В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 47
Текст из файла (страница 47)
РН К-полимераза 1 выявляется в ядрышке и ответственна за зрю юкрипцию рРН К, РНК-полимераза1! находится в нуклеоплазме и обеспечивает 20 — 40% клеточной активности. Она ответственна за синтез гетерогенной ядерной РН К (гя РН К) — предшественника мРНК РНК-полимераза РП локализована в нуклсонлазме и осуществляет синтез малых ядерных РН К, тРНК и 5зРН К. Однако многиес малые РНК транскрибируются РНК-полимеразой П, За раскручивание ДН К на участке, поллежащим транскрибированию, а также спирализацию ДН К после окончш ~ия синтеза РНК и отсоединение транскрипта отДНК отвечают ДНК-топоизомеразы.
В процессе аутосплайсинга задействованы рибозимы РНК с ферментоподоб- ~ ю й активностью. У бактерий РНК-полимераза связывается непосредственное промотором, ауэукарипг для этогонеобходи мо присутствие дополнительных белков. Белки, которые помогакп РНК-полимеразе узнать промотор, называют факторами транскрипции (Тà — от англ. тинлгпрввп)йсют). В отличие от о-фактора они могут присоединяться кДН К независимо. ! 1ап ример, белок ТВР связывается с ТАТА-боксом промотора, 1Ч Г-Е1-эритроид-специфический фактор; ТГ-П-факторы образуют батальный транскрипционный комплекс с РН К-полимеразой П, ТГ-Ш вЂ” с РНК-полимеразой П!.
12Л Л, ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ Транскрипция, каки другие процессы синтеза биополимеров, состоит из следующих этапов: инициации, элонгации и терминации. Инициация важнейший этап, во время которого осуществляется регуляция процесса транскрипции. РНК-полимераза прокариот выбирает матричную цепь, находит промоторный участок (структура его описана ниже) и локально расплетает цепи ДНК. После образования гибридного ДНК/РНК-олигонуклеотида одна из субъединиц, называемая сигмой, отделяется от РНК-полимеразы.
Следующий этап — элоигация, как и все матричные процессы, проходит в направлении 5' — э 3'. Синтезируемая вновь молекула РН К комплементарна матричной цепи. РНК-полимераза осуществляет элонгацию цепи РНК путем присоединения рибонуклеозидмонофосфатов из рибонуклеозидтрифосфатов: АТР, ОТР, НТР, СТР. У бактерий частично синтезированная молекула РНК соединяется с рибосомами, и е~це до окончания процесса транскрипции с 5'-конца начинается трансляция.
На 3'-конце находятся терминаторные последовательности ДН К, ответственные за прекрагцение транскрипции. У прокариот существует два типа термииации: р-зависимая, требующая участия р-факторов, и р-независимая. После окончания транскрипции, как у прокариот, так и у эукариот происходит цепь биохимических реакций, которая ~ ~ри водит к созреванию молекул предшественников: транспортной РН К (пре-тР Н К) и рибосомной РНК (пре-рРНК) и пре-м РНК (только у эукариот). Совокупность реакпий, приводящая к формированию зрелой (готовой к трансляции) молекулы мРНК, называется процессингом.
202 Часть 2 Гзяа~«». »ашика Особенности тйтьскриаиии у зукаривк 11йоиесеииг мРНК. Процессинг включает слсдукицие ирсобртювания молекулы мР11К; !) метилирование и кэпирование; 2) полит!спилирсияшис; 3) сшиИсиш: Эукариотические мРНК несут, как правило, на 5'-конце дополнительную группу: КЭП-модифицированный в 7-положении метилированный остаток гуанозин- 5'-трифосфата, соелиненныИ с концевым нуклеозидом 5' — 5'-способом.
Кэпированнс РН К осуществляется ферментами: гуанилтрансферазой и мегилтрансферазой. Предполагают, что КЭП необходим для регуляции трансляции и для стабилизации мРН К, (он предохраняет ее отдействия 5'-экзонуклеаз). К 3'-концу РНК после завершения ее синтеза с помощью фермента поли(А)-полиьгеразы присоединяется ~ юследовательность полиадениловой кислоты. Этот процесс называют иолиадеиилиронааием.
Остальные варианты преобразования пре-мРНК: вырезание интронов и сшивание экзонов (сплайсинг) в эукариотических генах, а также образование разли и ~ых сочетаний экзонов, входящих в зрелую м РНК !альтернативный сплайсинг)— описаны н гл. 3 и 4. Эукариотические мРН К в отличие от прокариотических стабильны в течение часов и суток. Это объясняется, во-первых, стабилизацией 5'- и 3'-концов, а во-вторых, свгпгаванием мРНК с белками (те.
образованием информасам). Пре-мРНК на всех ст;щиях процессинга и после него связана с белками. Информосомы могут быть ялсрными и цитоплазматическими. Ядерные информосомы — это рибонуклеопротсинонгас (РН П) частицы с константой седиментации 305. Поспранскрипционный в!!у~риюгсрный перенос пре-мРНК из ядра в цитоплазму осуществляется с помощью гщсрных ииформосом. При этом переносе зрелой мРНК происходит замена снятии нах с мРН К белков. Ядерные информоферы (белковые глобулы) остаются в гщрс, а м Р11К после перехода в цитоплазму объединяется с новыми белками, образуя пизонлазматические информосомы.
Цитоплазматические информосомы не обнжпельно транслируются, т.е. могут быть свободными. 12 1.2. РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ Единицей транскрипции у прокариот могут быть отдельные гены, но чаще они организованы в структуры, называемые опероиами. В состав оперона входят расположенн ые друг за другом структурные гены, продукты которых обычно участвуют в од~ юм и том же метаболическом пути. Как правило, оперон имеет один набор регуляторных элементов (регуляторный ген, промотор, оператор), что обеспечивает координацию процессов транскрипции генов и синтеза соответствующих белков.
11ромотор — это участок ДНК, ответственный за связывание с РНК-полимеразой. В случае и рокариот, наиболее важными для регуляции транскрипции являются последовательности, обозначаемые « — 35» и « — 1Ом Нуклеотиды, расположенныедо инициирующего кодона («вверх по течению») записываются со знаком « — », а со знаком «+» — все нуклеотиды, начиная с первого в инициирующем кодоне (стартовая точка). Направление, в котором продвигается процесс транскрипции, называется «вниз нотечению».
Последовательность, обозначаемая « — 35» (ТТОАСА), отвечает заузнаиапие промотора РНК-полимеразой, а последовательность « — 1О» (или бокс Приб- I гяяи 12 Регуляция гяяяой акягцяяопт ) вам) является тем участком, с которого ~ агчи~ ьчс ~ся раскручивание двойной спирали ДН К. В состав этого бокса наиболес чацп1 вхолят основания ТАТААТ. Такая последовательность оснований чаще всего встречно~си в промоторах прокариот, ее называют коцсецсусной. В состав ТАТА-бокса входят аденин и тимин, между которыми имеются только две водородные связи, что облегчает расплетанне цепей ДН К в этом районе промотора.
В случае замен пар оснований в указанных последовательностях промотора нарушается эффективность и правильное определение точки начала транскрипции, с которой фермент РНК-полимераза начинает синтез РНК У прокариот наряду с промотором имеются и другие регуляторные участки: это вопивцягор и оператор. Оператор — участок ДНК, с которым связывается белок-репрессор, мешая РНК- полимеразе начать транскрипцию. В лактозном опероне левая часть промотора (активатор), связывается с белком-активатором катаболизма 1БАК, нли САР в английской терм и пологи и, сагаЬойге асгггагог ргогегл), а правая часть — с РН К-пол и меразой.
БАК-белок в отличие от белка-репрессора играет позитивную роль, помогая РНК- полимеразе начать транскрипцию. Возможны различные варианты взаимодействия регуляторн ых участков с ферментами и регуляторным и белками, а последних — с молекулами, называемыми инлукторами (эффекторами). 12Л,З, НЕГАТИВНАЯ И ПОЗИТИВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ В зависимости от характера взаимодействия оператора и регуляторного белка у прокариот различакп два типа регуляции активности генов в опероне: негативную и позитивнуюю (рис.
12.1). При негаглцвноц, или отрицательной, регуляции связывание регуляторного белка с оператором репрессирует работу оперона, а при позцягцвцои— наоборот, активирует его . В свою очередь негативной и позитивной могут быль как индукция, так и репрессия В случае негативной индукции индуктор делает регуляторный белок неспособным связываться с оператором, и при этом структурные гены транскрибируются как, например, влактозном опероне. При негативной же репрессии регуляторный белок приобретает свойства репрессора после взаимодействия с корепрессором.
Таким корепрессором в триптофановом опероне служит накопленный в клетке триптофан, взаимодействие его с регуляторным белком приводит к подавлению транскрипции. При позигливной, или положительной, индукции под влиянием индуктора регуляторный белок (апоиндуктор) связывается с оператором и помогает РНК-полимеразе начать транскрипцию. В случае же позитивной репрессии корепрессор инакти в и руст апоиндуктор и тем самым способствует прекращению транскрипции.
Поскольку при транскрипции оперона, состоящего из нескольких структурных генов, образуется один общий транскрипт в виде молекулы поли цистронной м РН К, все эти гены экспрессируются координированно. Лактозиый оцерои. Наиболее хорошо изученный способ регуляции транскрипции у бактерий — негативная регуляция с использованием белков-репрессоров, которая обычно рассматривается на примере 1ас-оперона (рис.
12.2). Протяженностьлактозного оперона вместе с регуляторным ~сном сосгавляет б000 п.н. Между регулятор- 204 ~ внн»ы Иетатнвнав раттлнцнв еицни вовне Оепрессорв ввпнотсв ецесснина.конево|пенными ример пвитовныа опврон |т ивет вн 4, вар ! |и- ма Ф О- | Вы~вин| сепрнц| й)-....
1+в ьтмта .. наинам Н>вм т репрвссор делеции в гене релрессора нмтемтсе ревесснвно-ионстютпмнымн Пмрвпрмо пр мл 'оаа выме ;оус"о ..ы тоыерыт~жкт»ы» Ф О. Веамивный | рвЮеыер ° «орепрехор В|мнпмен, «мй ° «тем тнсст в репрессии Ьнц нтим| ||ионина нммврев гу ции ак'""" ~~и гевоагмоЮит Ь.д Рвым струк| . менты, каждый из кот острит из 35 н н., оператор — из 26 пайва|та|парти|те|тра стет||тютцтзст| с гют|кгтмыв цором (БАК, или САР), а правя|ко|Рай аоащи|ра и||, цсс |Рв |сап| К К Л транскрибируются на одну нолиднс|рявйп«РНйс«аттрвт жмк |цмюппо |1танслируются соответствующие белки фтапгтавпвф а|ахат| тип-ттористт ц юрп агат гстилаза).
Регуляторный ген 1асг Расппвовпвыйммгпюромр|сспапццтттастуттягорной части оперона, имеет свой нромаюав пааавитт Бом«, |рцпсвцаусммв с мРНК зюга гена, называетси Репрессором, ласкать уиарвспслв|щясь к ппсрагпру, пре|раждаст нугь РНК-нолимеразе к сару«парню|пай,цаспягстпуи трл|с«ряиатн. рели единственным исгочннкомамапвка|аво|а«щв,р;црссспрвца«тинируется в результате пРи соедин ения к вацу е| ьтаааата Прн зюм прцмцтцр цсгаетси открытым для продвижения РН К-полне|пи в ццттццат |вц транс«рцюив структурных генов оперона. Мутации в гснс бстк рцрхсара ттрн|нерп ««пцствгугнвному синтезу белков лактозного онерона, пк«а|Ж врц лпм рспрссспр «цс не|паст» РН К-пол имеразе транскрибировать спи ьттр|в| рв|и.
Рассмотренный механизм Рсгуляцвв1ас а«рва пп«а|кваса, «аю|м образом активируется синтез белков лаастозноптавероцавав в|тятя|с|авваарспонавюты. Однако активации не пРоисходит, если ппиввмм г|т|сртт|цт н зпсргнц в саспс служит только глюкоза. Сушествует мсха|ц ац р~[кссвв |к кюцрцп пцсрцм, оцвттттттп пай на использовании белка-активатораСй1т Э|от(вю«мах| Рпц рс|увюопа пли пе. рис. 12 2.
Лактозный опсрон СИз: бп)йснв, 2000) я степь а — в среде есть глюкоза, нет пактозы, Сас-мРНК не обРазУется, б -з саелзснвеЯУР Г Лкткозьь есть ластова, уровень СЛМР низкий; в — уровень сА Р аисптяй, ствупуппн о количест кса иРНК у, А транскрибируются с образованием достаточного количества пакицксезтиа САР— белок активатор, р- праною р, Н - релрессор, Н иипуксср(пзктсю) скольких генетическихсистем, ответственных за нсполыоланнсмкиы гатню икюзы вагой гз арабннозы, как альтернативных источников энергии и )тлсртла Дамкам ыуннсственно увеличивает сродство РНК-полимеразы к оюпнсгв) юии прсзсмо рам после прнсосдиненивкнсму молекулы сАМР(пикличсскоюмснмвлзсс ю коноеос Фата). В присутствии глюкозы уровень сАМР остастсп ннзюгзг, н ювмлттв сиро нон, ответственных за нспользованне лактозы, галактозы н арабинста, не нрстт вски Лнт.
Уроттень сАМР в сетке возрастает прн исчезновении глюкозы)салам голола»), и белок сАР вьгссге с молекулой сАм Р присослиннекл кдн)с влас)бнс л)ю с ио паров т)зех оперонов, создавал одно из необходимых условнйлтл вачапанта ансхрнлт сии. чттгтттт, А Общая генеглияа 12.2. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ ЭУКАРИОТ Регуляцию активности у эукариот можно подразделить на специфическую и неспецифическую. Специфическая регуляция проявляется в активации или инактивации транскрипции с отдельных генов с участием промоторов, энхансеров, сайленсеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
