Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Образующаяся при этом полицистронная мРНК имеет на 5'-конце последовательность, комплементарную кодирующей цепи оператора. Таким образом, индуктор дерепресснрует 1.ас-оперон и обеспечивает возможность транскрипции структурных генов Р-галактозидазы, галакто- зидпермеазы и галактозидацетилазы. Трансляция полицистронной мРНК может начаться еше до полного завершения транскрипции.
Дерепрессия Ьасоперона позволяет клетке синтезировать ферменты, необходимые для катаболизма лактозы как источника энергии. Для связывания РНК-полимеразы с последовательностью промотора необходимо наличие комплекса белка-активатора катаболитпых генов (САР) с сАМР. Накопление сАМР происходит независимым образом только при недостатке в питательной среде источника углерода. В присутствии глюкозы или глицерола в концентрациях, обеспечивающих рост, концентрация сАМР в бактерии оказывается недостаточной для образования комплекса с САР и ДНК-зависимая РНК-полнмераза не может начать транскрипцию Ьас-оперона. Транскрипция начинается только при наличии комплекса САР— сАМР, связанного с промотором.
Комплекс САР— сАМР действует как позитивный регулятор, поскольку его присутствие необходимо для обеспечения экспрессии генов. Таким образом, 1ас-оперон является объектом как позитивной, так и негативной регуляции. Если ген 1 мутирует таким образом, что его продукт--1.ас-репрессор — утрачивает способность связываться с оператором, то экспрессия Ьасоперона становится конститутивной.
И наоборот, если мутация приводит к неспособности репрессора связываться с индуктором, то дерепрессии Ьасоперона (необходимым условием которой является именно образование комплекса между индуктором и репрессором, связанным с операторной областью) не наблюдается даже при высоких концентрациях индуктора в среде. Мутантная бактерия, у которой операторная последовательность изменена так, что нормальный репрессор оказывается неспособным связаться с ней, также приобретает способность к конститутивной экспрессии 1.ас-оперона. Бактериофцг лямбда Некоторые бактерии несут вирусы (умеренные бактериофаги), которые либо встроены в хромосому клетки-хозяина и реплицируются вместе с ней, либо существуют в клетке автономно и реплицируются самостоятельно, что в конечном итоге приводит к лизису и гибели бактерий.
Один из таких умеренных бактериофагов — бактериофаг лямбда (Х). Прн инфицировании чувствительных бактерий Е. сой он «инъецирует» в бактериальную клетку свой геном, состоящий из линейной двухцепочечной ДНК размером 45000 пар оснований (рис. 41.5). В зависимости от физиологического статуса микроорганизма дальнейшее развитие фага может протекать либо по лизогенипму пути, который заключается в яптеграцни фаговой ДНК с хозяйским геномом и сохранении /.<аба 41 О Пиеогенный путь Обпучение упьтреФиопетоы Индукции Рве.
41 5. Заражение Е.еай фагом Х начинается с адсорбции фаговой частицы на поверхности бактериальной клетки (1). Следующий этап -инъекция фаговой ДНК(таемная.шния) в клетку (2, 3). Далее события развиваются в одном из двух возможных направлений. При лизогенном пути фаговая ДНК встраивается в бактериальную хромосому (4, 5). В этом случае ДНК фага реплицируется, как интегральная часть хромосомы — пассивно, при клеточном делении. Клетки, несущие интегрированный («спящий») вирус, называют лизогенными, а сам интегрированный фаг профагом.
При альтернативном литическом пути развития инфекции фаговая ДНК реплицируется независимо (б) и направляет синтез фаговых белков (7). Образуется около 100 новых фаговых частиц. Размножение фага в конечном итоге приводит к лиэису клетки-хозяина (8). Профаг может быть индуцирован при воздействии различных факзоров, например при ультрафиолетовом облучении (9). Индуиирующий агент осуществляет переключение в работе двух альтернативных наборов генов. При этом ДНК фага вырезается из хозяйской хромосомы (10) и начинается литический цикл. (<<ерго<(псе<1, ьуаЬ репп1тяюп, Гг<ттл Р<а»Ьле М., ЛоЬпбол А. В., РаЬо С.
О А йепебс бту1<сЬ 1п а Ьасзепа1 у(гы. 8сй Апз. 1)ь1оу.) !982. 247, 128.) в скрытой форме аплот ь до «акз ивации» (см. ниже), либо по пути лигического развития. При этом происходит серия репликацнй ДН К фага и образуется примерно 100 копий фагового генома. Каждый из них пакуется в белковый капснд, зрелые фаговые истицы вызывают лизис хозяйской клетки. Освободившиеся бактериофаги могут вновь инфипировать чувствительные бакгериальные кле~ки. Будучи интегрированной с геномом клетки- хозяина, ДНК фаза ).
сохраняется в «скрытом» состоянии (в виде профаза) до тех пор„ пока не будет подвержена активации в резульгате воздействия на лизогенную клетку зех или иных ДНК- повреждаюших агентов. В ответ на такое воздействие профаг «индупируезся» — начинаегся транскрипция и трансляция фаговых генов, необходимых для вырезания фаговой ДНК из хозяйской хромосомы, ее репликации, упаковки в белковый капсид и клеточного лизиса. Это развитие запускается с помошью механизма„подобного тризтерному, что соответсгвует варианту С на рис. 41.!. Эзо означает.
что после акта индукции профага обратное развитие становится невозможным: процесс протекает вплоть до клеточного лизиса и высвобождения новых фаговых частиц. Переключение пути развзгтия с лиз<пенного (состояние профага) на литический (вирулентный фаг) прекрасно изучено на молекулярном и генетическом уровнях и буде.г далее представлено в ниде парадигмы. В переключении пути развития фага участвует область ДНК размером в 80 пар оснований, называемая «правым оператором» (О,] (рис, 41.6.
А). Правый оператор фланкирован слева сгруктурным геном репрессора фага лямбда, а справа-- структурным геном другого регуляторного белка, называемого сго. Единственным фаговым геном, экспрессируюшимся при нахождении фаговой ДНК в составе хозяйской хромосомы. т.е, в состоянии профага, является геп репрессора. При литическом развитии ген репрессора не экспрессируется, но идет активная экспрессия гена <то, равно как и многих других фаговых генов.
Таким образом„когда ген репрессор» включен, геп гго — включен, и наоборот, когда геи его включен, геп репрессора — выключезь Как мы увидим далее. эти два гена регулируют друг друга, что в конечном счете и определяет выбор между литическим и лизогенным путями развития фага Х. Область оператора состоит из трех расположенных друг за другом дискретных похожих, но не идентичных участков последовательности длиной по 17 пар оснований (рис. 41.б, Б).
Каждый из этих трех участков О,1, О,2 и О,З можез связывать репрессор или сто-белок главным образом за счет контактов между молекулой белка и большой бороздкой двойной спирали ДНК. Область ДНК между генами репрессора и его также содержит две промоторпые по- ресг»з!ци» экспрессии геиав 115 Ген ого Ген репрессора Он! Б мРНК репрессора А'' Онз ! Он2 и !!!!!1!!!!!!!!!!! !! !!!!!!!!!!!! !!!!! !!!!!!!!!!!!!!!! !!!!! !!!!!!!!!!!!!!! !!!! !!!!!!! !!!!!! Промотор гена респрессора в Промотор гена его мРНК сго о с я я о я о! в ' с с с я б ) 1 т 1 ' 11 1!! ! 1 ! 11 Рис, 41.б. Схематическое изображение правого ог!ератора (О„) фага Х (серия рисунков с последовательным увеличением количества деталей структуры).
Область оператора -- это участок фаговой ДНК размером около 80 п.о. А. Операторная область фланкируется геном лямбла-репрессора (с»ева) и геном регуляторного белка его (справа). Б. Область оператора состоит из трех функпиональных участков Ов 1, Ов 2, Ов 3, каждый длиной ! 7 пар оснований.
Все три участка узнаются как репрессором, так и белком его. Эти участки перекрываются с последовательностями двух промоторов, т.е. с участками связывания РНК-полимеразы, что необходимо для начала синтеза мРНК (вага!иста» линия), по которой затем идет синтез соответствующего белка. В. Нуклеотилная последовательность участка О„!. (!(ерго!1псео и!!!Ь рспп!зв!оп (гоп! РгазЬпе М., )оЬпзоп А. О, РаЬо С.О. А йепенс вв!!сЬ !и а Ьас)ег!а! чгпв. Бс!. Атп 1(Чот.] !982, 247. !28.) следовательности, которые определяют связывание РНК-полимеразы в определенной ориентации. Один промотор направляет транскрипцию вправо, и потому с него транскрибируется его и другие дистальные гены.
Другой промотор направляет транскрипцию влево, т.е. в направлении транскрипции !сна репрессора (рис. 41.б, В). Продукт гена репрессора, белок-репрессор, состоящий из 236 аминокислот, организован в двухдоменную структуру, в которой Х-коппевой домен связывается с ДНК операторного участка, а С- концевой домен отвечает за связывание с другой молекулой вепрессора с образованием димера. Днмерный репрессор связывается с ДНК оператора более прочно, чем мономер (рис. 41.7, А — В). Продукт гена сго, его-белок, состоящий из бб аминокислот, обладает однодоменной структурой, но также связывается более прочно с оператором в днмерпой форме (рис. 47.7, т ). Очевидно, что единственный домен его-белка отвечает как за связывание с ДНК, так и за димеризацию.
В лизогенной бактерии, содержащей фаг Х в состоянии профага, г.-репрессор связывается пренмушествепно с О,1, и при этом за счет кооперативных взаимодействий способствует связыванию другой димерной молекулы репрессора с участком 0„2 (рис. 41.8). Из трех участков оператора наименьшим сродством к репрессору характеризуется участок О„З.
Связывание репрессора с О„1 приводит к двум основным эффектам. Во-первых, РНК-полимераза пе может связаться с правонанравленным промотором, и, следовательно, с го-ген не экспрессируется. Вовторых, как сказано выше, репрессорный димер, связавшись с О,1, усиливает связывание другого ди- мера с О,2. Связывание репрессора с 0,2 дает важный дополнительный эффект, проявляющийся в повышении эффективности связывания РНК- полнмеразы с левонаправлеппым промотором, перекрывающимся с О,2, что приводит к усилению экспрессии гена репрессора. Такое усиление, повидимому, опосредовано взаимодействием белок— белкового характера между репрессором, связанным с 0„2, и РНК-полимеразой, связанной с промотором.
Следовательно, Х-репрессор служит одновременно и негативным регулятором, препятствующим транскрипции гена сто, и позитивным регулятором, усиливающим транскрипцию своего собственного гена. Этот двойственный характер действия репрессора обусловливает стабильность состояния профага: репрессор не только подавляет экспрессию генов литического развития„но и усиливает свою собственную экспрессию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
