ГАМК-оперон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Механизм деградации ГАМК

ГАМК-оперон несет ответственность за превращение γ-аминобутирата (ГАМК) в сукцинат. ГАМК -оперон включает три структурных гена - gabD , gabT и gabP , которые кодируют сукцинат полуальдегида дегидрогеназы, ГАМК-трансаминазы и ГАМК-пермеазы соответственно. Существует регулирующий ген csiR, ниже оперона, который кодирует предполагаемый репрессор транскрипции[1] и активируется при ограничении азота.

ГАМК-оперон был выявлен в кишечной палочке и значимые гомологи для ферментов были обнаружены в организмах, таких как Saccharomyces cerevisiae, крысы и человека[2].

Ограничение азота — условие активации генов ГАМК. Ферменты, полученные этими генами преобразуют ГАМК в сукцинат, который затем входит в ЦТК, чтобы использоваться в качестве источника энергии. ГАМК-оперон также известен содействием гомеостазу полиаминов в течение роста при ограничении азота и поддержанию высоких концентраций внутреннего глутамата в условиях стресса. [3]

Структура[править | править вики-текст]

ГАМК-оперон состоит из трех структурных генов:

  • gabT : кодирует ГАМК-трансаминазу, которая производит янтарный полуальдегид.
  • gabD : кодирует НАДФ-зависимую дегидрогеназу янтарного полуальдегида, который окисляет янтарный полуальдегид до сукцината.
  • gabP : кодирует ДНК-специфическую пермеазу.

Физиологическая значимость оперона[править | править вики-текст]

Ген GabT кодирует ГАМК-трансаминазу , фермент, который катализирует превращение ГАМК и 2-оксоглутарат в полуальдегид сукцината и глутамата. Полуальдегид сукцината затем окислятся в сукцинат с помощью полуальдегида дегидрогеназы сукцината (который кодируется геном gabP), тем самым вводя в ЦТК в качестве полезного источника энергии. ГАМК-оперон способствует гомеостазу полиаминов, таких как путресцин в ходе роста при ограниченнии азота. Известно также о его роли в поддержании высоких концентраций внутреннего глутамата в условиях стресса.

Регуляция[править | править вики-текст]

Дифференцированное регулирование промоторов[править | править вики-текст]

Экспрессия генов в опероне управляется тремя дифференциально регулируемыми промоторами, [4] два из которых управляются RpoS, кодирующим сигма-фактор σS.

  • csiDp : — σS-зависимый и активируется исключительно углеродным голоданием, потому что действие цАМФ-CRP существенную активирует σS, содержащую РНК-полимеразу в промоторе csiD.
  • gabDp1: — σ70-зависимый и индуцируется многочисленными стрессами.
  • gabDp2: — σ70 зависимый и управляется Nac (управляющими усвоением азота) регуляторными белками, экспрессированными в соответствии с ограничением азота.

Механизм регулирования[править | править вики-текст]

Структура и регуляторный механизм ГАМК-оперона.

Активация[править | править вики-текст]

Промотор csiD (csiDp) имеет важное значение для экспрессии csiD (генов, индуцированных углеродным голоданием), ygaF и ГАМК-генов. СsiDp активирован только в условиях углеродного голодания и стационарной фазы, в течение которой цАМФ накапливается в высоких концентрациях в клетке. Связывание цАМФ с белком рецептора цАМФ (CRP) вынуждает CRP жестко связываться с определенным сайтом ДНК в промоторе 'csiDp, таким образом, активируя транскрипцию генов ниже промотора.

gabDp1 оказывает дополнительное управление gabDTP в регионе. gabDp1 активирует σS вызывая условия, такие как гиперосмотические и кислые сдвиги, кроме голодания и стационарной фазы. Промотор gabDp2, с другой стороны, является σ70-зависимым и активируется при ограничении азота. В условиях ограничения азота, регулятор азота Nac связывается с участком, расположенного чуть выше промотора, экспрессирующего гены ГАМК. Гены ГАМК при активации вырабатывают ферменты, которые превращают ГАМК в сукцинат.

Репрессия[править | править вики-текст]

Наличие азота активирует ген csiR, расположенный ниже гена gabP . Ген csiR кодирует белок, который действует как репрессор транскрипции для csiD-ygaF-ГАМК оперонов, следовательно, отключая деградацию пути ГАМК.

Аналоги эукариот[править | править вики-текст]

Деградации путей ГАМК существует почти во всех эукариотических организмах и происходит под действием аналогичных ферментов. Хотя, ГАМК в кишечной палочке в основном используется в качестве альтернативного источника энергии, ГАМК в высших эукариотических организмах выступают в качестве тормозящего нейромедиатора , а также в качестве регулятора мышечного тонуса. Пути деградации ГАМК у эукариот несут ответственность за инактивацию ГАМК.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. (2002) «The Escherichia coli gabDTPC Operon: Specific γ-Aminobutyrate Catabolism and Nonspecific Induction». Journal of Bacteriology 184 (24): 6976–86. DOI:10.1128/JB.184.24.6976-6986.2002. PMID 12446648.
  2. (1990) «Molecular Analysis of Two Genes of the Escherichia coli gab Cluster: Nucleotide Sequence of the Glutamate:Succinic Semialdehyde Transaminase Gene (gabT) and Characterization of the Succinic Semialdehyde Dehydrogenase Gene (gabD)». Journal of Bacteriology 172 (12): 7035–42. PMID 2254272.
  3. (2003) «Multiple stress signal integration in the regulation of the complex σS-dependent csiD-ygaF-gabDTP operon in Escherichia coli». Molecular Microbiology 51 (3): 799–811. DOI:10.1046/j.1365-2958.2003.03867.x. PMID 14731280.
  4. (2004) «Activation of the gab Operon in an RpoS-Dependent Manner by Mutations That Truncate the Inner Core of Lipopolysaccharide in Escherichia coli». Journal of Bacteriology 186 (24): 8542–6. DOI:10.1128/JB.186.24.8542-8546.2004. PMID 15576807.