Laktosrepressor

Laktosrepressor ( eng.  Lac repressor ) är ett DNA-bindande protein som hämmar uttrycket av gener som kodar för proteiner från laktosoperonet . Kodas av lacI -genen . Laktosoperonproteinerna är involverade i metabolismen av laktos i bakterieceller . Dessa gener nedregleras när laktos inte är tillgänglig för cellerna, vilket säkerställer att bakteriecellen inte slösar energi på att syntetisera laktosmetaboliserande proteiner i frånvaro av laktos . När laktos blir tillgängligt omvandlas det till allolaktos , vilket hämmar förmågan hos laktosrepressorn att binda till DNA. När repressorn inte är associerad med laktosoperonoperatören börjar dess transkription och efterföljande syntes av laktosmetabolismenzymer [ 1] .

Struktur

Laktosrepressorn ( lac -repressorn) av Escherichia coli är en homotetramer med en massa på 154 520 dalton . Var och en av de fyra monomererna innehåller 360 aminosyrarester och består av en N-terminal domän , en gångjärns- eller länkregion, en sockerbindande domän och en C-terminal domän. Den N-terminala domänen innehåller strukturmotivet "helix-turn-helix" , som ansvarar för interaktion med operatören. Detta motiv bildas av två a-helixar (aminosyrarester 6-25). Den N-terminala domänen är en liten, kompakt globulär domän med en väldefinierad hydrofob kärna , som bildas av tre α-helixar. Linker- eller gångjärnsregionen (resterna 46-62) kopplar den DNA -bindande N-terminala domänen till den sockerbindande delen (kärnan) av repressorn. Man tror att denna region inte har en uttalad sekundär struktur och består av spridda helixar, men i närvaro av DNA ordnas den och bildar en α-helix, som interagerar med operatören och orienterar den DNA-bindande domänen av lac -repressorn på ett visst sätt. Repressorkärnan, eller sockerbindande domän, består av två underdomäner. Den rumsliga strukturen för subdomänerna är mycket lika, även om det finns liten likhet mellan dem i sammansättningen av aminosyrarester. Varje underdomän innehåller 6 parallella β-ark , inklämda mellan fyra α-helixar. Den C-terminala domänen är ansvarig för monteringen av tetrameren [1] .

Laktosrepressorn är en ovanlig tetramer. Dess monomerer bildar stabila dimerer . Denna interaktion tillhandahålls av fem kluster av aminosyror. Dimerer kan i sin tur kombineras för att bilda tetramerer på grund av interaktionen av C-terminala alfahelixar (resterna 340-357). Varje helix innehåller två sektioner, bestående av sju leucinrester , som tillhandahåller interaktionen mellan de fyra alfaspiralerna. Tetramerer av laktosrepressorn betraktas mer korrekt som dimerer av dimerer, eftersom de inte har den symmetri som är karakteristisk för andra oligomera proteiner. Det är dimerer som binder till DNA, det vill säga att varje tetramer av laktosrepressorn kan associeras med två operatörer [1] .

Fungerar

Som nämnts ovan sker bindning av laktosrepressorn till DNA genom det N-terminala helix-turn-helix-strukturmotivet, som binder till DNA-huvudspåret . Dessutom binder gångjärnsregioner till DNA. Bindning uppstår på grund av växelverkan mellan de ordnade helixarna i gångjärnsregionerna och det mindre spåret av DNA [2] . Eftersom varje tetramer kan binda två operatorer samtidigt, orsakar bindningen av flera sekvenser av operatorer av en tetramer DNA-looping [3] . Bindning av repressorn till DNA ökar RNA-polymerasets affinitet för promotorn i en sådan utsträckning att den inte kan lämna den, och därför kan förlängningen av transkriptionen av laktosoperongenerna inte börja. I närvaro av laktos binder allolaktos till lac - repressorn, vilket allosteriskt förändrar dess rumsliga struktur så att repressorn inte kan binda fast till operatören. I in vitro-studier används isopropyl-β-D-1-tiogalaktopyranosid (IPTG) ofta som ett ämne som efterliknar verkan av allolaktos [1] .

Upptäckt

Laktosrepressorn isolerades först Walter Gilbert och Benno Müller- Hill .  Detta hände ett år efter att Jacques Monod och François Jacob , som beskrev laktosoperonet, fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin för sin forskning inom reglering av genuttryck. Gilbert och Muller-Hill kunde under in vitro -förhållanden visa att proteinet binder till DNA som innehåller laktosoperonet och dissocierar från DNA:t när IPTG tillsätts. De isolerade också den del av DNA som var associerad med proteinet med hjälp av enzymet deoxiribonukleas , som klyver DNA. Efter behandling av repressor-DNA-komplexet med detta enzym förblev några DNA-molekyler oklyvda; det föreslogs att de skyddades av repressorn från enzymets verkan, vilket senare bekräftades. Dessa experiment bekräftade mekanismen för laktosoperonet som tidigare föreslagits av Monod och Jacob [4] [1] .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 5 Lewis M. Lac-repressorn.  (engelska)  // Comptes rendus biologies. - 2005. - Vol. 328, nr. 6 . - s. 521-548. - doi : 10.1016/j.crvi.2005.04.004 . — PMID 15950160 .
2. ↑ Schumacher MA , Choi KY , Zalkin H. , Brennan RG Kristallstruktur av LacI-medlem, PurR, bunden till DNA: mindre spårbindning med alfaspiraler.  (engelska)  // Science (New York, NY). - 1994. - Vol. 266, nr. 5186 . - s. 763-770. — PMID 7973627 .
3. ↑ Oehler S. , Eismann ER , Krämer H. , Müller-Hill B. De tre operatörerna av lac-operonen samarbetar i förtrycket.  (engelska)  // The EMBO journal. - 1990. - Vol. 9, nr. 4 . - s. 973-979. — PMID 2182324 .
4. ↑ Gilbert W. , Müller-Hill B. Isolering av lac-repressorn.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1966. - Vol. 56, nr. 6 . - P. 1891-1898. — PMID 16591435 .