Download - Global Regulatory Mechanisms FIND CHAP TOC

Transcript

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

���������� ���� ������� �������������������������

������������������� ������������ ��������������������� �������� ������������ ��������� �����������������

�� ������������������������� ��������������������� ��� ���������������������� ������������������������ ������������������� ������������

��������� ����������������������

����������� ��� ������������ ��������������������� �������������������������������������� ������������ �������������������������������

�������� �������������������� ���� ������ ������������������ ���� ������������������������������������ ����������������

����� ������� ��������������������

���������� ������������������������ ����� ������� �������������������� �������������������������������������������� ��������������������������������

��� ��� ���������� �������

�� �����������������

������������������ �������������������� ���� ������� ���� ������ ������������������� �����������������������������������������������������������

���������������� ���������������������� ���� ������ ����������������� ������������������������������������������������ ��������������������������������������� ���������������������

������ ���������������������� ��� ����� ������������������ ������������������������������������� ��������������� ������� �������������������

������������� �������������������� ���������������������������������������������

�� ������

�������������� ������������������� ����� ������������ �������������������� ������� ��� �����������������������������

���������������������� ���� ������ ����������������� ������������������������� �������������� ����������������������������

��������� ����������� �������������������� �����������������������������������

���� ������������� ���� �������

������������� ������������������� ���� ������ ������������������� ������������������������������������������������ ���������������� �������������������������������

���������������������������������

���� ������ ������������������� ����������������������������������������� ����������

���������� �������������������� ���� ������ ������������������ ������������������������������������������� ��������������������������������

����������� ��� ����������������������������������������� ��� �����������

���� ������ ������������������ ������������������������� �������� ���� ������������������������

�������� ������������������� ���� ������ ����������������� �������������������������������������� ��������������� ��������������������������

Table 13.1

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

1.0

0.1

Time

Glucose

Galactose

Op

tical

den

sity

Log

x

or

0.01

Figure 13.1

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

IIAGlc

XXX

P~

P~

Glucose

Glucose-6-P

Glycolysis

IIGlc

IIAGlc Highconcentration

IIAGlc

PEP:pyruvate

A

B

Hpr

Hpr~P

ACInactiveadenylate cyclase

Inactivelactose permease

Lactose nottransported

P~

IIGlc

IIAGlc

Highconcentration

LacZ

GlycolysisPEP:pyruvate

Hpr

Hpr~P

ACActiveadenylate cyclase

Lactose

Figure 13.2

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

β′β

G–70 –55 –35 –10 +1

T G G T T A GA C T C A

C

CAP-binding site

A

A C C A A T CT G A G T G mRNA

C RNA Pol interaction region

+1–61.5

Class I promoter

B

–10–35

CAP

+1

β′β

–41.5

Class II promoter

–10

σ

αNTD

CAP

αCTDσ

αNTD

αCTD

Figure 13.3

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

I1 I2

–35 hexamer

–10 hexamer

RNA Polymerase

σCRP AraC

Figure 13.4

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

CAP

cAMP

lacZYA mRNA

RNA Pol

A

+Lactose–Glucose

–100 –90 –80 –70 –60 –50 –40 –30

CAP site

–20 –10 +1 +10 +20 +30 +40

RNA Pol interactionsOperator

–35 region –10 region

CAP

cAMP

D

ON

B+Lactose+Glucose OFF

C

–Lactose+Glucose OFF

Repressor

–Lactose–Glucose OFF

Repressor

Figure 13.5

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

G T G A G T T

CAP site

A G C T C A C

C A C

AT

L8

T C A A T C G A G T G

T A T G T T G T G T GG A+1

A T T

A T A C

Class IIIClass IIClass I

A A C A C A C C T T A A

–10–35

AATT

UV5

Figure 13.6

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

Low NH3

NH3 + glutamate glutamine

High NH3

Glutaminesynthetase

glutamineGlutaminesynthetase

Glutamine + α-ketoglutarate 2 glutamatesGlutamatesynthase

NH3 + α-ketoglutarate glutamateGlutamatedehydrogenase

NH3 + glutamate

Figure 13.7

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

σ54

–140

P

–108 +1

Open-complexpromoter

RNA Pol

glnA

ON

NtrC

NtrC

PIIPII -UMP

NtrC

NtrBNtrB P

P

GlnD

α-KG

+Gln

P

NtrC

Figure 13.8

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

Periplasm

Cytoplasm

ATPADP

ON

PResponse

regulator

Sensorkinase

I II

Stimulus

Sensor kinase

Sensordomain

DNA-bindingdomain

ATP

N

C

H

PO3

D

PO3

A Two-component system

B Phosphorelay

1

2

Response regulator

N

C

KinA

Sensordomain

ATP

N

C

H

PO3

Spo0F

1

D

PO3

2

N

C

Spo0B

N

C

H

PO3

C

Spo0A

3

D

PO3

4

DNA-bindingdomain

N

P

Periplasm

Cytoplasm

ATPADP

ON

PResponse

regulator

Sensorkinase

I II

Stimulus

Sensor kinase

Sensordomain

DNA-bindingdomain

ATP

N

C

H

PO3

D

PO3

A Two-component system

B Phosphorelay

1

2

Response regulator

N

C

KinA

Sensordomain

ATP

N

C

H

PO3

Spo0F

1

D

PO3

2

N

C

Spo0B

N

C

H

PO3

C

Spo0A

3

D

PO3

4

DNA-bindingdomain

N

P

Box 13.3

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

D

N

Spo0ADNA-

bindingdomain

DNA

CN C

0A box0A box

C Spo0B-Spo0F cocrystal structure

Spo0F Spo0FSpo0B dimer

D Spo0A (C-terminal domain)-DNA cocrystal structure

D H

H

Box 13.3 cont.

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

p1 p2 glnA ntrB ntrCp3

p3 σ70

p1 σ70

p2 σ54

P

NtrC

Figure 13.9

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

–35σ70 promoter

σ54 promoter

–10 +1

T T G A

–35

C AA A C T G T

T TA

A T A A TA T A T T A

+1

TA

σ32 promoter

–24 –12 +1

C T GG X AG A C C X T

T TA

T G C AA A C G T

T C T C X C C C T T G A AA G A G X GGG A A C T T

–10

C C C C A T X T AGGGG T A X A T

Figure 13.10

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

N C

477 amino acids

Closed complexRNA Pol

B

A

–24

Activator

NDP + Pi

–12 +1

Core binding DNA binding

Open complex

RNA Pol

–24 –12 +1

σ54

σ54

HTH

Activation

NTP

Box 13.4

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

���������� �����������������������������

���� �������������� ������� ��������

���� �������������������� ��������������������

���� ������������ ���������������������������������������������������������

���� �������������������� ����������������������������

�������������������������������������

���� ��������������������������� ������������������������������������

���� ���� ��� ������������������������������������������������������

���� ���� �������������� �������������������������������������

���� ���� �������������� ������������������������������������������������������

Table 13.2

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

RNA Pol

+1

ATP

ADP + Pi

A

ATP-bindingmotif

1 469 Amino acidsP

PP

RegulationTranscriptional

activationDNA

binding

N C

B

–140 –108 –27 –11

glnA

glnA

+1

NtrC binding

UAS Promoter

σ54 binding

G C A C C A N3 T GG T G C

T T GG C A C A G A T T T C G C T

C G T GG T N3 A C C A C G

σ54

ON

NtrC NtrC

Figure 13.11

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

���������� ������������������ ��� ���� ���������

�������� ���������

����� ����� ����� �����

����� ����� ����� �����

���������� ����� ����� �������

����� ���������� ����� ����� ����������������

����� ����� �����������������

���������� ���������� ����� ����� ����������������

����� ����� �����������������

����� ���������� ����� ����� ����������������

����� ����� �����������������

����� ���������������� ����� ����� ����� ����������������

����� ����� �����������������

��� ����������������������������������������������������������

Table 13.3

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

1 32

3′

3′

5′

5′3′Base

pairing3′

Translationinhibited

A

I. DsrA RNA

II. OxyS RNA

Negative regulation

5′5′

5′

S-D

fhlA mRNA5′

5′

hns RNA

S-D

S-D

rpoS mRNArpoS

3 1 32

3′

5′ 5′3′

5′

5′

1

Translationinhibited

Basepairing

TitratesII. OxyS RNA

5′5′

Basepairing

Translationallowed

B

I. DsrA RNA

Positive regulation

332

S-D

rpoS mRNA

5′rpoS

Translationallowed

Hfq

Hfq

Hfq

Hfq+5′

1 32

3′

3′

5′

5′3′Base

pairing3′

Translationinhibited

A

I. DsrA RNA

II. OxyS RNA

Negative regulation

5′5′

5′

S-D

fhlA mRNA5′

5′

hns RNA

S-D

S-D

rpoS mRNArpoS

3 1 32

3′

5′ 5′3′

5′

5′

1

Translationinhibited

Basepairing

TitratesII. OxyS RNA

5′5′

Basepairing

Translationallowed

B

I. DsrA RNA

Positive regulation

332

S-D

rpoS mRNA

5′rpoS

Translationallowed

Hfq

Hfq

Hfq

Hfq+5′

Box 13.5

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

OFF

High Fe2+

β phage

toxdtxR

DtxR

Fe2+

ON

Low Fe2+

toxdtxR

DtxR

Figure 13.12

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

ompT toxR toxS ctxA ctxBtcpP tcpH tcpA–F toxT

OmpT

ToxS ToxS

ToxR

Outermembrane

Periplasm

Innermembrane

–100 to –69

–51 to–32

CTX prophageVirulencefactors

ToxRS

ompU

OmpU Toxin-coregulated pilus (TCP) A1B5 cholera toxin

ToxS

ToxR

ToxR

TcpH

TcpP

+ +

+

+

ToxT

V. choleraepathogenicityisland (VPI)

Cytoplasm

Figure 13.13

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

bvgSbvgAG BvgS+GGGGGC C C C

GC+

C C

bvgSbvgAG BvgS–GGGGGC C C C

GC–

C CGC

bvgSbvgAG BvgS+GGGGGC C C C C C

Figure 13.14

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

σ32

p1

σ24

σ32 mRNA

σ70

σ32

σ32

p3 p4

rpoH

p5

mRNAσ32

phsp Heat shock genes

RNA Pol

DnaK

Repression

Degradation

Degraded

Refolded

No stress

DnaK

GrpE

Stress

Denaturedproteins

DnaJ

DnaJ

DnaK

No stress

Figure 13.15

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

thrU tyrU glyT thrT tufB rplK rplA rplJ rplL rpoB rpoC

Figure 13.16

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOCExcess rRNA

mRNA

rplArplK

LIILI

rRNA

LI

LI

rRNA

rRNA

Limiting rRNA

mRNA

rplArplK

LI

LI

rRNA

Excess rRNA

mRNA

rplArplK

LIILI

rRNA

LI

LI

rRNA

rRNA

Limiting rRNA

mRNA

rplArplK

LI

LI

rRNA

Figure 13.17

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

One copyGene A

A A

Two copies

Not autoregulated

Gene A

A A

Gene A

A A

One copyGene A

A A

Two copiesGene A

A

Gene A

A

Autoregulated

Figure 13.18

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

EF-Tu

RelA

ppGpp

ppGpp

C U G U U U A A AC A C A A A

A A A

Phe

NH2

Phe

U U U

C U G U U U

U U

1

U

A A AA A A

Ribosomestalls

GlnNH2

C U G U U U A A AA A A

Phe

GlnNH2

Phe

Gln

2

3

RelA makesppGpp

4

Figure 13.19

Global Regulatory Mechanisms13 FIND CHAP TOC

Glass slide

Affix DNA

Hybridization

cDNAs

10–100,000 spots

Oligonucleotidesor

denatured dsDNAPCR products

Label withgreen fluorescent

nucleotide Isolate RNA

Label withred fluorescent

nucleotide

cDNAs

1

A

A

A

Band

2

Confocal fluorescencemicroscopy scanning

Equal expressionin RNA samples

More expression in

3

Isolate RNA B

Reverse transcriptase

Yellow Yellowgreen

Orange

Green Red Yelloworange

A Bthan

More expression in B Athan

Somewhat more expression in

Highlyexpressedin RNAsample

B Athan

B

Highlyexpressedin RNAsample

mix

Figure 13.20