同时在细菌基因转录和翻译

引用:拉斯顿,一个。 (2008)同时在细菌基因转录和翻译。自然教育 1 (1):4

你将如何使转录和翻译工作当你不再有核吗?细菌有一个有趣的答案。

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在细菌,信使核糖核酸是翻译成蛋白质当它被转录。不像真核生物的没有明显的细胞,细菌核分开DNA从核糖体,所以没有直接的障碍翻译。事实上,在高倍率的图像细菌所产生的电子显微镜,可以看到核糖体信使rna翻译仍在转录的DNA。这个过程只是不会在真核细胞工作,主要是因为真核rna含有内含子和外显子和之前必须编辑翻译就可以开始了。真核细胞核因此提供了一个独特的室在细胞内,允许转录和拼接继续之前的开始翻译。因此,在真核生物中,转录发生在细胞核,翻译中发生细胞质。换句话说,真核生物的转录和翻译是时空上分离。

相反,细菌,它有一个相对简化基因组,不需要单独的转录和翻译的过程。事实上,几个优点可能由这些过程的耦合。一个优势包括转录和翻译所需的能量;具体来说,所需要的能量驱动转录的过程可以提供的大规模支出不稳定核苷酸三磷酸腺苷在翻译的过程中。耦合的转录和翻译的另一个优势是它提供了一个新颖的机制基因监管。

trp操纵子的转录衰减

trp operon. At high concentrations of tryptophan, base pairing within the 5-prime UTR terminates transcription. At low concentrations of tryptophan, a different combination of base pairing within the 5-prime UTR allows transcription to occur.", "true", "All rights reserved.", '627', '477', '//www.scienovate.com/nature_education');"> 两部分的示意图显示了两种DNA结构可以形成在trp操纵子5 ' UTR基于色氨酸浓度。上面板标识四碱基配对的5 ' UTR区域。较低的面板显示了发生在衰减的碱基配对和anti-termination构象。在高色氨酸浓度,区域1和2和3和4碱基对区域,终止转录。色氨酸浓度较低,区域2和3碱基对,允许转录发生。

两部分的示意图显示了两种DNA结构可以形成在trp操纵子5 ' UTR基于色氨酸浓度。上面板标识四碱基配对的5 ' UTR区域。较低的面板显示了发生在衰减的碱基配对和anti-termination构象。在高色氨酸浓度,区域1和2和3和4碱基对区域,终止转录。色氨酸浓度较低,区域2和3碱基对,允许转录发生。

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图1:监管的操纵子转录。

trp operon. At high concentrations of tryptophan, base pairing within the 5-prime UTR terminates transcription. At low concentrations of tryptophan, a different combination of base pairing within the 5-prime UTR allows transcription to occur.", "true", "All rights reserved.", '627', '477', '//www.scienovate.com/nature_education');">色氨酸的浓度控制转录的trp操纵子。在高浓度的色氨酸,碱基配对在5 ' UTR终止转录。在低浓度的色氨酸,不同组合内的碱基配对5 ' UTR允许转录发生。

trp operon. At high concentrations of tryptophan, base pairing within the 5-prime UTR terminates transcription. At low concentrations of tryptophan, a different combination of base pairing within the 5-prime UTR allows transcription to occur.", '627','//www.scienovate.com/nature_education', "In the upper panel, the trp operon is depicted as a horizontal grey cylinder. Colored regions along the cylinder represent important structural regions. In the 5-prime-UTR, a light green segment represents the ribosome binding site, a green segment represents the start codon, two dark blue segments represent region 1, two small light blue regions represent Trp codons, an orange segment represents region 2, a bright blue segment represents region 3, and a brown segment represents region 4. In the trp E gene, a green segment represents the start codon and a pink segment represents the trp E gene. In the lower panel, the attenuation and anti-termination DNA conformations of the 5-prime UTR are shown in two side-by-side schematic illustrations. In the attenuation conformation, the dark blue segments of region 1 base pair with the orange segment of region 2, and the bright blue segment of region 3 base pairs with the brown segment of region 4. Small hairpin loops are present between regions 1 and 2 and between regions 3 and 4. A large loop is present between regions 2 and 3. This conformation occurs in the presence of high levels of tryptophan, and it causes a termination of transcription. In the anti-termination conformation, regions 2 and 3 base pair, leaving regions 1 and 4 unpaired. The loops between regions 1 and 2 and between regions 3 and 4 are larger than in the attenuation conformation, and the loop between regions 2 and 3 is smaller. This conformation occurs in the presence of low levels of tryptophan, and it allows transcription to proceed.")" class="inlineLinks">细节图

因为在细菌,转录和翻译同时发生变化影响一个进程自动影响其他。这种关系可以利用提供原核生物的基因调控机制,是独一无二的。这种监管的一个例子是由trp提供操纵子,一直在研究大肠杆菌。一群trp操纵子基因参与生产氨基酸色氨酸(trp)。大肠杆菌可以制造自己的trp,但这只会让尽可能多的是必要的。事实上,一个重要的机制trp操纵子调控衰减;这个聪明的反馈机制利用转录和翻译同时发生的事实大肠杆菌。

trp操纵子的衰减或抑制,通过翻译的速度影响的事实核糖核酸结构,进而影响转录的速度。翻译因此转录干扰,使得这个translation-mediated转录衰减的一个例子。从力学上看,这种衰减实现因为特殊序列的开始记录附近,称为领袖(trpL),创建两个交互可能的RNA构象:终止转录(《终结者》干),和一个宽容转录(anti-terminator茎)(图1)。

的机制形成的终结者杆破坏继续转录是可以理解的。最近的研究显示,这种在RNA二级结构的形成上游RNA聚合酶会导致解散的RNA聚合酶/ DNA复杂(Gusarov & Nudler, 1999;雅纳尔&罗伯茨,1999),因此进一步转录的关闭。

有趣的是,终结者和anti-terminator构象之间的选择取决于翻译的速度。这增加了额外的一层复杂性系统,翻译的速度是影响可用性的。鉴于trp是一个用于构建蛋白质,氨基酸的可用性会影响蛋白质的速度创建包含许多trp残留。因为trp-rich trpL地区编码多肽,它的翻译将会快速trp充足时,当不是和缓慢。反过来,快速翻译trpL导致终结者茎的形成和衰减的持续表达trp操纵子。因此,当trp充足,转录和翻译反应耦合过程和关闭。