ラクトースオペロン
ラクトースのみがラクトースオペロンのインデューサー(リプレッサーをDNAから引き離し、負の制御を解除するタンパク質)として機能するのではなく、ラクトースの代謝産物であるグルコースもインデューサーとして機能する。ラクトースおよびグルコースが大量に存在する場合、ラクトースを分解する反応は大腸菌にとっては不必要である。そのため、ラクトースリプレッサーとは別の発現調節がなされる。
グルコースの存在下ではカタボライト抑制 catabolite repression と言われる発現調節機能が働く。lacプロモーターlacPの5'上流側はCAP結合部位(またはCRP結合部位)と重なっており、下流側はRNAポリメラーゼ結合部位となっている。CAP(あるいはCRP)とは、カタボライト遺伝子活性化蛋白質のことで、CAPはcAMP(環状AMP)と結合することにより活性化する。lacオペロンの構造遺伝子の転写を促進するためには、CAP-cAMP複合体がCAP結合部位に結合している必要がある。
↑ ラクトースは、グルコースとガラクトースの二種類がβガラクトシド結合で連結した化合物である。このように、糖質は環状の化合物(単糖)が鎖のように連なった重合体だ。二種類から成るものは二糖という。
↑ アロステリック調節とは、タンパク質を分解することなく機能を喪失させる阻害様式の一つ。特定の分子Aに結合されると、そこから離れた部位が構造変化し、別の分子Bとの相互作用が変化する。この変化でBとの結合能力を失う。
↑ CAPと名付けたのはジェフリー・ズベイ (Geoffry Zubay) で、CRPはアイラ・パスタン (Ira Pastan) だ。ズベイは、大腸菌の細胞を破壊して得た抽出物にcAMPを加えるとβガラクトシダーゼが産生されることを確認した。このことはcAMPのペアの発見につながり、命名した。後にパスタンのグループも同じタンパク質を見出し、CRPと呼んだ。本稿では先に出たCAPで統一するが、コードする遺伝子の名称はcrp と公認されている。
↑ アボーティブ転写産物 abortive transcript とは、転写が始まったばかりの時期に合成される短いRNAである(アボーティブ:早産)。転写開始部位から数ヌクレオチドしか転写されずに放棄された失敗作であり、転写初期にしばしばいくつか合成される。10ヌクレオチド以上の転写に成功したとき、RNAポリメラーゼはようやく転写を本格的に実行でき、このことをプロモーターからの脱出 escape という(プロモーター内の転写開始部位から10ヌクレオチド合成した先がプロモーターの外)。
ラクトースオペロンのアクチベーターであるサイクリックAMP cyclic-AMP:cAMP はガラクトースやアラニンなど、他のオペロンでも正の制御をおこなう。この効果はほかのタンパク質と複合体と結合することで発揮される。このタンパク質の一つはカタボライト活性化タンパク質 catabolite activator protein:CAP (サイクリック-AMP受容体タンパク質 cyclic-AMP receptor protein:CRP とも呼ばれる)。
CAPとcAMPはどのようにラクトースオペロンを活性化させるのだろうか。これらは、プロモーターの-35ボックスすぐ上流にあるアクチベーター結合部位 activator-binding site であるCAP結合部位にCAP-cAMP複合体が結合することで、転写を実行するRNAポリメラーゼをプロモーターに引き寄せる。これを誘引 recruitment という。ラクトース、ガラクトース、およびアラニンオペロンのアクチベーター結合部位は全てTGTGA配列を含む。硫酸ジメチルにさらす実験で、結合したCAP-cAMP複合体はグアニンをメチル化から保護するためこの重要性がうかがえる。すなわち、特に配列中のグアニンに強く結合するのだ。
誘引には次の2つの段階がある。(1)閉鎖型複合体の形成補助。(2)開放型複合体への移行補助。