Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Мы начинаем понимать, что молекулы нуклеиновых кислот,как и белковые молекулы, могут приниматьразличные конформации и что измененияконформации регулируются и имеют далеко идущие физиологические последствия.28.10. Аттенюаторный участокгистидинового оперона содержит семьгистидиновых кодонов подрядВ настоящее время известны еще два оперона биосинтеза аминокислот у E.
coli, содержащих аттенюаторные участки. Фенилаланиновый оперон и гистидиновый оперон,подобно триптофановому оперону, содержат регулируемые участки терминацииперед первым геном, кодирующим фермент.И в этих случаях лидерная область передучастком терминации транслируется. Удивительна последовательность аминокислотв лидерном пептиде фенилаланинового оперона: 7 из 15 остатков - фенилаланины(рис. 28.15). Еще поразительнее лидерныйпептид гистидинового оперона: он содержит семь остатков гистидина подряд.
Очевидно, что эти лидерные мРНК предназна120Часть IV.Информациячены, чтобы улавливать концентрации фенилаланина и гистидина. Если соответствующих аминоацилированных тРНК нехватает, трансляция лидера останавливается. Как уже обсуждалось выше на примереtrp-оперона, считается, что застрявшая рибосома таким образом изменяет конформацию мРНК, что у нее происходит спаривание оснований. Это дает возможностьРНК-полимеразе проскакивать аттенюаторный участок 1 .
Присутствие семи последовательно расположенных кодонов гистидина в лидерной мРНК гистидиновогооперона существенно увеличивает чувствительность этого детектора. Действительно,падение концентрации гистидил-тРНК на15% вызывает троекратное увеличение числа молекул мРНК, транскрибируемых с этого оперона.28.11. Репрессоры и активаторыдетерминируют развитие умеренных фаговОбратимся теперь к роли репрессоров и активаторов транскрипции в регуляции жизненного цикла бактериофага лямбда (λ). Зрелая вирусная частица состоит из линейнойдвухспиральной молекулы ДНК (48 kb), упакованной в белковую оболочку. Существуетдва пути развития вируса: он может разрушить клетку-хозяина или он может стать еекомпонентом (отсюда и название - умеренный).
При литическом пути развитияпроисходит полное выражение (экспрессия)фаговых генов, что приводит к лизису бактерии и образованию примерно 100 вирусныхчастиц потомства. В другом случае развитиефага λ может пойти по пути лизогенизацииклетки, когда его ДНК становится ковалентно связанной с ДНК клетки-хозяинав строго определенном месте (сайт-специфическая интеграция).
Этот процесс рекомбинации, в котором участвует кольцевая молекула ДНК фага λ, мы обсудим ниже(разд. 30.16). Когда ДНК фага интегрируетс ДНК клетки-хозяина, большинство фаговых функций выключается. Фаговая ДНКв таком состоянии называется профагом,а клетка-хозяин, содержащая профаг - лизогенной бактерией. Профаг реплицируется1Автор противоречит собственному утверждению, что застрявшая рибосома разворачиваетмРНК (см. предыдущий разд.); рибосома действительно способствует именно разворачиванию мРНК.- Прим. перев.Рис. 28.14.Схематическоеизображениеаттенюации trp-оперона E.coli.Когда триптофан имеется визбытке (А), лидерный участок (обозначен цифрой 1)trp-мРНК полностью транслируется.
Участок 2 взаимодействует с рибосомой, что позволяет основаниям участков 5 и4 спариваться. Эта спареннаяобласть каким-то образом сигнализирует РНК-полимеразео том, что следует закончитьтранскрипцию. Если же триптофана не хватает (Б), участки3 и 4 не взаимодействуют, таккак рибосома застревает наtrp-кодонах участка 1. Участок2 взаимодействует с участком3 вместо того, чтобы входитьв рибосому, и в результатеучастки 3 и 4 не могут спариваться. Вследствие этого транскрипцияпродолжается.[Oxender D.
L.,Zurawski G.,Yanofsky C., Proc. Nat. Acad.Sci., 76, 5524 (1979).]в лизогенной бактерии как часть клеточнойхромосомы обычно на протяжении многихпоколений. В лизогенном состоянии литиче-ские функции молчат, но не теряются(рис. 28.17). Многие агенты, нарушающиенормальную репликацию ДНК в клетке-хозяине, индуцируют профаг, и он переходитна путь литического развития.Вначале рассмотрим выражение генов фага λ при литическом пути.
Цель развития - образование многочисленного потомства - достигается путем последовательнойтранскрипции вирусных генов. Вначале образуются белки, необходимые для репликациии рекомбинации ДНК, затем белки головкии отростка вирусной частицы и белки, необходимые для лизиса клетки-хозяина.Чрезвычайно важное значение имеет строгая очередность этих событий; преждевременное разрушение клетки-хозяина для вируса, конечно, невыгодно. Выражение геновпри литическом развитии происходит в тристадии: предраннюю, раннюю и позднюю(рис. 28.18).
На предранней стадии начинается синтез РНК с двух промоторов - PL и PR.Один из образующихся при этом транскриптов служит матрицей для синтеза белка N, которому принадлежит важнейшаярегуляторная роль. В отсутствие белкаN предранние транскрипты заканчиваютсяна одном из двух участков терминации. Белок N препятствует терминированию транскрипции в этих участках и обеспечивает та28. Регуляция выражениягена в фенотипе121Рис. 28.15.Последовательностьаминокислот в лидерном пептидеи последовательность оснований соответствующего участкамРНК фенилаланинового (А)и гистидинового (Б) оперонов.ким образом дальнейшее выражение геновфага λ.
Белок N включает раннюю стадию.В это время синтезируются белки, необходимые для репликации ДНКфагаи рекомбинации. Кроме того, на ранней стадии транскрибируется ген Q. Белок Q - ещеодин важный регуляторный элемент выражения генов фага λ. Он необходим для перехода в позднюю стадию. На поздней стадиитранскрибируются гены, необходимые дляобразования головки и отростка фага и длялизиса клетки-хозяина. Белок Q, подобнобелку N, подавляет терминацию транскрипции. Короче говоря, последовательная регуляция литического развития осуществляется двумя белками - положительными регуляторами, кодируемыми генами N и Q. Ихдействие заключается в том, что они позволяют РНК-полимеразе продолжать транскрипцию, проскочив несколько участковтерминации.В лизогенном цикле различают три стадии: установление лизогенного состояния,его поддержание и выход из лизогенного состояния.
Для установления состояния профага необходимо, чтобы вирусная ДНК интегрировалась с ДНК клетки-хозяинаи литические функции вируса были инактивированы. Эти процессы протекают оченьсложно, и до конца они не изучены. Поддержание состояния профага, наоборот, сравнительно несложный процесс. А. Дейл Кейзер (A. Dale Kaiser) показал, что из всехгенов профага экспрессируется только генсI. Этот ген кодирует λ-репрессор, которыйсвязывается с двумя операторными участками OL и OR (рис.
28.19). Связывание λ-репрессора с OL непосредственно препят122Часть IV.Информацияствует транскрипции ранних генов в левуюсторону. В частности, не синтезируется белок N, и поэтому литический путь оказывается закрытым. Связываясь с OR, λ-репрессор препятствует выражению генов croи Q в правую сторону. Таким образом, когда λ-репрессор связан с OL и OR, весь геномфага молчит, кроме гена сI, кодирующегоλ-репрессор. Как будет указано чуть ниже,λ-репрессор сам контролирует работу генасI, регулируя таким путем собственную концентрацию. Инактивацияλ-репрессораобеспечивает возможность транскрипциигенов, участвующих в литическом процессе.Профаг исключается из хромосомы клеткихозяина, и литические функции экспрессируются.28.12.
Два оператора фага лямбда содержатряд участков связывания репрессораλ-Репрессор был выделен и подробно изучен Марком Пташне (Mark Ptashne). Моно-Рис. 28.16.Электронная микрофотография фагов λ. (Печатается с любезногоразрешенияд-раA. Dale Kaiser.)Рис. 28.17.Генетическая карта фага λ. Показаны лишь некоторые гены.После проникновения в бактериальную клетку линейнаядвухцепочечная ДНК переходит в кольцевую форму.мере массой 26 кДа находится в равновесиис олигомерами. С ДНК связываются именноолигомеры.Дваоператорныхучастка - ОL и ОR - узнаются одним и тем жерепрессором. Ген сI, кодирующий этот репрессор, расположен между ОL и OR(рис. 28.19). Каждый их этих операторов содержит три участка связывания λ-репрессора.
Расщепление с помощью нуклеаз показало, что участки связывания представляютсобой последовательность из 17 пар оснований и отделены друг от друга АТ-богатымиучастками длиной от 3 до 7 пар оснований.Последовательности оснований всех этихучастков связывания λ-репрессора сходны,но не идентичны. Узнаваемая последовательность - 5'-TATCACCGC-3' или что-нибудь в этом роде. Как и lас-оператор, этиРис. 28.18.Три стадии транскрипции прилитическом цикле развития фага λ. Белок N образуется напредранней стадии и активирует раннюю стадию.
Тогдав свою очередь синтезируетсябелок Q, который активируетпозднюю стадию. [Echols H.,The Bacteria, 8, 502 (1979).]операторные участки обладают частичнойсимметрией второго порядка.Самые сильные места связывания репрессора в операторах OL и OR расположеныближе всего к началу первого структурногогена оперона. Промоторный участок генаN расположен в пределах OL а промоторгена cro - внутри OR. Как и в лактозном, ив арабинозном оперонах, связывание репрессора с этими операторами препятствуетсвязыванию РНК-полимеразы с соответствующим промотором, и, следовательно,транскрипция не начинается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
