Molecular)Biology)410.602.84)Spring,)2014)Rajavel‐Problem)Set)3)1.)Trp)operon:)Suppose)you)delete)the)ribosome‐binding)site)for)the)gene)that)codes)for)the)leader)peptide,)or)insert)a)few)bases)between)the)leader)peptide)gene)and)sequence)2,)what)effects)would)these)have)on)E.coli)trp)operon?)Out)text)details)how)amino)acid)biosynthetic)operons)are)controlled)by)attenuation;)for)the)trp)operon)in)E.)coli,)transcription)termination)is)controlled)by)the)availability)of)tryptophan)(Watson)et)al.,)p.)707‐708).)For)example,)in)conditions)of)high)tryptophan,)peptide)sequence)3)can)pair)with)sequence)4)to)create)a)transcription)termination)hairpin.)In)conditions)of)low)tryptophan,)the)ribosome)stalls)at)adjacent)tryptophan)codons‐)allowing)peptide)sequence)2)to)pair)with)sequence)3;)thereby,)averting)a)3‐4‐termination)hairpin.)In)addressing)the)question)above,)if)no)ribosome)begins)translation)of)the)leader)peptide)AUG)[due)to)deletion)of)the)RBS)gene],)the)hairpin)forms)by)pairing)peptide)sequences)1)and)2‐)preventing)the)formation)of)the)2‐3)hairpin)and)thusly)enabling)formation)of)the)3‐)4‐termination)hairpin)sequences.)In)this)final)scenario,)there)is)no)protein)synthesis)and)the)Trp)enzymes)are)not)expressed.)Ultimately,)the)progress)of)the)ribosome)determines)the)secondary)structure)of)the)trp)leader)RNA)and)translation)of)the)trpL)is)needed)for)regulation)by)attenuation.))Further,)increasing)the)distance)by)a)few)bases)between)the)leader)peptide)gene)and)sequence)2)will)decrease)attenuation)under)high)concentrations)of)tryptophan)(Campbell)et)al.,)2008).)In)this)scenario,)after)the)ribosome)completes)translation)of)the)leader,)the)ribosome)will)not)cover)sequence)2.)This)will)result)in)a)2‐3‐stem)loop)(impeding)the)formation)of)the)3‐4‐termination)stem)loop))and)thereby)unable)to)continue)with)normal)attenuation)due)to)greater)distance)between)sequences)1)and)2.))2.)The)following)codes)for)DNA)sequence:)Using)the)codon)table)(check)your)textbook),)indicate)the)effects)on)the)resultant)protein)5’)TTTGCCACG)3’)à)5’)Phe‐)Ala‐Thr)3’)a.)G)substituted)for)C)in)position)5)b.)A)substituted)for)G)in)position)9)c.)An)insertion)of)A)between)6th)and)7th)position)d.)A)deletion)of)T)at)position)3))a.)5’)TTTGGCACG)3’)à)5’)Phe‐Gly‐Thr)3’)This)type)of)point)mutation)alters)the)genetic)code)in)codon)#2)such)that)a)codon)specific)for)one)amino)acid)(Ala))is)changed)to)a)codon)specific)for)another)amino)acid)(Gly);)this)mutation)is)referred)to)as)a)mis‐sense)mutation)(Watson)et)al.,)p.)582‐583).)Further,)this)substitution)is)referred)to)as)a)“transversion”)since)a)purine)is)substituted)for)a)pyrimidine.)Effects)on)an)alpha)helix)within)a)protein)with)a)Glyà)Ala)mutational)replacement)has)been)found)to)increase)the)thermostability)of)the)protein;)the)low)s)value)for)Gly)can)be)attributed)to)an)increased)entropy)of)the)unfolded)peptide)created)by)greater)rotational)freedom)about)the)N‐C)and)C‐O)bonds)of)Gly)compared)to)residues)with)bulkier)side)chains)(Strehlow)and)Baldwin,)1988).))b.)5’)TTTGCCACA)3’)à)5’)Phe‐Ala‐Thr)3’)In)codon)#3,)both)codons)(ACG)and)ACA))code)for)the)same)amino)acid)(Thr).)This)point)mutation)is)referred)to)as)a)silent)mutation;)since)it)is)a)purine)replaced)by)another)purine)is)called)a)“transition”)(Watson)et)al.,)582‐583).)Such)mutation)are)said)to)be)silent)since)they)cause)no)change)in)their)product)and)cannot)be)detected)without)sequencing)the)gene)(or)its)mRNA).))c.)5’)TTTGCCAACG)3’)à)5’)Phe‐Ala‐Asn‐(G))3’)Adding)an)extra)base)pair)is)an)insertion;)the)number)can)range)from)one)to)thousands‐)collectively,)these)mutations)are)called)“indels.”)These)insertions)have)devastating)effects)to)the)gene)because)the)frame)is)shifted)one)base)to)the)left)encoding)for)a)different)nucleic)acid,)otherwise)known)as)a)“frameshift”)(Watson)et)al.,)p.)583).)For)codon)#3,)Thr)becomes)Asn.)Sometimes)frameshifts)create)new)stop)codons‐)generating)nonsense)mutations;)however,)indels)in)sets)of)three)bases)have)less)serious)effects)since)they)continue)to)preserve)the)reading)frame.)Indels)can)also)have)deleterious)effects)contributing)to)many)inherited)human)disorders)(e.g.)Huntington’s)Disease)and)fragile)X‐syndrome)are)examples)of)tri‐nucleotide)repeat)disease).))d.)5’)TT_GCCACG)3’)à)5’)Leu‐Pro‐(C)‐(G))3’)As)mentioned)above,)deletions)are)also)considered)“indels.”)By)deleting)one)base)pair)in)codon)#1,)the)frame)is)shifted)to)the)right)by)one)base)pair.)Since)the)deletion)occurs)early)in)the)sequence,)the)frameshift)affects)all)of)the)codons.)(Watson)et)al.,)p.)583).))3.)Consider)a)negatively)controlled)operon)with)two)structural)genes)(A)and)B,)for)enzymes)A)and)B),)an)operator)site)(O),)and)a)regulatory)(repressor))gene)(R).)A)wild)type)(WT))haploid)strain)(all)the)above)are)functional))produces)basal)enzyme)levels)in)the)absence)of)the)inducer)and)produces)increased)(induced))enzyme)levels)in)the)presence)of)the)inducer.)Indicate)the)results)of)gene)expression)(compared)to)WT))for)A)and)B)in)the)following)mutant)strains)in)the)absence)and)presence)of)the)inducer:)a.)A)strain)that)has)a)defective)repressor)(R‐))b.)A)strain)that)has)a)defective)Operator)(Oc))Note:(Oc))refers)to)a)mutated)operator)site)with)more)than)a)single)base)change)Negative control involves the binding of a repressor to the operator to prevent transcription. In order to work through the question, the differences between the negatively controlled operons must be noted… Regulatory Protein is Present Regulatory Protein Mutate Regulatory gene to lose function POSITIVE CONTROL Operon ON, genes expressed Activator Operon OFF NEGATIVE CONTROL Operon OFF, genes not expressed Repressor Operon ON STRUCTRAL GENES: A & B REPRESSOR NEGATIVE: AN ACTIVE REPRESSOR INHIBITS TRANSCRIPTION Inducible Operons Repressible Operons Inactive Active Active (inhibits) Inactive (inhibits when activated) POSITIVE CONTROL: AN ACTIVE REGULATOR TRANSCRIPTION Inactive Inactive (promotes when activated) In negative inducible operons, a regulatory protein is normally bound to operator, which prevents transcription of the structural genes (A and B) on the operon (Watson et al, 2014). If an inducer is present, it binds to the repressor (changing its conformation) so that it is unable to bind to the operator. Thus, allowing for expression of the operon (e.g the lac operon is a negatively controlled