ГАМК-оперон — Википедия

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 код]

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 код]

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 код]

Дифференцированное регулирование промоторов[править | править код]

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

• csiD_p : — σ^S-зависимый и активируется исключительно углеродным голоданием, потому что действие цАМФ-CRP существенную активирует σ^S, содержащую РНК-полимеразу в промоторе csiD.
• gabD_p1: — σ⁷⁰-зависимый и индуцируется многочисленными стрессами.
• gabD_p2: — σ⁷⁰ зависимый и управляется Nac (управляющими усвоением азота) регуляторными белками, экспрессированными в соответствии с ограничением азота.

Механизм регулирования[править | править код]

Активация[править | править код]

Промотор csiD (csiD_p) имеет важное значение для экспрессии csiD (генов, индуцированных углеродным голоданием), ygaF и ГАМК-генов. СsiD_p 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 'csiD_p, таким образом, активируя транскрипцию генов ниже промотора.

gabD_p1 оказывает дополнительное управление gabDTP в регионе. gabD_p1 активирует σ^S вызывая условия, такие как гиперосмотические и кислые сдвиги, кроме голодания и стационарной фазы. Промотор gabD_p2, 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 код]

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 код]

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 код]