С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Наиболее важными компонентами схемы оперонной регуляции являются: ген-регулятор !'т), кодирующий белок-репрессор, и оператор (О), к которому имеет сродство репрессор. Оператор и тесно сцепленные с ним структурные гены, малодяи)неся пос) его контролем (в данном случае г,УА), образуют опером.
Ген ) не входит в состав оперона, хотя и может быть с ним сцеплен. Свободный репрессор соединяется с оператором и тем самым «запрещает» (репрессирует) транскрипцию оперона. Лактоза, которая в данной системе служит индуктором, взаимодействует с репрессором, в результате чего он уже не может соединиться с оператором. Свободный оператор обеспечивает начало транскрипции всего оперона. РНК-полимераза связывается с промотором (см. гл. 15) и обеспечивает синтез иРНК. Таким образом осуществляется индукция оперона. Эта схема разработана на основе изучения мутантов с плейотропным влиянием сразу на все три фермента, кодируемые 1ас-опероном.
Обычно гены 1ас-оперона очень редко транскрибируются в отсутствие индуктора. Индукции приводит к !000-кратному повышению активности всех трех белков. Такой же уровень дерепрессии (ас-оперона наблюдается у так называемых конститутивных мугантон, которые делятся на две группы: т' -мутанты по гену-регулятору и Π— по оператору.
Они различаются по проявлению в мерозиготах, которые можно сконструировать, используя г'-)асэписомы (см. гл. 9). В табл. 1б.! показано, что мутации по регулятору (1 ) рецессивны. Мутации по оператору (О') обусловливают конститутивное проявление нормального гена Л (и других генов оперона) только будучи физически с ним сцепленными, т. е. в цисположении. Такие мутации называют цис-т)оминактными. таблица убл. Фенотнкы гетерознгот Существование этих двух во мутаанам (1 н О'), орнводнщнм типов мутаций конститутивное- к констнтутнвному аыраменню генов ти хорошо согласуется с пред йзс-озерова Гк сои (суда ~ю активности б- алактозндазы) положением о существовании гена-регулятора, продуктом ко- 1енотнв Феноген торого является репрессор, способный к диффузии в клетке, и операторного участка, контро- ут 0«7 = — Ин1тулнбельньй лирующего считывание (тран- 1 "0«7" скрипцию) оперона (рис.
!6.5). С этой схемой согласуется еще один тип плейотропных мутаций — так называемые по- Р О'Хт ллрные мутации. Если такая 7" О ег. Конститутивный мутация возникает в гене ближе к границе с О, то нарушается функция не только ге- 14 — 1Збб 417 на 7, но и У и А. Если полярная мутация возникает в У, то функция 2 не затронута, а инактивированы будут гены у' и А. Такой полярный эффект указывает на то, что все три гена считываются как единое целое.
Полярные мутации идентифицированы как результат возникновения кодона-терминатора. Их эффект объясняется тем, что рибосомы, транслирующие общую молекулу иРНК (ас-оперона, встречают кодон-терминатор, и это приводит к преждевременной диссоциации транслирующего комплекса. При использовании ДНК бактериофагов г„, трансдуцирующих (ас-оперон, было показано, что репрессия и индукция происходят именно на уровне транскрипции, Клетки Е. сой в состоянии репрессии не содержат ощутимых количеств иРНК, комплементарной (ас-ДНК.
Такая иРНК появляется после индукции. Репрессор 1ис-оперона, представляющий собой белок-тетрамер, выделен. Субъединица репрессора состоит из 360 аминокислотных остатков. Вас-репрессор активно связывается с последовательностью в 24 и. н. (рис. !б.б), имеющей симметричное строение. Симметрия оператора позволяет репрессору «узнавать» его с обоих концов, диффундируя вдоль молекулы ДНК.
Схема регуляции 1ис-оперона, в которой низкомолекулярный эффектор лактоза служит индукгором, носит название индуцибельной схемы негативной регуляции. Негативной эта регуляция названа потому, что белок — продукт гена-регулятора, связываясь с оператором, запрещает транскрипцию, т. е.
действует негативно на экспрессию генов оперона. Опероны биосинтеза аминокислот. У Е. сой и о. (урй!типигл весь путь биосинтеза гистидина контролируют девять тесно сцепленных генов (рис. !б.7), регулируемых по оперонной схеме. При индукции, которая происходит, когда в клетке истощается запас свободного гистидина, все девять генов Н!б-олерона транскрибируются на одну молекулу иРНК размером около !0000 нуклеотидов. Появление избытка гистидина приводит к репрессии НЫ- оперона. Это тоже негативная регуляция, однако в отличие от 1ас-оперона НН-оперон работает по рснрессибельной схеме.
В данном случае эффектор-гистидин является корее(рессорам. Репрессия биосинтез» гистидина происходит только в его присутствии. Оператор Репрессор Репрессор ХРомосома Е Со(! Ряс. (Ь.б. Структура ДНК (нс-ооератора, с которой связывается репрсссор (Р. Аун- да, 3. Кзбег, 3980). Молекула -- тетранер белка репрегсора узнает он ратор, гзрнблнжаясь к нему с ло(гого «ензза Е 1 Е А Н В С 0 0 0 2 У б 4 б 7,9 '10 1 Рис. 16.7.
Гены гистидинового оперона (обозначены буквами>, контролирующие путь биосинтеза гистидипа у о. гуруитипит. Цифры - этапы биосинп эа гистидииа, «оитродируемые данными генами Аналогично регулируется грипгофаноиый олсрон Е. со(1, включающий пять структурных генов (рис. 16.8). При изучении этого оперона был найден еще один способ регуляции — атгенюаг)ия (или ослабление). Ч. Яновский, детально исследовавший триптофановый оперон Е.
со(г', обнаружил мутанты-суперпродуг)енты ферментов, кодируемых этим опероном. Мутанты несли делеции в самом начале оперона — в так называемом лидерном участке, между оператором и инициирующим кодоном первого гена ггрЕ. При этом терялась последовательность, содержащая сигнал прекращения транскрипции. Синтез иРНК обычно начинается с лидерной части, но только около 10% молекул иРНК полностью копируют угр-оперон. Преждевременное прекращение транскрипции обеспечивает атгенюатор — тот участок, который был потерян у делеционных мутантов-суперпродуцентов. Структура лидерного участка иРНК угр-оперона Е. сой' показана на рис. 16.8.
Лидер содержит участок связывания рибосомы и кодирует пептид из 14 аминокислот, в котором повторяется (2 раза) остаток триптофана. Кроме того, лидерная иРНК содержит участок вторичной структуры, который, по-видимому, служит сигналом прерывания транскрипции. Сходные черты строения лидера найдены в фенилаланиновом опероне Е.
со(1 и гистидиновом опероне Е. со1г' и 5. (урйгтигшт. Лидер рйе-оперона кодирует пептид из 15 аминокислот, среди которых 7 остатков фенилаланина. Лидер гнстидинового оперона кодирует пептид из 16 аминокислот,из них 7 — гистидин. Оба лидера фенилаланинового и гистидинового оперонов образуют такую же характерную вторичную структуру, как и лидер триптофанового оперона. По-видимому, избыток аминокислоты, синтез которой контролирует оперон, приводит к накопленику соответствующей аминоацил-тРНК, что обеспечивает трансляцию лидерной иРНК, и рибосома, двигаясь вдоль матрицы, разрушает вторичную структуру аттенюатора, делая доступным сигнал терминации транскрипции для ц-фактора РНК-полимеразы (см.
гл. 15). Транскрипция прекращается. Если же аминокислоты не хватает, то трансляция лидера невозможна, и сигнал терминации транскрипции становится недоступным вг-фактору. Тогда транскрипция продолжается за аттенюатор и образуется целая молекула иРНК оперона. Таким образом, показана тесная связь транскрипции и трансляции в процессе регуляции оперонов биосинтеза аминокислот. Наряду с негативной регуляцией, или репрессией, показана и позитивная регуляция. В частности, этот механизм продемонстрн- сир с й Р 1 О. ~ о~ о О о" Яа Оо 0000ЭЭЧ9 !!!!!!!! саасааас о О О О о < о 0 Оа л о х 4 о й О Я < О О $ — О ! < яаааасьсавяалаааааваасаас Ф й РРР— 420 х о $ — о < о Я О Р З ОООООООО 6 а 4О4ООО4ООООООО О З<ОООО<ООООО рован для (ас-оперона Е.
соб. Белок — позитивный регулятор — контролирует различные системы катаболизма, к которым относится и (ас-опером. Активность этого белка косвенно регулирует глюкоза, которая блокирует транскрипцию (ас-оперона даже в присутствии лактозы. Это влияние глюкозы опосредовано циклическим аденозинмонофосфатом цАЫФ (рис. !6.9), концентрация которого в присутствии глюкозы снижается. цАМФ связывается с белком — актиеаторол! катаболизма (САР— от анг. са(аЬо!йе асбказог рго$е!и), его называют также белком-рецептором цАМФ. Комплекс цАМФ-САР связывается с промотором (асоперона и тем самым стимулирует его транскрипцию.
Такой механизм позитивной регуляции показан для оперонов катаболизма, но он неизвестен для оперонов биосинтеза. ЙНз (~-~Аи (ОР ОР (Р) — О— АТФ ОР— Π— СН„О 6' — АМФ ОН ОН Рис, !6,9. Циклический адеиозииыоиофосфат, образтюнзийса из АТФ и сиособиый иревраьчатьса в 5'-АМФ 16.5. Совсем простые системы. Самосборка Как уже известно из гл. 6, Х. Френкель-Конрат и Р. Уильямс показали, что инфекционные частицы ВТМ можно собрать из его РНК и субъединиц белка оболочки. Это означает, что возможна правильная самосборка надмолекулярных структур.
В отношении ВТМ вЂ” это упорядоченная ассоциация молекулы РНК длиной 6400 оснований и 2130 идентичных полнпептидов. Известно, что путем самосборки можно реконструирс!вать та- 42! А 1 опенка Хиос т Ь,6,7,8,10,2Ь,26, ! 20,21,22, ! ~ 27,28,2 8 48,61 Ь 3 ф 23,24,31 Ф .АЬЬ~ Ф мосборкв Хвостовые нити (37 38 ~» 36 Ъ,36 бнпьный «тор 6.!О. Марфогенез офага.
А -- нослеьность сборки частиц бактернофага Т4. Цифры — номера генов, мутации которых прерыввют дальнейшее развитие. Б — генетическая карта Т4, на которой нанесены гены, контролируюцзне морфогенез фага. В рамках показана, какие компоненты фага видны при электронно-микроскопическом исслеловвиин экстрактов клеток, зараженнмх мутантами по соответствующим генам. Мутации генов 11 и 12 приво- дят ь образованию целой, но нестабильной частицы фага (У. Вул и Р7 Эдгар, 1969) кие сложные молекулярные агрегаты, как рибосомы, состоящие— даже у бактерий — - нз трех типов РНК и 55 различных белков (см. гл.
15). Однако этот процесс происходит только в определенной последовательности: сначала одни белки присоединяются к определенным участкам рРНК, затем последующие белки взаимодействуют с образовавшимся комплексом и т. д. В конце 60-х годов У. Вуд и другие построили временную последовательность сборки частицы бактериофага Т4 на основании исследования генетического контроля этого процесса. Для этого они использовали различные мутанты с дефектами сборки фага. Например, один мутант имеет блок сборки головки, а другой— блок сборки хвоста. Если смешать искусственно полученные лизаты клеток, иннфнцированных такими мутантами, то можно получить целые фаговые частицы, обладающие инфекционной активностью.
Используя такой метод, У. Вуд и другие смогли показать, какие компоненты бактериофага способны к самосборке, а на каких этапах требуется действие генов, управляющих процессом построения частицы бактериофага (рис. 16.10). Многие из этих генов организованы в опероны, которые сгруппированы в нескольких участках генетической карты фага Т4. Казалось бы, уже на уровне биологической организации прокариот и их вирусов выработаны некоторые механизмы регуляции действия гена н генетического контроля морфогенеза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
