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Galerie de cartes mentales Biologie-Régulation transcriptionnelle des procaryotes
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Biologie-Régulation transcriptionnelle des procaryotes
Il s'agit d'une carte mentale sur la régulation de la transcription procaryote, les protéines régulatrices et l'initiation de la transcription, des exemples de régulation de l'initiation de la transcription procaryote, etc.
Modifié à 2023-11-24 18:17:15
Biologie-Régulation transcriptionnelle des procaryotes
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Régulation transcriptionnelle procaryote
Protéines régulatrices et initiation de la transcription
protéine régulatrice
Protéine/activateur/activateur régulateur positif : protéine de liaison à l'ADN, une surface se lie à un certain site d'ADN près du promoteur et l'autre surface interagit avec l'ARN polymérase pour recruter - la protéine se lie de manière coopérative à l'ADN
Protéine régulatrice négative/suppresseur/répresseur : protéine de liaison à l'ADN, assemblée sur un site qui chevauche la région de liaison de la polymérase. Le site de l'ADN où le répresseur se lie est appelé opérateur.
Régulation de l'initiation de la transcription
Complexe fermé → ouvert : expression constitutive (expression au niveau local)
Régulation allostérique : les activateurs induisent des changements conformationnels par le biais de liaisons coopératives et d'effets allostériques
Activation à distance : la proximité de sites d'ADN distants provoque la circularisation des brins d'ADN
Exemples de régulation de l'initiation de la transcription chez les procaryotes
opéron
Unité d'expression et de régulation des gènes procaryotes
structure
Gènes structurels : codent pour des enzymes liées à un certain processus métabolique
Éléments de commande : tels que les éléments de commande
Gène régulateur : code pour une protéine qui se lie à un élément régulateur et peut être codée par d'autres opérons
opéron lactose lac
gènes structurels
LacZ : code pour une bêta-galactosidase hydrolysant le lactose
LacY : codant pour la lactose perméase, une protéine de la membrane cellulaire qui peut transférer le lactose dans les cellules
LacA : code pour la thiogalactopyranoside transacétylase, qui élimine en même temps la toxicité du thiogalactopyranoside transféré dans les cellules par LacY.
L'unité de transcription LacZYA contient un site opérateur O[lac], qui chevauche le promoteur P[lac] et peut se lier au répresseur.
mécanisme de contrôle
activateurs et répresseurs
Activateur : protéine CAP activée par le métabolite (protéine du récepteur AMPc, CRP), l'activateur réagit à la concentration de glucose
Répresseur : codé par le gène lacⅠ, répond à la concentration de lactose et se lie à l'opérateur pour empêcher l'ARN polymérase de se lier au promoteur.
répresseur lac et régulation de l'activité CAP
lac répresseur
En présence de lactose, le niveau de fond de transférase transfère le lactose dans les cellules et est converti en lactose par la β-galactosidase. Le lactose agit comme un inducteur et se lie au répresseur lac pour l'inactiver, permettant ainsi à l'opéron d'être exprimé.
En l'absence de lactose, le répresseur lac empêche la transcription de LacZYA et seule une très faible activité de transcription de fond existe : le répresseur lac se lie à l'ADN et l'ARN polymérase ne peut pas se lier au site promoteur.
CASQUETTE
Lorsque la concentration de glucose est faible, l'AMPc se lie à l'activateur CAP et le CAP se lie de manière allostérique à l'ADN, recrutant l'ARN polymérase au promoteur et activant l'expression de l'opéron.
Lorsque la concentration en glucose est élevée, la concentration en AMPc est réduite, arrêtant ainsi indirectement le CAP et initiant l'expression de l'opéron.
mécanisme de régulation positif
Résumé : L'activateur CAP est activé par liaison à l'AMPc, se lie au site de liaison CAP en amont du promoteur et recrute l'ARN polymérase vers le promoteur pour activer la transcription en interagissant avec le CTD de la sous-unité α de l'ARN polymérase.
Régulation de l'activité du CAP : étant donné que le promoteur lac ne dispose pas d'un élément en amont (UP), en l'absence de CAP, la capacité de liaison de l'ARN polymérase au promoteur est également faible et elle ne peut transcrire qu'avec une faible efficacité après l'ajout de CAP. la transcription se déroule avec une conduite très efficace. Le glucose est le facteur allostérique de la CAP : la protéine CAP est dans la conformation de liaison à l'ADN uniquement lorsque la CAP forme un complexe avec l'AMPc.
Mécanisme de régulation négatif-régulation du lactose
araBAD opéron
Le promoteur de l'opéron araBAD d'E. coli est activé en présence d'arabinose mais en l'absence de glucose, dirigeant l'expression de gènes codant pour les enzymes apparentées nécessaires au métabolisme de l'arabinose. Facteurs activateurs : AraC, CAP
Methode de CONTROLE
En présence d'arabinose, AraC se combine avec l'arabinose pour former une conformation qui peut se lier à l'ADN et se lier aux deux demi-sites. L'amont du site est le site CAP. En l'absence de glucose, le CAP se lie ici et aide à l'activation. transcription.
En l'absence d'arabinose, le gène araBAD n'est pas exprimé. Lorsque l'AraC ne se lie pas à l'arabinose, il adopte une conformation différente pour se lier à l'ADN. L'ADN forme une boucle entre les deux demi-sites, ce qui affecte la liaison du CAP et n'active donc pas le promoteur.
Fonction de vecteur d'expression
L'arabinose est très puissant pour induire l'activation du promoteur araBAD, c'est pourquoi le promoteur araBAD est souvent utilisé comme vecteur d'expression.
Opéron Tryptophane Trp
Gènes structurels : trpE, trpD, trpC, trpB, trpA Parmi eux, trpE est proche du site régulateur. Lorsque la concentration de tryptophane dans la cellule est très faible, les gènes structurels peuvent être exprimés efficacement sous régulation.
Sites de régulation : site promoteur trpP, site du gène opérateur chevauchant trp0, région leader trpC - codant pour un peptide leader et un atténuateur d'ARN
Methode de CONTROLE
L'opéron tryptophane est un opéron bloquant
Système de répression (ajustement grossier)
Le répresseur Trp doit former un complexe avec le tryptophane avant de pouvoir se lier à l'opérateur, c'est pourquoi le tryptophane est appelé corépresseur. La protéine corépresseur (produit de mutation du gène trpP) se combine avec le tryptophane pour former un répresseur actif. Le tryptophane inhibe sa propre expression via une régulation par rétroaction négative
Lorsque la teneur en tryptophane dans le milieu de culture est élevée, il se lie à la protéine co-répresseur libre et la lie étroitement à l'ADN de la région opératrice pour inhiber la transcription des gènes. Lorsque le milieu de culture est insuffisant en tryptophane, le co-répresseur perd ; tryptophane et cesse de fonctionner. La région opérateur est dissociée, l'opéron trp est déréprimé et la transcription commence.
Affaiblir le système (réglage fin)
Parce que la concentration de tryptophane diminue, le répresseur ne peut pas être assisté par le co-répresseur et la transcription Trp est initiée. À mesure que la concentration de tryptophane augmente, l'opéron Trp inhibe la transcription en mettant fin prématurément à la transcription.
Lorsque la concentration de tryptophane dans le milieu de culture est faible, il y a peu d'ARNtrp chargés en tryptophane et la vitesse de traduction à travers deux codons trp adjacents est très lente. Lorsque la transcription de la région peptidique leader 4 est terminée, le ribosome vient de bouger. à la région 1, ce qui entraîne un appariement de régions 2 : 3, l'appariement 3 : 4 du terminateur ne peut pas être formé et la transcription se poursuit, formant finalement un ARNm complet.
Lorsque la concentration de tryptophane dans le milieu de culture est élevée, les ribosomes traversent en douceur deux codons de tryptophane adjacents et les ribosomes atteignent la région 2 avant que la région 4 ne soit transcrite, conduisant finalement à l'appariement en douceur de la région 3:4 pour former un terminateur. et la transcription s'arrête tôt. L'opéron est transcrit en ARN leader.
Facteur delta sélectif
Différents facteurs delta déterminent la spécificité de la liaison de l'ARN polymérase aux promoteurs
Réponse au choc thermique : lorsque la température d'E. coli est supérieure à 77 °C, la teneur en facteur delta du choc thermique augmente.
Le phage code pour son propre facteur delta et utilise l'ARN polymérase de l'hôte pour exprimer sélectivement les gènes.
activateur transcriptionnel allostérique
nnJC
Possède une activité ATPase et utilise des effets allostériques pour favoriser la formation de complexes d'initiation ouverts
Régule l'expression des gènes liés au métabolisme de l'azote (tels que glnA)
Possède des domaines de liaison et d'activation de l'ADN
Ce n'est que lorsque la concentration en azote est très faible que la kinase NtrB phosphoryle NtrC, change sa conformation, expose son domaine de liaison à l'ADN et se lie à une pré-séquence de promoteur spécifique, puis utilise l'activité ATPase pour hydrolyser l'ATP afin d'obtenir de l'énergie pour convertir le complexe fermé. dans un complexe ouvert.
M
Active la transcription des gènes en tordant l'ADN du promoteur
Contrôle la transcription du gène merT de l’enzyme résistante au mercure
Lorsqu'il n'y a pas de mercure dans l'environnement, MerR se lie à une section d'ADN comprise entre -10 et -35 du promoteur merT, et la polymérase peut se lier au promoteur mais ne peut pas initier la transcription.
Lorsque le mercure se lie à MerR, la conformation de MerR change, tordant l'ADN lié. La distorsion amène le promoteur merT-10~-35 à former une structure similaire à un promoteur fort, et la polymérase initie l'expression du promoteur.
NtrC et MerR fonctionnent par activation allostérique : le propre changement conformationnel de l'activateur NtrC expose le domaine de liaison à l'ADN qui provoque des changements conformationnels de l'ADN ;
commutateur d'acide ribonucléique
Les éléments d'ARN servent directement de capteurs pour les métabolites des petites molécules, et les éléments d'ARN régulent la transcription ou la traduction des gènes. Il s'agit d'un mécanisme qui ne nécessite pas de régulation protéique et régule uniquement l'expression par des changements dans la structure de l'ARN.
Mode d'action
Les commutateurs d'acide ribonucléique exercent des effets régulateurs au niveau de la terminaison de la transcription via des mécanismes d'atténuation
Les commutateurs d'acide ribonucléique régulent la structure de l'ARN et protègent les sites de liaison des ribosomes, régulant ainsi la traduction des protéines au niveau
Sélection du mode de croissance des phages lambda
gènes régulateurs
Le gène cⅠ code pour un répresseur lambda, qui peut à la fois activer et inhiber la transcription.
Cro inhibe uniquement la transcription
Les répresseurs Cro et lambda peuvent se lier à l'un des six opérateurs, chacun avec une affinité différente. Les répresseurs lambda se lient de manière coopérative au site de l'opérateur ;
Promoteur : P[R], P[L] sont de puissants promoteurs constitutifs et ne nécessitent pas l'aide de facteurs activateurs ; P[R] est faible ;
mécanisme de contrôle
Croissance lytique : un seul dimère Cro se lie à OR3. Ce site chevauche P[RM], donc Cro ne réprime ce promoteur ni le cro ne se lient à OR1 et OR2, donc P[R]/P[L] se lie à l'ARN polymérase et. dirige la transcription du gène de clivage
Croissance lysogène : P[RM] est ouvert, P[R], P[L] sont fermés. Le répresseur se lie de manière coopérative à OR1 et OR2 pour empêcher l'ARN polymérase de se lier à P[R] et inhibe la transcription de ce promoteur, mais la liaison du répresseur active la transcription de P[RM].
Transition de la lysogénie au clivage : le répresseur lambda se clive sous l'action de RecA pour supprimer le domaine C-terminal du répresseur. La dimérisation et la coopérativité n'existent plus, et la perte d'inhibition favorise la suppression de P[R] et P[. L] Commencer la transcription
CⅡ
Un activateur qui contrôle la croissance lysogène ou lytique ou l'infection d'un nouvel hôte, se lie au microstore en amont du promoteur P[RE] et stimule la transcription du gène cⅠ à partir de ce site
Mode d'action : Une fois infecté, la transcription des deux promoteurs P[R] et P[L] commencera immédiatement. P[R] dirigera la synthèse de cro et cⅡ. L'expression de cro provoque la lyse et la croissance du phage. l'expression de cⅡ est guidée par la transcription du gène répresseur qui permet au phage d'entrer en croissance lysogène. Pour une entrée réussie dans la croissance lysogène, le répresseur doit se lier à OR1, OR2 et activer P[RM] avant que cro ne réprime le promoteur. cⅡ détermine l'efficacité de la transcription du gène cⅠ, c'est-à-dire l'efficacité de la production du facteur inhibiteur, qui est une étape clé pour déterminer comment se développer.
régulation de l'activité
Dégradé par une protéase spécifique FtsH, codée par le gène hf1
Lorsque la croissance est bonne, l'activité FtsH est élevée, le cII est efficacement détruit, l'inhibiteur ne peut pas être synthétisé et le phage a tendance à se lyser et à se développer dans des conditions difficiles, l'inverse est vrai et la dégradation du cII ralentit.
En l'absence de protéine N et de protéine Q, la transcription contrôlée par ces deux protéines régulatrices peut également bien démarrer, mais à moins que la protéine régulatrice ne modifie l'ARN polymérase, la transcription sera toujours terminée, c'est pourquoi les protéines N et Q sont appelées protéines anti-terminatrices.