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Mutation constitutive du gène opérateur

Mutation constitutive du gène opérateur


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Si une mutation constitutive se produit chez l'opérateur d'un opéron inductible, cela signifie-t-il que les répresseurs ne pourront pas les lier ? Ou cela signifie-t-il que même si les répresseurs sont liés, ils n'auront aucun effet sur le gène ?

Je parle spécifiquement de lac opéron.


Pour l'opéron lac, il existe deux possibilités de mutations d'expression constitutives :

  1. L'opérateur n'est jamais fermé.

Raison : La mutation du répresseur, donc il n'est pas présent, ne se lie pas ou se lie uniquement avec une très faible affinité pour l'opéron.

  1. Le répresseur ne peut pas lier.

Raison : Le site de liaison du répresseur est muté.

Voir ce site Web ou ce site Web pour plus d'informations.


Opéron

En génétique, un opéron est une unité fonctionnelle d'ADN contenant un groupe de gènes sous le contrôle d'un seul promoteur. [1] Les gènes sont transcrits ensemble dans un brin d'ARNm et soit traduits ensemble dans le cytoplasme, soit subissent un épissage pour créer des ARNm monocistroniques qui sont traduits séparément, c'est-à-dire plusieurs brins d'ARNm qui codent chacun pour un seul produit génique. Il en résulte que les gènes contenus dans l'opéron sont exprimés ensemble ou pas du tout. Plusieurs gènes doivent être co-transcrit pour définir un opéron. [2]

À l'origine, on pensait que les opérons n'existaient que chez les procaryotes (ce qui inclut les organites comme les plastes dérivés de bactéries), mais depuis la découverte des premiers opérons chez les eucaryotes au début des années 1990, [3] [4] plus de preuves sont apparues pour suggérer ils sont plus fréquents qu'on ne le supposait auparavant. [5] En général, l'expression d'opérons procaryotes conduit à la génération d'ARNm polycistroniques, tandis que les opérons eucaryotes conduisent à des ARNm monocistroniques.

Les opérons sont également présents dans les virus tels que les bactériophages. [6] [7] Par exemple, les phages T7 ont deux opérons. Le premier opéron code pour divers produits, y compris une ARN polymérase T7 spéciale qui peut se lier au deuxième opéron et le transcrire. Le deuxième opéron comprend un gène de lyse destiné à provoquer l'éclatement de la cellule hôte. [8]


Des mutants uniques du lac opéron

Les lac l'opéron et ses régulateurs ont d'abord été caractérisés en étudiant des mutants de E. coli qui présentaient diverses anomalies dans le métabolisme du lactose. Certains mutants ont exprimé la lac gènes d'opéron de manière constitutive, ce qui signifie que l'opéron a été exprimé, que le lactose soit ou non présent dans le milieu. De tels mutants sont appelés constitutif mutants.

Les lieu de l'opérateur (lacO) - Un exemple est O c, dans laquelle une mutation dans une séquence opérateur et réduit ou exclut le répresseur (le lacI produit du gène) de reconnaître et de se lier à la séquence opérateur. Ainsi, dans O c mutants, lacZ, de dentelle, et la CA sont exprimés que du lactose soit présent ou non.

Les lacI lieu &ndash Un type d'allèle mutant de lacI (appelé je -) empêche soit la production d'un polypeptide répresseur, soit produit un polypeptide qui ne peut pas se lier à la séquence opérateur. C'est aussi un exprimant constitutif de la lac opéron car l'absence de liaison au répresseur permet la transcription.

Un autre type de mutant de lacI appelé Est empêche le polypeptide répresseur de se lier au lactose, et ainsi se liera à l'opérateur et sera non inductible.. Ce mutant réprime constitutivement le lac opéron que du lactose soit présent ou non. Les lac l'opéron n'est pas exprimé et ce mutant est appelé un super-répresseur.


Fonction du gène régulateur | La génétique

Dans cet article, nous discuterons de la fonction du gène régulateur.

Les bases génétiques de l'induction et du refoulement ont été étudiées pendant plusieurs années par Jacob et Monod à l'Institut Pasteur de Paris. Ils ont étudié la régulation des activités des gènes qui contrôlent la fermentation du lactose par la synthèse de l'enzyme β-galactosidase dans E. coli. Ils ont reçu le prix Nobel en 1965.

Si des cellules d'E. coli de type sauvage sont cultivées sur un milieu contenant du glucose, les cellules ne sont pas capables d'utiliser le lactose et contiennent de très petites quantités de l'enzyme -galactosidase. Mais si les E. coli de type sauvage sont cultivés sur un milieu dépourvu de glucose, mais contenant du lactose comme seule source de carbone, ils commencent en deux minutes à synthétiser la β-galactosidase.

La synthèse de l'enzyme se poursuit jusqu'à ce que de très grandes quantités (environ 3000 molécules par cellule) aient été produites. Il a été découvert qu'avec la β-galactosidase, le lactose induit la synthèse de deux autres enzymes, à savoir. la -galactoside perméase, qui facilite l'entrée du lactose dans les cellules et la -galactoside transacétylase, dont la fonction est obscure.

Les trois sont collectivement connus sous le nom d'enzymes lac. Jacob et Monod ont étudié la régulation des gènes en isolant des mutants lactose d'E. coli qui présentaient un défaut ou l'autre dans cette régulation.

Les mutants ont révélé différents types de gènes remplissant différentes fonctions de régulation :

(a) Il existe des mutants qui, en se développant sur milieu lactose, ne possèdent pas l'une des trois enzymes synthétisées lors de l'induction. Les techniques de cartographie ont montré qu'ils présentent des défauts dans trois gènes adjacents, dont chacun dirige la synthèse de l'une des enzymes. Ceux-ci sont appelés gènes de structure et ont été montrés par Lederberg et ses collègues comme étant disposés en continu sur le chromosome dans l'ordre β-galactosidase (noté gène z), perméase (y) et transacétylase (a).

(b) Mutants constitutifs : les enzymes peuvent être constitutives ou induites. Les enzymes constitutives sont celles fabriquées en quantités constantes dans une cellule, sans tenir compte de l'état métabolique de la cellule. Les enzymes induites sont produites lorsque cela est nécessaire en réponse à la présence de leurs substrats dans une cellule.

Les mutants constitutifs d'E. coli étudiés par Jacob et Monod sont ceux qui synthétisent les trois enzymes indépendamment de la présence ou de l'absence de l'inducteur. Le gène montrant ce défaut a été appelé le gène régulateur (indiqué par i) et a été trouvé par les techniques de cartographie avant le gène z.

(c) Cellules d'E. coli qui étaient diploïdes car elles avaient un chromosome complet et un deuxième fragment de chromosome homologue à une partie du premier chromosome. Une telle cellule bactérienne est partiellement diploïde pour certains gènes et est appelée méroploïde. Les mutants avec deux chromosomes dans une cellule ont été analysés comme suit : un chromosome avait un gène i actif mais un gène z défectueux (i + z – ) l'autre chromosome avait un gène i actif mais défectueux (i – z + ).

De tels mutants ne produisent de la β-galactosidase qu'en présence d'un inducteur. Cela signifie que le gène régulateur actif (i + ) sur un chromosome peut réguler le gène de structure actif (z + ) sur l'autre chromosome. De toute évidence, le gène régulateur doit contrôler la synthèse d'une molécule intermédiaire qui diffuse à travers le cytoplasme.

D'autres expériences ont montré que le gène régulateur code pour la séquence d'acides aminés d'une protéine spécifique appelée répresseur. La molécule répresseur diffuse à partir des ribosomes où elle se forme et se lie physiquement à un site spécifique de l'ADN à proximité du gène de structure.

(d) Une meilleure compréhension de la molécule répresseur est venue de mutants qui étaient constitutifs même s'ils avaient un gène régulateur actif. De tels mutants n'ont pas répondu au répresseur en raison d'un défaut dans une petite région spécifique du chromosome auquel le répresseur se lie. C'est ce qu'on a appelé l'opérateur (noté O) situé près du début du gène de structure β-galactoside (z).

L'existence d'opérateurs a d'abord été révélée par l'analyse génétique. Une mutation de l'opérateur peut le rendre inactif, empêchant la liaison du répresseur. Lorsque cela se produit, la synthèse enzymatique constitutive se produit sur les gènes z, y et a. Ces mutants sont donc appelés mutants O c constitutifs de l'opérateur.

Les mutants constitutifs de l'opérateur peuvent être distingués des mutations des gènes répresseurs en mesurant la synthèse enzymatique dans les cellules partiellement diploïdes pour certaines régions chromosomiques.

Si une telle cellule partiellement diploïde contient un mutant et un gène répresseur fonctionnel, la répression se produit car les molécules répresseurs produites par un locus fonctionnel peuvent se lier aux deux opérateurs. Mais s'il existe un locus opérateur non fonctionnel, les cellules seraient toujours constitutives.

A partir d'études génétiques sur des mutants combinées à des preuves biochimiques, Jacob et Monod ont tiré les conclusions suivantes : l'opéron lac régule le métabolisme du lactose. Lorsque les cellules d'E. coli sont cultivées sur un milieu contenant du lactose, l'opéron lac devient fonctionnel et synthétise les enzymes nécessaires au transport et à la dégradation du lactose.

L'opéron lac ne fonctionne pas lorsque le glucose est présent ou lorsque le lactose est absent du milieu. L'opéron lac contient un promoteur (p), un opérateur (o) et trois gènes de structure (z, y et a). Il possède également un gène de terminaison de transcription (t) qui donne le signal de terminaison de chaîne lors de la synthèse d'ARNm.

Le gène régulateur dirige la formation d'une protéine répresseur. Cette protéine a une affinité pour la séquence de nucléotides de l'opérateur et peut se lier à l'opérateur. Lorsque le répresseur est lié à l'opérateur, il empêche le mouvement de l'ARN polymérase vers les trois gènes de structure, aucun ARNm n'est synthétisé et les trois protéines ne sont donc pas formées.

Lorsque l'inducteur (lactose) est présent, ses molécules peuvent se lier à un autre site actif de la protéine répresseur. Cette liaison modifie la conformation tridimensionnelle de la protéine, de sorte qu'elle perd son affinité pour l'opérateur. L'opérateur est libéré, l'ARNm est transcrit par les gènes de structure et les trois enzymes sont synthétisées (Fig. 16.1).

Répression enzymatique:

Jacob et Monad ont également postulé la répression de la synthèse enzymatique. Par exemple, si de l'histidine est ajoutée au milieu de culture dans lequel poussent les cellules d'E. coli, les enzymes conduisant à la formation d'histidine sont réprimées et l'histidine n'est pas synthétisée. Le processus est appelé inhibition de la rétroaction ou répression du produit final.

En soi, la molécule répresseur est inactive. Mais lorsqu'un co-répresseur se lie à lui, le complexe répresseur-co-répresseur se lie au gène opérateur spécifique des gènes de structure de cet opéron, et empêche la transcription. Ainsi, il existe deux types de molécules répresseurs, l'une qui se lie à l'inducteur et favorise la synthèse d'enzymes, l'autre se lie au co-répresseur, ce qui entraîne une répression du produit final.


Les mutants constitutifs sont les souches dans lesquelles une protéine est produite en continu, qui à l'état sauvage est inductible. Par exemple, la souche mutante constitutive avec mutation de l'opéron lac est responsable de la transcription des gènes lac, même en l'absence de lactose dans le milieu.

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Détails des gènes structurels | La génétique

Dans cet article, nous discuterons des détails des gènes de structure.

Gènes structurels:

Ils contrôlent la séquence d'acides aminés d'une protéine en produisant de l'ARNm. Il existe autant de gènes de structure que de protéines régulées. Soit un seul ARNm est transcrit à partir de chaque gène de structure, soit tous les gènes de structure d'un opéron forment un seul ARNm polycistronique.

L'opérateur:

C'est le site de liaison du répresseur et contrôle les gènes de structure. Elle-même est sous le contrôle négatif de la protéine répresseur. L'opérateur détermine si oui ou non les gènes de structure doivent être réprimés par le répresseur produit par le gène régulateur. S'il y a une mutation dans la région de l'opérateur la rendant inopérante, le répresseur n'est pas capable de se lier et les gènes de structure sont transcrits. Les mutants du locus opérateur sont appelés mutants constitutifs de l'opérateur (Oc).

Gilbert et ses collègues ont isolé la région opérateur en brisant l'ADN de la région lac en fragments de 1 000 paires de bases de long. Une propriété de la région opérateur est que lorsqu'elle est complexée au répresseur, elle est protégée de la digestion par la DNAase. La région de l'opérateur a un ADN en double hélice d'environ 27 paires de bases de long.

Le Promoteur:

Il se compose d'un petit segment d'ADN, de moins de 100 nucléotides de long, qui se situe entre le gène régulateur et le gène opérateur. Il possède un site de liaison qui est reconnu par l'enzyme ARN polymérase dirigée contre l'ADN et qui donne le signal d'initiation pour la transcription de l'ARNm.

L'ARN polymérase se déplace le long du locus opérateur et vers les gènes de structure qui transcrivent l'ARNm. Outre l'opéron lac, dans d'autres opérons, la région promotrice possède un deuxième site de liaison pour une protéine spécifique appelée protéine réceptrice AMP cyclique.

Le Lac Opéron:

Les gènes de structure z, y et a, ainsi que l'opérateur o constituent l'opéron lactose. L'opéron fournit un mécanisme pour l'expression coordonnée de gènes de structure (sous le contrôle de l'opérateur et du régulateur) entraînant l'induction d'enzymes dues à un seul inducteur.

Le locus opérateur contrôle la transcription de l'ensemble du groupe de gènes induits de manière coordonnée de sorte qu'un seul grand ARN messager polycistronique soit formé. L'enzyme ARN polymérase se lie au promoteur et tous les gènes de l'opéron sont transcrits dans une séquence. Lorsque le répresseur produit par le régulateur est lié à l'opérateur, la transcription n'est pas initiée et l'expression de tous les gènes de l'opéron est inhibée simultanément.

Une autre caractéristique de l'opéron est la polarité. Les gènes z, y et a synthétisent des quantités égales des trois enzymes β-galactosidase, perméase et acétylase et dans le même ordre que leurs gènes respectifs sont localisés dans l'ADN. Ainsi, la β-galactosidase (produit du gène z) est synthétisée en premier, suivie de la perméase (produit du gène y) et enfin de l'acétylase (produite par un gène).

C'est l'effet de la polarité. S'il y a une mutation dans le gène z, il n'y a pas de transcription des trois gènes de structure. Si la mutation est dans le gène y, alors les gènes y et a sont inhibés, tandis que le gène z synthétise la β-galactosidase. On les appelle mutations polaires.

D'une manière générale, nous pouvons dire qu'un opéron est un groupe de gènes structuraux fonctionnellement liés qui peuvent être activés ou désactivés de manière coordonnée sous le contrôle du même gène régulateur. Le regroupement de gènes pour diverses enzymes d'une même voie métabolique est probablement nécessaire pour faciliter la fonction de l'opéron.

Le gène régulateur:

Il détermine si les gènes structuraux seront transcrits ou non. Il code pour la séquence d'acides aminés d'une protéine répresseur spécifique. La molécule répresseur diffuse à partir des ribosomes où elle se forme et se lie à l'opérateur. En raison de la nature diffusible de son répresseur produit, le gène régulateur n'est pas toujours adjacent aux gènes de structure qu'il régule.

Lorsque le gène régulateur subit une mutation, il ne peut plus inhiber la transcription des gènes de structure. Les gènes z, y et a synthétisent alors les trois enzymes que l'inducteur soit présent ou non. Pendant longtemps, la nature chimique des molécules répresseurs postulées par Jacob et Monod n'a pu être identifiée.

En 1967, W. Gilbert et Muller-Hill ont réussi à isoler le répresseur lac. Ils ont produit des cellules E. coli mutantes qui contenaient presque dix fois la quantité de répresseur lac présente dans les cellules normales. La protéine répresseur est maintenant cristallisée. Il a un poids moléculaire d'environ 150 000 avec une affinité élevée pour son locus spécifique dans E. coli. Outre le répresseur lac, le répresseur galactose et tryptophane ont également été isolés sous une forme pure.

Le répresseur lac est un tétramère constitué de quatre unités d'une protéine codée par le gène régulateur, chacune ayant un poids moléculaire d'environ 37 000. Une cellule E. coli contient environ 10 de ces molécules répresseurs. Il y a près de 347 résidus d'acides aminés dans un répresseur. Environ 50 acides aminés dans le répresseur lac se lient à une séquence d'environ 12 paires de bases dans la région opérateur. Cette liaison du répresseur empêche la transcription de l'ARNm par l'ARN polymérase.

Lorsque le lactose est présent dans le milieu, son absorption dans la cellule d'E. coli est suivie d'une transglycosylation, un léger réarrangement moléculaire pour former de l'allolactose (Fig. 16.2). La synthèse d'allolactose est catalysée par les quelques molécules de β-galactosidase présentes avant l'induction. L'allolactose se lie au répresseur lac pour former un complexe inducteur-répresseur.

Lorsque l'inducteur se lie au répresseur, la liaison du répresseur à la région de l'opérateur est libérée en raison d'un changement dans la conformation tridimensionnelle de la protéine répresseur appelé effet allostérique. L'opérateur non lié permet alors à l'ARN polymérase de se transcrire. Dans ce cas, l'allolactose est la molécule effectrice qui empêche la protéine régulatrice de se lier à l'opérateur.


Mutation constitutive du gène opérateur - Biologie

Exemple : Deux plantes à fleurs blanches se croisent pour produire des fleurs violettes, bien que le violet soit dominant.
Chacun contient une mutation dans un gène différent, codant pour une enzyme différente nécessaire à la fabrication du pigment violet.

L'analyse de complémentation est plus facile à faire chez les bactéries, les champignons ou C. elegans, où de nombreux mutants d'un phénotype donné peuvent être obtenus.

Si nous isolons un grand nombre de souches avec le même phénotype défectueux, nous pouvons les croiser dans toutes les combinaisons et déterminer le nombre de groupes de complémentation. Deux souches défectueuses qui ne se complètent pas sont dans le même groupe de complémentation. Habituellement, chaque groupe de complémentation représente l'une des enzymes essentielles de la voie.

Problème 1 : Déterminez combien de groupes de complémentation il y a dans ces exemples.

Le concept de complémentation est extrêmement important en biologie moléculaire. Par exemple, la lignée de souris drépanocytaire n'a pu être créée que parce que deux souches présentant des défauts différents (manque de gènes de souris ou de globine humaine) ont pu être accouplées pour se compléter mutuellement. Le fait que les gènes de différentes espèces puissent se compléter les uns les autres a été l'une des avancées conceptuelles les plus importantes de la biologie moléculaire. La complémentation est maintenant utilisée de manière routinière pour répondre à des questions plus subtiles sur la façon dont les gènes sont régulés. Il faut absolument comprendre la complémentation pour comprendre la biologie moléculaire.

La complémentation bactérienne.
Les systèmes génétiques bactériens peuvent montrer une complémentation de deux manières importantes - chacune manipulant un processus naturel de la génétique bactérienne. Ces deux procédés ont depuis été modifiés en biotechnologie pour fournir la plupart des outils essentiels du clonage de gènes.

1. Transduction spécialisée. Un bactériophage lysogène peut s'exciser de manière à porter par erreur un morceau d'ADN de l'hôte. Le phage transportera maintenant une deuxième copie d'un allèle (ou d'allèles liés) dans une cellule hôte. La nouvelle bactérie est un diploïde partiel pour le ou les allèles.

En biotechnologie, un chromosome de phage peut contenir un morceau d'ADN étranger lié dans le tube à essai. Ensuite, l'ADN du phage est emballé dans le phage et il peut infecter un nouvel hôte où il (1) produit de nombreuses copies du gène de l'hôte ou (2) lysogénise l'hôte pour exprimer l'ADN cloné.

2. Plasmide F'. Le plasmide F peut se recombiner dans le chromosome hôte, puis se recombiner à nouveau avec de l'ADN hôte par erreur. Lorsqu'il pénètre dans la cellule hôte suivante, il porte à nouveau une deuxième copie de plusieurs gènes, un diploïde partiel est créé.

En biotechnologie, un plasmide peut avoir un morceau d'ADN étranger ligaturé dans le tube à essai, puis le plasmide est transformé en E. coli. Ensuite, le plasmide fait de nombreuses copies, y compris le gène cloné.

Analyse de mutation suppresseur.
Une variation sur la complémentation est les mutations suppressives. Une mutation suppressive corrige un défaut dans un locus génique différent. Une version mutante du gène A fabrique un produit génique altéré, qui corrige le phénotype d'une mutation défectueuse dans le gène B.

Organisation des gènes
Chez les bactéries, un certain nombre d'ORF de gènes peuvent être organisés en un opéron. Toutes les séquences de gènes dans un opéron donné sont transcrites sur un seul ARNm, en commençant par un promoteur. Un exemple d'opéron est montré, tuf-s10 , de Borrelia burgdorferi, qui cause la maladie de Lyme :

  • facteur d'allongement (tuf)
  • protéines ribosomiques S10 (rpsJ)
  • L3 (rplC)
  • L4 (rplD)
  • L23 (rplW)
  • L2 (rplB)
  • S19 (rpsS)
  • L22 (rplV)
  • S3 (rpsC)

Récepteur de l'hormone de croissance humaine

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  • Séquence d'ADN - inversion ou délétion
  • Transcription, facteur sigma
  • Transcription, séquence promotrice, protéines répresseurs
  • Répresseur translationnel
  • Modification post-traductionnelle

Le Lac Opéron
L'opéron Lac est le modèle classique d'activation et de répression de la transcription. Les concepts d'analyse basés sur l'opéron Lac peuvent être appliqués à d'autres systèmes, y compris les animaux et les plantes.

L'explication suivante de l'opéron Lac est modifiée à partir de MIT Lac Opéron.
Jacob et Monod ont été les premiers scientifiques à élucider un système régulé par la transcription. Ils ont travaillé sur le système de métabolisme du lactose chez E. coli. Lorsque la bactérie se trouve dans un environnement contenant du lactose :

Il devrait activer les enzymes nécessaires à la dégradation du lactose. Ces enzymes sont : bêta-galactosidase : Cette enzyme hydrolyse la liaison entre les deux sucres, le glucose et le galactose. Il est codé par le gène LacZ. Perméase de lactose : Cette enzyme traverse la membrane cellulaire et apporte du lactose dans la cellule depuis l'environnement extérieur. La membrane est sinon essentiellement imperméable au lactose. Il est codé par le gène LacY. Thiogalactoside transacétylase: La fonction de cette enzyme n'est pas connue. Il est codé par le gène LacA. Les séquences codant pour ces enzymes sont situées séquentiellement sur le E. coli génome. Ils sont précédés de la région LacI qui régule l'expression des gènes métaboliques du lactose. Vous pourriez vous attendre à ce que la cellule veuille activer ces gènes lorsqu'il y a du lactose et les désactiver lorsque le lactose est absent. Mais l'histoire est plus compliquée que cela. Par exemple, le gène de la perméase doit toujours être exprimé à un faible niveau pour que le lactose puisse pénétrer dans la cellule. Ainsi, un certain bas niveau d'expression est constitutif, c'est-à-dire qu'il se produit tout le temps, même s'il est « refoulé ». La plupart des opérons bactériens sont partiellement ou totalement constitutifs. L'expression de LacI, par exemple, est totalement constitutive son promoteur est toujours « activé », pour un niveau d'expression très faible, juste assez pour fabriquer quelques molécules répresseurs.

La principale source de nourriture d'une bactérie est le glucose, puisqu'il n'a pas besoin d'être modifié pour entrer dans la voie respiratoire. Donc, si le glucose et le lactose sont présents, la bactérie veut désactiver le métabolisme du lactose au profit du métabolisme du glucose. Il existe des sites régulateurs en amont des gènes Lac qui répondent à la concentration en glucose.

  • Le lactose induit la transcription en retirant le répresseur LacI.
  • Le glucose empêche la transcription en retirant l'activateur CAP.

Lorsque le lactose est présent, il agit comme un inducteur de l'opéron. Il pénètre dans la cellule, se réarrange légèrement pour former de l'allolactose, puis se lie au répresseur Lac. Un changement de conformation provoque la chute du répresseur de l'ADN. Maintenant, l'ARN polymérase est libre de se déplacer le long de l'ADN, et l'ARN peut être fabriqué à partir des trois gènes de structure. L'ARNm sera traduit en protéines qui transportent et métabolisent le lactose.

Lorsque l'inducteur (lactose) est retiré, le répresseur revient à sa conformation d'origine et se lie à l'ADN, de sorte que l'ARN polymérase ne peut plus dépasser le promoteur. Aucun ARN et aucune protéine n'est fabriqué.

Notez que l'ARN polymérase peut toujours se lier au promoteur bien qu'elle soit incapable de le dépasser. Cela signifie que lorsque la cellule est prête à utiliser l'opéron, l'ARN polymérase est déjà là et en attente de commencer la transcription, le promoteur n'a pas à attendre que l'holoenzyme se lie. Répression catabolique, avec une protéine activatrice
Lorsque les niveaux de glucose (un catabolite) dans la cellule sont élevés, la formation d'une molécule appelée AMP cyclique est inhibée. Mais lorsque les niveaux de glucose chutent, les phosphates d'ATP sont libérés jusqu'à former enfin l'AMPc :

ATP --> ADP + Pi --> AMP + Pi --> AMPc

L'AMPc se lie à une protéine appelée CAP (catabolite activator protein), qui est ensuite activée pour se lier au site de liaison CAP. Cela active la transcription, peut-être en augmentant l'affinité du site pour l'ARN polymérase. Ce phénomène est appelé répression catabolique , un terme impropre puisqu'il s'agit d'une protéine activatrice, mais compréhensible puisqu'il semblait que la présence de glucose réprimait tous les autres opérons du métabolisme du sucre.

Cette image montre une vue "gros plan" de CAP régulation:

Contrôle du corépresseur
D'autres opérons sont contrôlés par leurs produits, plutôt que par leurs substrats, par exemple l'expression d'enzymes biosynthétiques pour construire des acides aminés. C'est ce qu'on appelle la rétro-inhibition. Dans l'opéron Trp, pour la biosynthèse du tryptophane, la transcription de l'ARNm pour cinq enzymes est empêchée par la liaison du corépresseur Trp en présence de tryptophane. Lorsque les niveaux de tryptophane chutent, Trp se détache du corépresseur et le corépresseur se détache du site promoteur/opérateur. La transcription se produit maintenant, de sorte que la cellule a des enzymes pour fabriquer plus de tryptophane.
Analyse du contrôle de l'opéron
Quelles expériences réalisons-nous pour comprendre comment les opérons sont régulés ?
Nous utilisons des souches diploïdes partielles créées par F' ou transduction spécialisée. Dans les deux cas, nous testons ce qui se passe lorsqu'une souche est diploïde pour les éléments régulateurs.

Les mutants régulateurs peuvent avoir différents types de phénotypes mutants. Par exemple:

Le promoteur p ne parvient pas à se lier à l'ARN polymérase. Aucune transcription n'a lieu.
lacI-Repressor ne parvient pas à se lier au promoteur/opérateur. La transcription se produit constitutivement
(en présence ou en absence de lactose)
o-c L'opérateur ne parvient pas à lier le répresseur. La transcription est constitutive.
lacZ- Le gène structural est défectueux. Aucune enzyme n'est fabriquée.

Que va-t-il se passer ? Quels types de complémentation peuvent se produire ? Est-ce important si les deux allèles mutants sont adjacents sur le même chromosome ( cis ) ou séparés ( trans ) ?


"Type sauvage" Mutant
LacZ+ Produit l'enzyme B-gal LacZ- Faire AUCUNE enzyme
LacI+ Fait le répresseur LacI- Ne fait AUCUN répresseur
La transcription peut être constitutive
SI LE PROMOTEUR EST FONCTIONNEL
p + L'ARN Pol lie le promoteur p - L'ARN Pol ne lie PAS le promoteur
Aucune transcription
o + L'opérateur lie le répresseur o - c L'opérateur ne lie PAS le répresseur
La transcription peut être constitutive
SI LE PROMOTEUR EST FONCTIONNEL

Problème 2. Prédisez si les diploïdes suivants produisent de la B-galactosidase, en présence de lactose en l'absence de lactose. Expliquer pourquoi. Expliquez dans chaque cas s'il est important que les deux allèles mutants soient situés en cis ou en trans.

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + lacZ - lacI -
----------------- ----------
p - lacZ + lacI -

p + lacZ - lacI +
----------------- ----------
p + lacZ + lacI -

p + o-c lacZ + lacI + (Un opérateur constitutif ne lie JAMAIS le répresseur,
-------------------------- -------- avec ou sans lactose.)
p + o + lacZ - lacI +

Problème 3. Expliquez deux processus génétiques différents chez les bactéries qui peuvent créer un « diploïde partiel » pour une petite partie du génome. Expliquez pourquoi ces processus sont utiles pour l'analyse génétique bactérienne.

Problème 4. Indiquez si la B-galactosidase est exprimée par chaque diploïde d'opéron lac, (1) et (2), et indiquez brièvement pourquoi (une phrase). Complétez les génotypes possibles pour (3) et (4).


Lactose
Absent
Lactose
Présent
LacI- P+ O-c LacZ+
LacI+ P+ O+ LacZ-
LacI+ P-O-c LacZ+
LacI+ P+ O+ LacZ-
LacI- P+ O+ ___
____ ___ __ LacZ-
- +
__ P-O-c LacZ+
__ P+ __ ___
+ +

Quiz sur le lac Opéron -- Hautement recommandé

Structure moléculaire des promoteurs
Les promoteurs sont définis par des séquences de paires de bases en amont du site d'initiation de la transcription. L'ARN polymérase a tendance à reconnaître les séquences de promoteur dans lesquelles la plupart des paires de bases correspondent à la séquence consensus du promoteur. La séquence consensus est un composite défini par la base la plus courante à apparaître à chaque position. Les mutations de substitution de base peuvent diminuer ou augmenter l'efficacité du promoteur.

Les promoteurs consensus bactériens comprennent deux régions de six paires de bases chacune, à -10 et -35 bases en amont. Cependant, il n'y a pas deux promoteurs exactement identiques et aucun promoteur ne correspond exactement à la séquence consensus. Des sites supplémentaires pour les régulateurs environnementaux peuvent être trouvés jusqu'à -50 à -300 bases en amont.

  • Lorsque les bactéries épuisent leurs sources de carbone, elles expriment RpoS, le facteur sigma de famine. (Révision, qu'est-ce qu'un facteur sigma ?)
  • RpoS se joint à l'ARN polymérase pour initier la transcription de différents gènes de stress environnemental - des gènes protégeant contre tous les différents stress que les bactéries pourraient rencontrer avant d'entrer dans un nouvel intestin humain. Ce phénomène est connu sous le nom de protection croisée.
  • Les gènes de stress peuvent être utilisés pour des conditions aussi indépendantes que la résistance aux acides ou aux bases.
  • Les gènes de stress activés peuvent ou non faire partie d'opérons multigéniques. Ils peuvent faire face dans des directions opposées, à partir de nombreux promoteurs différents, à tous les différents loci autour de la carte génomique.
  • Opéron de résistance à l'arsenic. Comment les bactéries résistent-elles à l'arsenic ? Un régulateur de réponse environnementale est activé par l'arsenic. La base moléculaire est liée à la façon dont les cellules cancéreuses développent une résistance aux médicaments anticancéreux.
  • Réglementation environnementale en Yersinia pestis (bactérie de la peste bubonique). Plusieurs régulons complexes de gènes répondent à des facteurs environnementaux spécifiques, en particulier le fer et la température. A basse température, la présence de fer indique à la bactérie : "Je suis dans du sang qui a été avalé par une puce". La bactérie exprime des protéines qui perturbent la digestion de la puce, la forçant à régurgiter la bactérie dans le sang de sa prochaine victime. (Susan Straley & Robert Perry, Tendances de la microbiologie, 1995)
  • E. coli régulateur de virulence. Comment virulent E. coli les souches tuent les enfants ? Une protéine régulatrice se lie à un opéron codant pour les « pilines », pour E. coli faire des pili qui s'attachent à l'épithélium intestinal.
  • Expression du gène modèle de la tuberculose. Comment les gènes sont-ils régulés chez un agent pathogène lié à la tuberculose ?

    M. Donnenberg, U. Maryland
  • Régulateur de virulence dans "Bactéries mangeuses de chair". Une protéine activatrice de gène dans Staphylococcus aureus active le régulon de virulence qui produit les toxines carnivores. Cet activateur peut être utilisé comme vaccin contre S. aureus.
  • Puces à ADN. Nous pouvons maintenant placer la plupart des gènes codant pour les protéines sur une puce à puce électronique, en utilisant une technologie basée sur l'industrie des puces à ADN en silicium. La puce peut être utilisée pour s'hybrider à l'ARN cellulaire et mesurer les taux d'expression d'un grand nombre de gènes dans une cellule.

Le facteur F et deux opérons lac dans une cellule unique et diploïde partiel dans E. coli

On peut en apprendre davantage sur la réglementation de la lac opéron lorsque deux copies différentes sont présentes dans une cellule. Ceci peut être accompli en utilisant le Facteur F to carry one copy, while the other is on the genomic E. coli chromosome. This results in a partial diploid in E. coli.

The F-factor is an episome that is capable of being either a free plasmid or integrated into the host bacterial chromosome. This switching is accomplished by IS elements where unequal crossing over can recombine the F-factor and adjacent DNA sequences (genes) in and out of the host chromosome. Researchers have used this genetic tool to create partial diploids (merozygotes) that allow them to test the regulation with different combinations of different mutations in one cell. For example, the F-factor copy may have a I S mutation while the genomic copy might have an O C mutation. How would this cell respond to the presence/absence of lactose (or glucose)? This partial diploid can be used to determine that I S is dominant to I + , which in turn is dominant to I - . It can also be used to show the O C mutation only acts in cis- while the lacI mutation can act in trans- .


Caenorhabditis elegans: Molecular Genetics and Development

Vida Praitis , Morris F. Maduro , in Methods in Cell Biology , 2011

G Marking Extrachromosomal Arrays to Probe Gene Regulation

The interaction of the E. coli LacI protein with lacO lactose operator sequences was exploited as a method for marking chromosomes in yeast ( Belmont and Straight, 1998 ) and has been used as a marker for transgenes in C. elegans as well ( Gonzalez-Serricchio and Sternberg, 2006 ). Use of the LacI/LacO systems has also been used to label extrachromosomal arrays to study gene regulation ( Fig. 3A ). In such experiments, a GFP-tagged endogenous transcription factor is expressed in the presence of an extrachromosomal array that carries a promoter that contains its target cis-regulatory sites. The factor will interact with the many copies of the target promoter in the array, producing a subnuclear spot. LacI tagged with a different marker can label lacO sequences in the same target array, allowing an independent means by which to verify interaction of the GFP-tagged factor with the array ( Carmi et al., 1998 ). Researchers have also used the GFP::LacI/LacO system to demonstrate that transgenes move to different locations in the nucleus depending on whether they are active or inactive in a given cell or tissue ( Meister et al., 2010 ).

Fig. 3 . Examples of types of transgenes and their expression patterns. (A) Expression of a chromosomally-integrated med-1::GFP::MED-1 translational reporter in the early embryo, showing nuclear GFP expression in the daughters of the blastomeres MS and E ( Maduro et al., 2002 ). Due to the presence of a separate extrachromosomal array carrying a transcriptional lacZ reporter for the MED-1 target gene end-3, the GFP::MED-1 localizes to subnuclear spots representing the extrachromosomal array (arrowheads) in each nucleus. (B) Expression of a translational fusion of the adherens junction marker ajm-1 in mid-embryogenesis. GFP becomes localized to adherens junctions, giving an outline of epidermal cells ( Koppen et al., 2001 ). (C) DIC image of a late embryo, just prior to hatching, with the pharynx and intestine indicated. (D) Expression of an elt-2::NLS::YFP::lacZ reporter transgene in the same embryo as in (C) localized to intestinal nuclei (and excluded from nucleoli). (E) A C. elegans adult hermaphrodite showing expression of an unc-119::mCherry transcriptional reporter throughout the nervous system (including the nerve ring, neurons around the vulva, and the ventral nerve cord indicated by arrowheads) and in head muscles (Maduro and Pilgrim, 1995). The head muscle expression has been overexposed. Anterior is to the left. UNE C. elegans embryo is approximately 50 μm long, while adults are approximately 1mm long. (See color plate.)


Operator-constitutive mutations of the Escherichia coli metF gene.

The Escherichia coli metF gene codes for 5,10-methylene-tetrahydrofolate reductase, the enzyme that leads to the formation of N-methyltetrahydrofolate, supplying the methyl group of methionine. Transcription of metF, as well as most of the methionine genes, is repressed by the metJ gene product complexed with S-adenosylmethionine. A metF'-'lacZ gene fusion was used to isolate mutants that have altered expression from the metF promoter. The nucleotide sequences of the metF regulatory region from five such mutants were determined. The mutations were located in the region previously defined as the potential target of the methionine repressor by its similarity to other binding sites. The mutationally defined metF operator thus consists of a 40-base-pair-long region, with five 8-base-pair imperfect palindromes spanning the metF transcription start. The altered operators do not recognize the purified repressor in an in vitro transcription-translation system, although the repressor binds efficiently to the metF wild-type operator.


Voir la vidéo: The different types of mutations. Biomolecules. MCAT. Khan Academy (Septembre 2022).


Commentaires:

  1. Berwyk

    Il est compris comme ça de deux manières

  2. Sen

    C'est dommage que maintenant je ne peux pas exprimer - je me dépêche de travailler. Je reviendrai - j'exprimerai nécessairement l'opinion.

  3. Thorley

    Oui, tout est logique

  4. Shanos

    Spécialement inscrit au forum pour vous en dire beaucoup pour votre soutien, comment puis-je vous remercier ?

  5. Wissian

    À mon avis, vous avez tort. Je suis sûr. Je peux défendre ma position. Envoyez-moi un courriel à PM.

  6. Alarico

    Rarement. On peut dire, cette exception :)

  7. Natal

    Je pense que vous n'avez pas raison. Je suis assuré. Discutons. Écrivez-moi dans PM, nous parlerons.

  8. Mashicage

    Pourquoi l'abonnement est-il toujours gratuit? )



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