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galオペロンは原核生物のオペロンで、ガラクトース代謝に必要な酵素をコードしています。[1]このオペロンの遺伝子発現の抑制は、2つのオペレーターへのリプレッサー分子の結合を介して機能します。これらのリプレッサーは二量体化し、DNAにループを形成します。ループと外部オペレーターの妨害により、RNAポリメラーゼがプロモーターに結合できなくなり、転写が妨げられます。[2]さらに、細胞内のガラクトース代謝は同化経路と異化経路の両方に関与しているため、2つのプロモーターを使用して異なる抑制を行う新しい制御システムがgalオペロンのコンテキスト内で特定され、特徴付けられています。
構造
大腸菌のgalオペロンは4つの構造遺伝子から構成され、galE（エピメラーゼ）、galT（ガラクトーストランスフェラーゼ）、galK（ガラクトキナーゼ）、およびgalM （ムタロターゼ）は、 galEの上流にある2つの重複プロモーター、PG1（+1）とPG2（-5）から転写される。[3] GalEは、 UDP-グルコースをUDP-ガラクトースに変換するエピメラーゼをコードしている。これは、細胞がガラクトースを炭素/エネルギー源として使用していない場合でも、細胞壁生合成、特に細胞壁成分リポ多糖類のためのUDP-ガラクトースの形成に必要である。[4] GalTは、ガラクトース糖を受容体に転移してグリコシド結合を形成するタンパク質ガラクトシルトランスフェラーゼをコードしている。[5] GalKはα-D-ガラクトースをガラクトース1-リン酸にリン酸化させるキナーゼをコードします。[6]最後に、galMはガラクトース代謝の第一段階としてβ-D-ガラクトースからα-D-ガラクトースへの変換を触媒します。[7]
galオペロンにはO E（外部）とO I（内部）の2つのオペレーターが含まれています。前者はプロモーターのすぐ上流にあり、後者はgalE遺伝子（オペロンの最初の遺伝子）のすぐ後にあります。これらのオペレーターは、オペレーター領域の外側からコードされているリプレッサーGalRに結合します。このリプレッサータンパク質が適切に機能するために、オペロンにはこのプロセスを容易にするヒストン結合部位も含まれています。[8]
活性化部位として知られる追加の部位は、外部オペレーターの後、PG2の上流にあります。この部位はcAMP-CRP複合体の結合領域として機能し、プロモーターの活性を調節し、遺伝子発現を調節します。[9]
機構
連結されていないgalR遺伝子は、このシステムのリプレッサーをコードします。4 量体の GalR リプレッサーは、PG1 開始部位に対して +55 と -60 に位置する 2 つのオペレーターに結合します。DNA のループにより、RNA ポリメラーゼがプロモーターにアクセスできなくなり、開いた複合体の形成が阻害されます。このループには、構造の形成を促進し、適切な抑制を可能にするために、ヒストン様タンパク質 HU の存在が必要です。[8] GalR が -60 部位にのみ二量体として結合すると、プロモーター PG2 は抑制されずに活性化され、GalE の基底レベルが生成されます。この状態では、PG1 プロモーターは、RNA ポリメラーゼのアルファ サブユニットとの相互作用により不活性化されます。[2]このリプレッサー タンパク質の活性は、細胞内のD-ガラクトースレベルに基づいて制御されます。この糖のレベルが増加すると、アロステリックに結合してリプレッサーの活性が阻害され、タンパク質の構造変化が起こり、RNAポリメラーゼやDNAとの相互作用が抑制されます。[10]これによりオペロンの活性が誘導され、ガラクトース代謝の速度が上昇します。
lac オペロンと同様に、gal オペロンも CRP-cAMP によって制御されます。CRP-cAMP は -35 領域に結合し、PG1 からの転写を促進しますが、PG2 からの転写を阻害します。これは、活性化配列の位置によって実現されます。CRP-cAMP が活性化配列に結合すると、RNA ポリメラーゼが PG2 と開いた複合体を形成するのをブロックしますが、PG1 での RNA ポリメラーゼとのクローズド複合体の形成を促進します。これにより、PG2 プロモーターの活性が抑制され、PG1 プロモーターの活性が高まります。[9]細胞がグルコース中で増殖すると、PG2 からの基礎レベルの転写が起こります。
参照
参考文献
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