktoz hemde glukoz varsa hücrenin enerji elde etmek için laktozu parçalamasına gerek yoktur.
Glukoz varsa laktoz yoksa hücre enerji için laktozu parçalar. Glukoz yokluğunda hücre cAMP sentezler
cAMP lac operonunun (katabolit operonları) pozitif regülatörüdür. cAMP dimerik cAMP binding (bağlanan)
proteine (CAP) bağlanır ve cAMP’nin bağlanması CAP’ın promotora afinitesini arttırır
CAP’ın promotora bağlanması RNA pol’ın bağlanmasına aracılık eder.
Dolayısıyla glukoz varlığında lac operonununda bulunan genlerin transkripsiyonu enerjinin gereksiz yere
kaybıdır.
• E.coli’de trp operonu 5 tane yapısal gen içerir ve bu
genlerin ürünleri karizmatı triptofana çevirir
• trpE geni5’ UTR bölgesi içerir ve attenuation denen
regülatör mekanizmada önemli bir rol oynar. 5’UTR
bölgesi 4 tane bölge içerir. 1. bölge kısa bir peptid kodlar
ve bunun içinde 1 tane trp aminoasiti kodonu bulunur.
• Trp düzeyi eğer yüksekse 3. bölge 4. bölge ile eşleşir ve
bu yapı transkripsiyonu attenue eder ve transkripsiyonu
sonlandırır. Trp düzeyi düşükse 2. bölge 3. bölge ile
eşleşir ve bu yapı transkripsiyonu sonlandırmaz
• RNA pol DNA’yı transkribe etmeye başlar bir ribozom
RNA pol enzimini hemen takibe başlar ve ribozom
1.bölgeyi translate etmeye başlar
• Trp çoksa ortamda ribozom trp kodonunda
yavaşlamaz.bu arada 3. bölge transkribe edildiği anda
ribozom 1. bölgedeki trp kodonunu çoktan geçmiştir ve
kısmen 2. bölgeyi kaplamıştır. Böylece 3. bölge 2. bölge
ile eş oluşturamaz çünkü bu bölgenin üzerinde ribozom
bulunur.3. bölge 4 ile eş oluşturur ve atenuasyon başlar
bu atenuasyon transkripsiyonu önler. Yapısal genler
transkribe olamaz ve trp sentezi olmaz
• Trp az olduğunda ribozom 1.bölgedeki trp
kodonuna takılı kalır
• Böylece 2. bölge ribozomla kaplanmaz ve 3.
bölge ile eş oluşturur ve buda transkripsiyonu
engellemez transkripsiyon sürer RNA pol yapısal
genleri transkribe eder ve bu genler daha sonra
translasyonla enzimleri oluşturur ve bu enzimler
karizmattan trp sentezler