11.5 : Prokaryotic Transcriptional Activators and Repressors

Organizacja genów prokariotycznych w ich genomie znacznie różni się od organizacji eukariontów. Geny prokariotyczne są zorganizowane w taki sposób, że geny białek biorących udział w tym samym procesie biochemicznym lub funkcji są zlokalizowane razem w grupach. Ta grupa genów, wraz z ich elementami regulatorowymi, jest zbiorczo znana jako operon. Geny funkcjonalne w operonie są transkrybowane razem, aby uzyskać pojedynczą nić mRNA znaną jako policistroniczne mRNA.

Transkrypcja genów prokariotycznych w operonie jest regulowana przez dwa rodzaje białek wiążących DNA, znane jako aktywatory i represory. Aktywatory wiążą się z promotorem, miejscem inicjacji transkrypcji i pomagają w wiązaniu polimerazy RNA, kluczowego enzymu biorącego udział w transkrypcji. Represory wiążą się z operatorami, krótkimi sekwencjami regulatorowymi w operonie między promotorem a genami i hamują wiązanie polimerazy RNA z promotorem.

Strukturalnym warunkiem wstępnym dla aktywatorów i promotorów jest to, że powinny być w stanie istnieć w dwóch alternatywnych konformacjach, jednej, w której mogą wiązać się z DNA, a drugiej, w której nie mogą. Inną charakterystyczną cechą charakterystyczną aktywatorów jest to, że mają one dwie powierzchnie wiążące, które jednocześnie wiążą się zarówno z polimerazą RNA, jak i DNA. Ta rekrutacja dwóch cząsteczek zbliża polimerazę do promotora i pomaga w jego wiązaniu. Aktywatory nie odgrywają żadnej roli katalitycznej w transkrypcji, a ich funkcja ogranicza się do ułatwiania wiązania enzymu i DNA. W przypadku braku aktywatora polimeraza RNA może nadal wiązać się z DNA i wykazywać niski poziom ekspresji. Jeśli represor jest obecny w tym systemie, zapobiega się podstawowej ekspresji tego genu.

Regulacja ekspresji genów prokariotycznych jest w dużej mierze zależna od dostępności składników odżywczych i wymagań organizmów. Te składniki odżywcze kontrolują wiązanie aktywatorów i represorów z operonem i zapewniają, że ekspresja wynosi tylko wymagany zestaw genów. Na przykład obecność tryptofanu w komórce prowadzi do jego wiązania się z represorem, który zapobiega transkrypcji operonu trp i późniejszej produkcji tryptofanu.