TRP оперон

Два от най-изучаваните оперони са Trp и Lac опероните. В това видео искам да се фокусирам на Trp оперона, който е важен за производството на триптофан. Триптофанът – може би си спомняш, че това е аминокиселина, често асоциирана с Деня на благодарността и вечерята с пуйка. Но триптофанът, както повечето аминокиселини, е важен за създаването на полипептидите – протеините, които изграждат тялото ти. Затова е важен и Trp оперонът. Тук няма да говорим за тялото ти, а за нещо, което е в него. Ще говорим за Ешерихия коли. Това е оперон, който е в Ешерихия коли, който е част от генома на Ешерихия коли. В тази диаграма би седял ето тук. И само напомням – оперонът е комбинация от гени, както и от регулаторни ДНК последователности за този набор от гени. По-точно имаш промотора, имаш оператора ето тук. Промоторът е там, където се свързва РНК- полимеразата и започва процеса на транскрипция. Операторът е, където репресорът се свързва. Това е важно, за да разберем как работи Trp оперонът. Какво точно кодират тези гени? Тези гени кодират ензими, които се използват в синтеза на триптофана. Винаги се изумявам, че могат да се ползват ензими за синтеза на нещо, което представлява молекула, много по-малка от самите ензими. Реално ензимите, които участват, са изградени от аминокиселини, но се използват за синтеза на определени аминокиселини – Trp E, D, C, B, A. Всички те, щом се презапишат в иРНК и се преведат в рибозомите, тези ензими се използват за синтеза на триптофан, за биосинтез на триптофан. Нека помислим как се случва това. Ако сме в среда с ниска концентрация на триптофан, нашата Ешерихия коли се нуждае от него, има нужда от тази аминокиселина като строителен материал за протеините си. Затова е логично в среда с ниска концентрация на триптофан РНК-полимеразата да се закачи за промотора и да започне процеса на транскрипция – да презапише тези пет гена в иРНК, които после могат да бъдат преведени в тези ензими. Тогава ще имаш още биосинтез на триптофан. Изглежда логично, че искаш да направиш триптофан, ако в средата нямаш много наличен. Но ако имахме много триптофан, какво става? Ако имаш много от нещо, не трябва да хабиш енергия да създаваш още от него. Трябва да имаш предвид, че всички организми около теб са продукт на милиарди години еволюция и са се научили да са много внимателни. Тези, които се селектират еволюционно, обикновено са онези, които не хабят ресурси. Когато имаш триптофан наоколо, вероятно няма да искаш тази транскрипция да се случи. И логично, триптофанът може да играе ролята на корепресор за репресорната молекула, на репресорния ензим, който се прикачва към оператора и възпрепятства РНК-полимеразата да транскрибира. И точно това се случва. Ако имаш среда с висока концентрация на триптофан... Триптофанът очевидно не изглежда като тези малки жълти ръбести неща тук, но това е с цел илюстриране. И полимеразата не изглежда така, нито пък Trp репресорът. Всъщност ти препоръчвам да потърсиш в интернет как изглеждат наистина, изумителни са. Но при наличието на много триптофан, той може да играе ролята на корепресор. Може да се свързва с Trp репресора, да го активира, така че да си промени структурата. И тогава той може да се прикрепи за оператора в оперона и веднъж закачен, РНК-полимеразата вече не може да продължава транскрипцията. Можеш да видиш, че това е ценен кръг на обратна връзка, дори не точно обратна връзка. Ако си в среда с много триптофан, не създавай триптофан. Ако имаш много триптофан наоколо, не произвеждай повече от него. Ако нямаш триптофан, тогава репресорът няма да бъде корепресиран. И тогава триптофанът ще бъде произведен. Триптофанът е интересно нещо, защото контролирането на транскрипцията не е единственото място, където имаш такъв кръг на обратна връзка или някаква ситуация с условие. Можеш да имаш директно инхибиране с обратна връзка между протеините. А това не е свързано с транскрипцията. Но ако това е предшественик на триптофана – тази диаграма е доста абстрактна – и да кажем, че Ензим 1 го превръща в Предшественик 2, Ензим 2 - в Предшественик 3 и Ензим 3 го превръща в триптофан, директно инхибиране с обратна връзка е когато триптофанът може да се свърже или да взаимодейства с Ензим 1 тук. Нека го оцветя, за да видиш. Може да взаимодейства с Ензим 1, така че да спре да катализира превръщането на Предшественик 1 в Предшественик 2. Това ето тук е класическо потискане с използване на обратна връзка. Инхибиране на база обратна връзка. Фокусът на това видео са опероните и генната регулация, но е важно да се разбере, че регулацията на производството на триптофан не се случва само на ниво транскрипция. Няма да се спирам на това тук, това е тема за малко по-напреднали, но също така има регулация на синтеза на триптофан чрез процеса затихване, който не повлиява на започването на транскрипцията, но влияе как нещата приключват и възпрепятства успешното финализиране на целия този процес на синтез на триптофан. Но механизмите, за които се говори най-много, ги обсъдихме вече – те включват действието на триптофана като корепресор на Trp репресора. Както и инхибирането с обратната връзка, което не е част от генната регулация, но можеш да видиш как продуктът от този процес може да блокира един от ензимите в началните фази.