Пташне - Переключение генов - 1988, страница 8

Кроме того, мы покажем, каким образом связавшийся регуляторный белок может влиять на экспрессию гена путем негативной нли позитивной регуляции. Оператор Рис. 2.1 иллюстрируе~, как в принципе можно опознать нужную последовательность в двухцепочечной ДНК. Атомы, лежащие вдоль краев пар оснований, «смотрят» в большой и малый желобки, которые тянутся вдоль спирали. Каждой паре оснований (А:Т, Т:А, О:С, С:О) соответствуе~ свой набор химических гругш, который может узнавать белок. Это не те группы, которые участвуют в комплеменгарном спаривании оснований; последние становятся доступными только при расхождении цепей, имеющем место, например, при репликации или на короткое время при транскрипции. Мы увидим, что Х-репрессор и Сго имеют выступы, которые встраиваются в большой желобок и «читают» последовательность оснований ДНК.

Все операторные участки, которые узнают репрессор, почти (хотя и не полностью) симметричны. Это становится понятно при рассмотрении полностью симметричной последовательное ги на рис. 2.2. Если изображенный участок ДНК повернуть на 180* в плоское~и страницы вокруг точки, которой отмечена середина последовательности, получится совершенно такая же молекула.

Отличительное свойство данного участка двухце- почечной ДНК состоит в том, что его последовательность после поворота остается прежней. Симметрию последовательности, изображенной на рис. 2.2, можно описать иначе. Представим себе крошечного демона, который находится в середине молекулы, в месте, обозначенном точкой. Посмотрев налево и направо, демон увидит совершенно одинаковые «коридоры» химических групп. В этом случае мы говорим, что последовательность обладает осью симметрии второго порядка. Если же заменить одну пару оснований, то последовательность будет не полносз.ью симметричной. Последовательности, которые узнаю~ репрессор Х и белок Сто, приведены в табл. 2.!.

Три из этих участков длиной ! 7 пар оснований происходят из правого оператора 2., О„, а три -из левого оператора, О„. Последовательности этих шести Рис. 2Л. Небольшой участок молекулы ДНК. При внимательном рассмотрении большого и малого желобков можно видеть, что для каждой пары оснований харакгерно особое расположение химических групп, высгупаюгцих в желобки по краям этой пары. Чтобы распознать последовательность ДНК.

не обязательно расплетать молекулу. Рис. 2.2, Симметричная последовательность ДНК. Последовательность верхней цепи, прочитанная слева направо, совпадает с последовательносзью нижней цепи, прочитанной справа налево. Черный значок . ось симметрии. Таблина ' К Шесть операторных участков, которые узнают Х-рспрессор и белок Т А Т С А С С <' С С А С Т С С Т А А Т А С Т С С< СО Т С А С С А Т ТА 1САСС<ССАСАСС ТА А ТАСТ ОСГС<ТСТССАТ ТАТСТСТ<,СССОТСТТО ЛТАСАСЛСССССЛСЛЛС ГСАСС<САСАТССТТ Атлстсссстстлсслл т ллс Асс<, тссстсттс л т т с т с с< А с с с л с А А с Т А Т С А С С<, С А А С С О А Т А АТАСТССССТ1СССТА 1 участки связывания расположены в порядке увеличения сродства к димеру Ьрепрессора.

центральная пара оснований, через которую проходит ось симметрии, отмечена аветом. участков несколько различаются, и все они имеют разное сродство к репрессору и Сго. Ни один из операторных участков Х не обладает идеальной симметрией, и если бы мы знали последовательность только одного из них, например 0„2, симметрия вообще не бросилась бы в глаза. Но если разделйть каждый операторный участок на две половины, а затем совместить их, как это сделано в табл.

2.2, вырисовывается совершенно отчетливая картина, В таблице указано, с какой частотой каждое из оснований встречается в каждом положении. Консенсус-последовательность<' половины участка связывания, записанная в двухцепочечном виде, имеет вид ТАТСАСССлС АТАСлТСлСлС Каждый операторный участок более или менее сходен со следующей симметричной последовательностью, которая содержит две консенсус-половины и имеет ось симметрии, про- " Консенсус-последоватеггьности получают, ггомещаи в каждой полинин бук- вы, наиболес часто встречаю<пиеса в атом месте.-Прим, ред.

таблица 2 2 12 половин участков связывания а-операторов бператорпыи участок 1 2 3 4 5 6 7 В 9 тдтсдсссс тлссдстс тдтсдсссс тдсстстс ТАтстстс СААСАСССС ТАТ С А сссс ААССАТСТ о,т тААсдс сот СААСАССС ТА1САСССС тдтссстт С1к2 о„з КОНСЕНСУС- т„дат,гцА,Сцс О„С, последователы с, с, т, т, т, т, т, ность Все шесть полных участков, приведенных в табл 21, представдены здесь в виде двух половин Записана только одна цепь каждой половины Первая строчка в настоящей табдице соответствует верхней цепи левой половины уыстка в табл 2 1,прочитанной слева направо, в~орал строка нижней цепи правой половины учао~яд в табл 2 1, пропитанной справа налево Положения Оснований в операторе пронумерованы В нижней части таблицы указано, сколько раз каждое основание встречается в данном наложении В положение 9 половины участка можно в каждом случ и посшвить одно из двух оснований ходящую через центральную пару оснований (выделена цве- том): ТАТСАССОССООТОАТА АТАОТСОССзОССАСТАТ 45 Последовательность оснований каждого операторного участка должна иметь характерный «рисунок» расположения функциональных групп, который узнают репрессор и Сто.

Кроме того, эти белки должны различать операторные участки, чтобы обеспечить нужный порядок связывания в зависимости от сродства, как описано в гл. 1. Ниже мы рассмотрим структуры репрессора и Сго, которые узнают эти последовательности. Репрессор Во введении мы уже отмечали, что белковые молекулы складываются определенным образом в зависимости от их аминокислотной последовательности. Хотя цепочки с разной аминокислотной последовательностью обычно принимают разную форму, некоторые простые способы укладки повторяются во многих белках. Один из таких общих способов укладки белков - а-спираль.

Как показано на рис. 2.3, а-спираль образуется при закручивании цепочки аминокислот. Важное различие между а-спиралью и двойной спиралью ДгзК состоит в том, что в Рис. 2.3. Цепь аминокислог в развернутом виде и в виде а-спирали. Боковые цепи КК а2 и т.д. различаются для всех 20 аминокислот. В а-спирали эти боконые цепи выступают из остова, который изображен иа рисунке в виде пилиндра. Один виток спирали состоит из 3.6 аминокислотных остатков. Малый Большой желобок желобок Рис. 2лс а-Спираль. располагаюзцаяся в большом желобке молекулы ДНК. Боковые пепи, вьютупаюшие из а-спирали (они здесь не показаны).

доходят до краси бояьшого желобка. белке остов молекулы расположен внутри структуры, а характерные для каждого аминокислотного остатка группы, боковые цепи, выступают наружу. На рис. 2.4 показано, насколько хорошо а-спираль соответствует большому желобку ДНК. Функциональные ~руины на поверхности а-спирали располагаются таким образом, чтобы иметь возможносгь взаимодействовать ~контактировать) с химическими группами пар оснований ДНК, выступающими в желобок. Чтобы понять, как Х-репрессор использует а-спираль для узнавания оператора, мы должны рассмотреть структуру репрессора более подробно, представив ее не в виде гантели, как это было сделано в гл. 1, а иначе.

В соответствии с рис. 2.5 амино-концевой домен репрессора складывается в пять последовательных а-спиральных участков (детальная структура остальной части молекулы неизвестна), а-Спираль 3 лежит на поверхности молекулы, это и есть нузнаюшая» спираль репрессора.

Рнс. 2.5 Репрессор фага Х. Пять а-спиралей, которые входят в состав аминоконцевого домена репрессора, соединяются между собой аминокигщогными цепочками. Спираль ! расположена в непосредственной близости от аминоконца белковой молекулы. Структура сегментов, соединяющих п-спирали, и карбоксн-конпевого домена неизвестна.

Рис. 2 6. Репрессор фага ь. связанный с операторным участком. Два аминоконцевых домена рспрессора «подстраиваются» к операторному участку длиной 17 пар оснований. Рис. 2.7. Симметричное расположение биспиральных ДНК-связываюгцих зле- ментов репрессора на операторе. Рис. 2 8. «Руки» 7.-репрессора От копна каждой а-спирали ! отходя~ цепочки из 7 аминокислот. Эти цепочки обхватывают ДНК и контактируют с основаниями, расположенными вблизи ог центра операторного участка на его «задней» стороне.

Обратите внимание, что лвойная спираль ДНК повернута по сравнению со спиралью на предылунгем рисунке, чтобы показать ее с «задней» стороны. В димере репрессора расстояние между узнающими спиралями (по олной в каждом мономере) соответствуе.г расстоянию между двумя участками большого желобка, отстоящими друг от друга на период спирали, с одной стороны ДНК. На рис. 2.6 показано, что при сближении димера с ДНК каждая из узнающих спиралей укладывается в большой желобок.

Таким образом, когда лимер правильно расположен на операторном участке, симметрия белка соответствует симметрии ДНК. Помимо узнающей а-спирали на рис. 2.5 и 2.6 выделена цветом еще одна а-спираль, спираль 2. На рис. 2.7 видно, что она не входит в большой желобок, а лежит поперек него. Спираль 2 помогает правильно уложить спираль 3 в большой желобок.