Kapitel 6

Gen permanent aktiv

1) Menge

• Transkription: Menge an mRNA variiert

• Translation: mRNA translatiert

-> zusammen Genexpression

2) Aktivität

• Post-translationale regulation

Kontrolliert

Für die transkribition muss die RNA polymerase eine spezifische Startstelle auf der DNA, dem Promotor erkennen

• regulatorische Proteine helfen dabei

Die große Furche der DNA ist aufgrund ihrer Größe die wichtigste Stelle für Proteinbindung

Umgekehrte Wiederholungsequenzen: Stellen, an denen regulatorische Proteine spezifisch an die DNA binden

Oft homodimere: Identischen Polypeptiduntereinheiten zusammengesetzt, Von denen jeder in Domänen( Bereich eines Proteins, die die einen spezielle Struktur und oder Funktion haben) unterteilt ist

DNA Bindeproteine:

• Helix-Turn-Helix Struktur

• Zinkfinger Eukaryoten

• Leucinreißverschluss

Mechanismen um Transkription zu verhindern

1) Represssion: Hemmung der Enzymsynthese als Reaktion auf ein Signal

• corepressor: Substanz, enzymsynthese unterdrückt

2)induktion: Bildung eines Enzyms als Reaktion auf ein Signals(oftmals in Gegenwart eines Substrats für das Enzym)

• induktor: enzyminduktion initiiert

Effektor: induktor, Corepressor -> indirekt durch binden DNA Bindeproteine - die Transkriptionen beeinflussen

Repressorprotein: Ein Regulator, ungarisches Protein, dass ein spezifische Stellen auf der DNA bindet und die Transkriptionen blockiert. Es ist an der Negativkontrolle beteiligt.

Allosterisch: Ein Protein, dass eine( Katalytische Aktivität) Einstelle für sein Substrat hat und eine allosterische Stelle, um ein Effektormolrkphl zu binden, beispielsweise das Endprodukt eines Synthesewegs

Operon: Zwei oder mehr Gene, die in einziger RNA transkribiert werden und unter der Kontrolle eine einzige Regulation stelle stehen

Ein Mechanismus zur Regulation der Genexpression, bei dem ein Aktivator Protein, die Transkriptionen als Genes oder mehrere Gene fördert

Aktivatorprotein: Ein Regulatorische Protein, dass ein spezifischen Stellen auf der DNA bindet und die Transkriptionen einleitet, es wirkt an der Positivkontrolle mit

Regulieren: eine Reihe von Operond die als Einheit kontrolliert werden

Globale Kontrollsysteme: Regulationsmechanismen, die auf Signale in der Lebens Umgebung durch die Regulation vieler verschiedene Gene antworten

Katabolitrepression: Unterdrückung alternativer Kataboler Wege durch eine bevorzugte Kohlenstoff oder Energiequelle

• aktivatorprotein abhängig: zyklisches AMP Rezeptorprotein (CRP) - bindet nur wenn zyklische Adenosimonophosphat(AMP) gebunden hat

• Zyklisches AMP: ein regulatorisches Nucleotid, das an der katabolitrepression beteiligt ist, schlüsselmolekühl, regulatorisches Nucleotid, aus ATP Durch ein Enzym mit der Bezeichnung Adenylatcyclase synthetisiert

• Regulatorisches Nucleotid: Ein Nucleotod, das als Signal wirkt und nicht in die RNA oder DNA eingebaut wird) -> weitere bsp. Zyklisches Guanosinmonophosphat (GMP)

Bacteria: DNA Bindeproteine Aktivität der RNA- polymerase hemmen ( repressor) oder Die Aktivität der RNA- polymerase stimulieren ( aktivatorprotein)

Eukaryoten; viele DNA bindeproteine( transkriptionsfaktoren) RNA polyemerase zusammen wirken lassen

Archaea: entweder hemmen sie das binden der RNA polymerase oder hemmen das binden TBP ( Tata bindeproteine), TFB (Transkriptionsfaktor B) ohne die, kann die polymerase nicht an Promotor binden

NrpR- Protein: hemmt Gene die bei der stickstoffassimilation aktiv sind ( Stickstoff Fixierung, Glutaminsynthese), wenn viel vorhanden ist

-> bei Mangel: alpha- ketoglutarat ( Zwischenprodukt citratzyklus) bindet an NrpR , hört auf zu hemmen

Aarxhaeelle Regulatoren sowohl als Repressor als auch aktivator wirken

TrmBL1: Repressor für andere Zucker, Aktivator Glucosynthese, binden blockiert RNA polymerase Bindung (aufheben durch binden anderen Zuckern) , binden vor genen Glucosesynthese hilft Transkription

In vielen fällen wird das externe Signal allerdings nicht direkt an das regulatorische Protein weitergeleitet, sondern von einem Sensor aufgenommen, der diese Signal an die regulatorischen Maschinerie weiterleitet

zweikomponenten System: ein regulatorisches System, dass aus zwei Proteinen besteht, einer sensorkinase ( Ein Protein, dass ich selbst als Antwort auf ein externes Signal phospholiert Und dann die phosphorylgruppe auf ein responsregulator übertragt , cytoplasmamembran, histidinkinase Historie Rest ) und einem Responseregulator ( von sensorkinase phosphoryliert wird Und dann als Regulator wirkt, Bindung DNA, cytoplasma )

Rückkopplungsschleife: Regulatorischen Kreislauf schließen, Antwort beenden, phosphatase Enzym welches Phosphat von Responsregulatorbentfernt

Archaea parasitischen Bakterien selten bis gar nicht

Reaktionen auf Phosphatmangel, stickstoffmangel oder osmotischen Druck

Mehrer regulatorische Elemente, komplexbreguöiwrtv

1. Sensor-Proteine cytoplasmamembran: Anziehen und abstoßen Substanz wahrnehmen ( methyl akzeptor chemotaxis- Proteine, MCPs)binden Substanz direkt oder indirekt ( periplasmatischen bindeproteinen) - >mit Sensorkinasen in Wechselwirkung

1. sensorkinasen Wechselwirkung laufe der Zeit konznetration feststellen

2. Auswirkung Geißelrotation, CheY Uhrzeigersinn vorwärts, dagegen taumeln

3. Adaptation: Rückkopplungsschleife System auf null

-> andere Taxis gleiche Lösung andere Sensor Proteine

Ein regulatorisches System, Dass die Populationdichte überwacht und die Genexpression auf Grundlage der Zelldichte kontrolliert

Bacteria, wenigen Archaea, Eukaryoten

Autoinduktor: Synthetisiert spezifisches Signalmolekühl, frei außerhalb -> nur Zell innere wenn viele anderen Bakterien da sind und es produzieren, bindet spezifisches proteinaktivator/ sensorkinase zweikomponentensystem Transkription spezifischer Gene aus

Grampostiv: kurze peptide

Gramnegativ: AHLs, AI2

Weit verbreiteten Regulationsmechanismus handelt, der von Bakterien benutzt wird, um Nahrungsmangel, umweltstress und Exposition mit Antibiotika zu überleben

Die Auslösung der Strigenten Antwort führt dem Endeeffekt zu Beendigung der Synthese von Makromolekülen und zur Aktivierung der Stress Antwort

Bsp.

• aminosäureüberschuss-> Aminsoäuremangel: Synthese rRNA/ tRNA aufgehört , biosynthese Proteine aktiv-> fehlende Aminosäuren synthetisieren, langsam Start rRNA Synthese, geminderte Wachstums Geschwindigkeit

Auslöser: zwei regulatorischen Nucleotiden

• Guanointertraphosphat (ppGpp)

• Guanosinpentaphosphat (pppGpp)

-> RNA polymerase binden

Umgebung und Habitat wichtig

• sinkende Nährstoffe

• Kohlenstoff- ammoniummangel

• Sauerstoffhaltige/ phosphatlimitiert

Bsp. Katabolitrepression, stringente Antwort, Aktivator, repressor, SignalMolekül, zwei Komponenten- regulationssystem, regulatorische RNA

Regulieren viele Gene, die mehr als ein regulon umfassen

Bacteria gut untersucht

• Phosphat regulon (Reaktion phosphatkonzentration)

• Hitzeschock -Antwort

• RpoS Regulon (allgemeine Antwort auf Stress)

Phosphor essenziell: DNA/ RNA/ Membran Synthese, Energieerzeugung, signalübertragung

Anorganisches Phosphat, limitierend -> umgehen regulon

Zweikomponentensystem: aus organischen Phosphat, Transport, Enzyme der Speicherung, kann auch an promotor binden -> DNA binden verhindern ( mehr reprimieren als aktivieren) , Pathogenese regulieren

Proteine, die durch eine hohe Temperatur( Oder bestimmte andere Stresssituationen) Induziert werden und dazu dienen, gegen hohe Temperaturen zu schützen, vor allem durch Rückfaltung von teilweise denaturierten Proteinen oder durch deren Abbau

Kontrolliert: Sigma Faktoren RpoH -> Expression hitzeschockproteine Cytoplasma, wenige Minuten danach abgebaut/ bei Hitzeschock kein Abbau

RpoS- Regulon : sensiert, leitet Signal andere Regulatoren weiter

Gramnagtive Zusatz zu stringenten Antwort

Transkriptionelle, translationelle, Post Translationelle Regulationen beeinflusst

RNA, die nicht in Proteinen translatiert wird. Bsp. Ribosomale RNA, Transfer RNA und kleine regulatorische RNAs , kleine RNA Moleküle am spleißen beteiligt

Kleine RNAs, direkt basen Paarung mit anderen RNA Molekülen-> Bindung beeinflusst translationsrate der mRNA, da Ribosomem doppelsträngige RNA nicht translatieren können

Vier verschiedene Mechanismen:

basenpaare mit Ziel mRNA verändern sekundärstruktur

-> 1) Bindung freier Ribosomenbindestelle blockieren

-> 2) zuvor blockierten Ribosomenbindestelle öffnen, ribosomen zugang zu mRNA

Stabilität mRNA beeinflussen

->3) Abbau des Transkripts durch Ribonucleasen erhöhen, verhindert Ablesung neuer Proteine

->4) Abbau des Transkripts durch Ribonucleasen vermindern

Eine RNA Domäne, Die im Allgemeinen in einer mRNA , An die ein gleich spezifisches Molekül bindet und seine Sekundärstruktur verändern kann. Diese kontrollieren wiederum die Translation der mRNA.

-> nicht über komplementäre baspaarbindung sondern Faltung der RNA

Meist translation nicht Transkription

Kein regulatorischen Protein

Einige Bakterien, wenigen Pilzen/ Pflanzen - > heute fast nur Proteine

Ein Mechanismus zur Kontrolle der Genexpression, normalerweise wird die Transkriptionen nach der Initiation beendet, aber bevor eine Messenger RNA mit vollständige Länge gebildet wurde

Bacteria und Archaea

Erst Teil der mRNA( Leaderregion, Tryptophan operon

) sich in zwei alternativen Sekundärstrukturen faltet, kontinuierliche Synthese mRNA

Eine Regulation, bei welcher der Überschuss eines EndProduktes, ein Stoffwechselweges aus mehreren Schritten das erste Enzym des Weges hemmt

Gesamte Weg stillgelegt-> keine zwischen Produkte

Umkehrbar, sinkt Konzentration des Endprodukts wir der Weg wieder reaktiviert

Enzym zwei bindestellen

• aktive Zentrum: Substrat bindet

• Allosterische stelle: Endprodukt bindet -> Konfirmationionsänderung

Andere Enzyme, welche die gleiche Reaktionen katalysieren, aber anderenre regulatorische Kontrollmechanismen unterliegen

Enzyme reguliert, anfügen abspalten kleinen Moleküls

Bsp, Adenosinmonophosphat (AMP), Adenosindiphosphat (ADP), Uridinmonophosphat (UMP)

Bsp. P II Proteine:

• Anhängen UMP

• anhängen AMP

• Phosphorylierung

Post translational

Anti-Sigmafaktor binden und inaktivieren