النبات
مواضيع عامة في علم النبات
الجذور - السيقان - الأوراق
النباتات الوعائية واللاوعائية
البذور (مغطاة البذور - عاريات البذور)
الطحالب
النباتات الطبية
الحيوان
مواضيع عامة في علم الحيوان
علم التشريح
التنوع الإحيائي
البايلوجيا الخلوية
الأحياء المجهرية
البكتيريا
الفطريات
الطفيليات
الفايروسات
علم الأمراض
الاورام
الامراض الوراثية
الامراض المناعية
الامراض المدارية
اضطرابات الدورة الدموية
مواضيع عامة في علم الامراض
الحشرات
التقانة الإحيائية
مواضيع عامة في التقانة الإحيائية
التقنية الحيوية المكروبية
التقنية الحيوية والميكروبات
الفعاليات الحيوية
وراثة الاحياء المجهرية
تصنيف الاحياء المجهرية
الاحياء المجهرية في الطبيعة
أيض الاجهاد
التقنية الحيوية والبيئة
التقنية الحيوية والطب
التقنية الحيوية والزراعة
التقنية الحيوية والصناعة
التقنية الحيوية والطاقة
البحار والطحالب الصغيرة
عزل البروتين
هندسة الجينات
التقنية الحياتية النانوية
مفاهيم التقنية الحيوية النانوية
التراكيب النانوية والمجاهر المستخدمة في رؤيتها
تصنيع وتخليق المواد النانوية
تطبيقات التقنية النانوية والحيوية النانوية
الرقائق والمتحسسات الحيوية
المصفوفات المجهرية وحاسوب الدنا
اللقاحات
البيئة والتلوث
علم الأجنة
اعضاء التكاثر وتشكل الاعراس
الاخصاب
التشطر
العصيبة وتشكل الجسيدات
تشكل اللواحق الجنينية
تكون المعيدة وظهور الطبقات الجنينية
مقدمة لعلم الاجنة
الأحياء الجزيئي
مواضيع عامة في الاحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
الغدد
مواضيع عامة في الغدد
الغدد الصم و هرموناتها
الجسم تحت السريري
الغدة النخامية
الغدة الكظرية
الغدة التناسلية
الغدة الدرقية والجار الدرقية
الغدة البنكرياسية
الغدة الصنوبرية
مواضيع عامة في علم وظائف الاعضاء
الخلية الحيوانية
الجهاز العصبي
أعضاء الحس
الجهاز العضلي
السوائل الجسمية
الجهاز الدوري والليمف
الجهاز التنفسي
الجهاز الهضمي
الجهاز البولي
المضادات الحيوية
مواضيع عامة في المضادات الحيوية
مضادات البكتيريا
مضادات الفطريات
مضادات الطفيليات
مضادات الفايروسات
علم الخلية
الوراثة
الأحياء العامة
المناعة
التحليلات المرضية
الكيمياء الحيوية
مواضيع متنوعة أخرى
الانزيمات
The Sugar Arabinose and Arabinose Metabolism
المؤلف:
Robert Schleif
المصدر:
Genetics and Molecular Biology
الجزء والصفحة:
2nd Edition , p360-362
2025-06-26
29
The pentose L-arabinose occurs naturally in the walls of plant cells. The bacterium E. coli, but not humans, can use this sugar as a source of carbon and energy. Therefore arabinose is a free meal to intestinal flora when we eat a meal containing vegetables. Before arabinose can be metabolized by the bacterial intracellular arabinose enzymes, it must be transported from the growth medium through the inner membrane to the cytoplasm. This is performed by two independent arabinose transport systems, the products of the araE and araFGH genes. The araE system possesses a low affinity for arabinose and therefore is most effective in the presence of high concentrations of arabinose. The araFGH system possesses high affinity for arabinose uptake and therefore may be most valuable when arabinose concentrations are very low, on the order of 10-7 M.
Arabinose, like many sugars, exists in solution predominantly in a ring form in either of two conformations. These interconvert with a half-time of about 10 minutes (Fig.1). Therefore it is possible that one of the transport systems is specific for the α anomeric form of arabinose and the other transports the β form. The β form is a substrate for the first enzyme of the catabolic pathway, but it is not known whether the other ring form or the linear form, which exists in only trace concentrations, might be the true inducer and play a role analogous to that of the true inducer, allolactose, of the lac operon.
Fig1. The open chain and pyranose ring forms of L-arabi nose.
The duplication of arabinose uptake systems hindered their genetic and physiological study because mutants are then difficult to identify. A defect in either system is masked by the activity of the other system. The genes coding for the enzymes required for arabinose catabolism, however, have been easier to map and study. They are located near the top of the genetic map as it is usually drawn (Fig.2). Arabinose is first converted to L-ribulose by arabinose isomerase, the araA gene product. Then ribulose is phosphorylated by ribulokinase, the product of the araB gene, to yield L-ribulose-5-phosphate (Fig. 3). The ribulose phosphate is next converted to D-xylulose-5-phosphate by the araD gene product, ribulose phosphate epimerase. Xylulose phosphate enters the pentose phosphate shunt, and the enzymes subsequently involved are not induced specifically by the presence of arabinose.
Fig2. The locations on the E. coli chromosome of the genes induced by L-arabinose. Genes araE and araFGH are for uptake, araBAD, for catabolism, and araJ is of unknown function. The numbers indicate the gene positions on the genetic map.
Fig3. The path of catabolism of L-arabinose and the gene products catalyzing the conversion.
The genes of the two arabinose active transport systems plus an additional arabinose-inducible gene of unknown function map to three different regions of the chromosome. These are different from the map locations of the genes required for the catabolism of arabinose. Therefore a total of four sets of genes have been discovered whose activities are regulated by arabinose. Why should this be? Why not have all the genes in one large operon? Two possible reasons will be discussed below.
At low arabinose concentrations, a high-affinity, but perhaps energy inefficient or low-capacity, uptake system might be necessary for the cells to be able to utilize any arabinose at all. On the other hand, in the presence of high concentrations of arabinose, a different uptake system might be more useful. One with a high transport rate would be necessary. This need not have a particularly high affinity for arabinose. These different needs would necessitate splitting the corresponding genes into separate operons so that they could be differentially regulated. Alternatively, suppose arabinose were suddenly presented to bacteria, as it might be in the gut. It is to the cell’s great advantage to begin metabolizing this new nutrient just as soon as possible. If, however, all the genes for the uptake and metabolism of arabinose were in a single long operon, then the interval from induction until RNA polymerase could transcribe to the end of the operon would be about three minutes. Any strain that divided its arabinose operon into two or three separately transcribed units could induce all its ara enzymes more quickly and begin appreciable arabinose metabolism a minute or two sooner than cells with an undivided arabinose operon. This time saved each time the operon was induced could be of enormous selective value over evolutionary time scales.
Induction of the arabinose operon also requires the presence of cyclic AMP and the cyclic AMP receptor protein CRP. The main role of this protein is to enable induction of the arabinose operon only in the absence of glucose. This prevents the cell’s attempting to utilize arabinose when glucose, which is a better carbon source, is present. The general phenomenon of being able to induce an operon well only in the absence of glucose is called catabolite repression. A significant number of bacterial operons display catabolite repression.
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في الاحياء الجزيئي
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة

الآخبار الصحية
