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Opéron arabinose

L'opéron arabinose, ou opéron ara est un opéron servant au transport et au métabolisme de l'arabinose chez Escherichia coli et qui a, comme l'opéron lac, été le sujet d'études intensives en génétique, biochimie, physiologie et biophysique.

Structure de l’opéron arabinose

L’opéron arabinose est constitué de :

  • 3 gènes structuraux :
    • araA : code la L-arabinose isomĂ©rase (EC:5.3.1.4[1]) qui catalyse la rĂ©action:  L-arabinose ⇌ L-ribulose[2]
    • araB : code la ribulokinase (EC:2.7.1.16[3]) qui catalyse la rĂ©action : ATP + L(ou D)-ribulose ⇌ ADP + L(ou D)-ribulose 5-phosphate[4]
    • araD : code la L-ribulose-5-phosphate 4-epimerase (EC:5.1.3.4[5]) qui catalyse la rĂ©action : L-ribulose 5-phosphate ⇌  D-xylulose 5-phosphate[6]
  • Promoteur pBAD : site de fixation de l’ARN polymĂ©rase pour la transcription des gènes araB, araA et araD
  • Promoteur pC : site de fixation de l’ARN polymĂ©rase pour la transcription du gène araC
  • Gène rĂ©gulateur :
    • araC : code la protĂ©ine rĂ©gulatrice AraC possĂ©dant un domaine de liaison de l’arabinose. La protĂ©ine AraC est impliquĂ©e dans la rĂ©gulation positive et nĂ©gative de l’opĂ©ron ara.
  • 3 sĂ©quences rĂ©gulatrices auxquelles se lie la protĂ©ine AraC:
    • araO1 : Site de liaison de la protĂ©ine AraC pour inhiber sa propre transcription par le promoteur pC.
    • araO2 : Site de liaison de la protĂ©ine AraC qui, en absence d’arabinose, permet l’inhibition de la transcription par le promoteur pBAD en formant un complexe avec la protĂ©ine AraC liĂ©e au site araI.
    • araI : Site de liaison de la protĂ©ine AraC qui, en absence d’arabinose, permet l’inhibition de la transcription par le promoteur pBAD en formant un complexe avec la protĂ©ine AraC liĂ©e au site araO2

Mécanisme de régulation

L’opéron arabinose d’E. coli est régulé par une protéine AraC qui possède la propriété d’agir comme répresseur et activateur selon les conditions. La régulation de cet opéron fait intervenir la protéine AraC ainsi que trois séquences régulatrices différentes : araO2, araO1 et araI.

Régulation négative

Lorsque l’arabinose est absent, la protĂ©ine AraC agit comme rĂ©presseur. La liaison de la protĂ©ine AraC au site araO2 et araI permet la rĂ©pression de l’opĂ©ron et inhibe la transcription des gènes araB, araA et araD. Une interaction entre les deux molĂ©cules d’AraC est responsable de cette inhibition puisqu’elle engendre une courbure de l’ADN, empĂŞchant la fixation de l’ARN polymĂ©rase au promoteur pBAD. En absence d’arabinose, AraC agit donc comme rĂ©presseur et inhibe la transcription des gènes de l’opĂ©ron.

RĂ©gulation positive

Lorsque l’arabinose est prĂ©sent, la protĂ©ine AraC agit comme activateur de l’opĂ©ron ara pour cataboliser l’arabinose en xylulose-5-phosphate. Les protĂ©ines AraC liĂ©es aux sĂ©quences rĂ©gulatrice de l’opĂ©ron (araO2, araO1 et araI) possèdent un domaine de liaison de l’arabinose. Ainsi, lorsque l’arabinose est prĂ©sent, celui-ci se lie Ă  son domaine de liaison sur les protĂ©ines AraC fixĂ©es aux sĂ©quences rĂ©gulatrices. Le complexe AraC-arabinose formĂ© au site araI stimule la transcription des gènes. Les complexes AraC-arabinose  formĂ©s aux sites araO2 et araI empĂŞchent quant Ă  eux l’interaction entre les deux protĂ©ines AraC et par le fait mĂŞme, empĂŞchent l’ADN de se recourber sur lui-mĂŞme. L’ARN polymĂ©rase peut alors se lier au promoteur pBAD et effectuer la transcription des gènes araB, araA et araD. En prĂ©sence d’arabinose, AraC agit donc comme activateur de la transcription des gènes de l’opĂ©ron.

Bibliographie

Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J.Woolverton (trad. Jacques Coyette et Max Mergeay), Microbiologie, De Boeck Supérieur, 2010, p. 300

Notes et références

  1. « BRENDA - Information on EC 5.3.1.4 - L-Arabinose isomerase », sur www.brenda-enzymes.org (consulté le )
  2. « araA - L-arabinose isomerase - Escherichia coli (strain K12) - araA gene & protein », sur www.uniprot.org (consulté le )
  3. « BRENDA - Information on EC 2.7.1.16 - ribulokinase », sur www.brenda-enzymes.org (consulté le )
  4. « araB - Ribulokinase - Escherichia coli (strain K12) - araB gene & protein », sur www.uniprot.org (consulté le )
  5. « BRENDA - Information on EC 5.1.3.4 - L-ribulose-5-phosphate 4-epimerase », sur www.brenda-enzymes.org (consulté le )
  6. « araD - L-ribulose-5-phosphate 4-epimerase - Escherichia coli (strain K12) - araD gene & protein », sur www.uniprot.org (consulté le )
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