Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 35
Текст из файла (страница 35)
И то и другое способствует поддержанию лизогенного статуса клетки (т е. существование бактеориофага в форме профага). Когда концентрация репрессора достигает очень высоких значений, становится возможным его связывание с О,З, что в свою очередь понижает эффективность транскрипции гена репрессора с левого промотора. Как следствие этого, концентрация репрессора снижается до таких значений, при которых происходит диссоциация комплекса репрессора с участком О,З. Когда ДНК-повреждающий сигнал, например ультрафиолетовое облучение, оказывает воздействие на лизогенную бактериальную клетку, образующиеся фрагменты одноцепочечной ДНК активируют специфическую бактериальную протеазу, кодируемую геном гесА (рис. 41.8).
Активированная гесА-протеаза расщепляет ту часть молекулы ре- Глава 41 116 сФ Амино- кислотыы 132 — 236 его Аминокислоты 1 — 92 Рис. 41.7. Белок лямбда-репрессора представляет собой полипептид длиной 236 аминокислот. Полипептид свертывается в гантелеобразную структуру, в рамках которой можно выделить два домена — — Х- и С-концевой.
Эти два домена соединены между собой участком полнпептидной цепи, чувствительным к действию протеаз (А). Единичные молекулы репрессора (мономеры) ассоциируют в димеры (Ц. Димер способен вновь лиссоциировать до мономеров. Мономеры удерживаются в димере в основном за счет взаимодействия С-концевых доменов (область контакта заштрихована). Димеры репрессора способны обратимо связываться с операторным участком, проявляя наибольшее сродство к участку Оя 1 (8). Кон.гакты с ДНК (загислрихаванная облаешь) осуществляются в основном при учасгни ~-концевых доменов.
Белок его (Г) однодоменный белок. обладающий сайтами димеризации; в днчерной форме этот белок связывается с оператором, предпочтительно с участком О 3. (Кергос(исес( елсЬ регпйхкюп Ггогп Рсахйпе М,,ЗоЬпзоп А. О.. РаЬо С. О. А 8епс!гс змссЬ !и Ьассепа! игцз Бсй Агп 1!чоч.) 1982„247, !28.) Рис. 41.8. Четыре стадии жизненного цикла фига Х и схема переключения пути развития.
Лизогенный путь (вирус в состоянии профага) избирается при связывании днмерного репрессора с О„1. Посадка репрессора на О, 1 способствует связыванию другой молекулы репрессора с О 2. В состоянии профага (вверху) димеры репрессора, связавппгсь с О ! и О„2, препятствуют посадке РНК-полимеразы на расположенный справа промотор и таким образом блокируют синтез его-белка (негативный контроль).
11ри этом одновременно стимулируется связывание полимеразы с расположенным слева прочотором (позитнвный контроль)„ что приводит к более активной транскрипции сена репрессора (репрессорнвя мРНК изображена волнистой линией) и соответственно к более эффективной наработке белка-репрсссора, обеспечивающего поддержание лизогенного состояния. Профаг может быть индуцирован„ко~ да активированная ультрафиолетовым облучением протеаза гес А начинает расщеплять мономеры репрессора. Равновесие между свободными молекулами мономеров, димеров и связанных с оператором димеров нарушается, и димеры покидают операторный участок. Ничто более не способствует связыванию РНК-полимеразы с левым прочотором. и синтез репрессора прекращается.
В процессе индукции высвобождаются все операторные участки, полимервза связывается с правым промотором и начинается наработка его-белка. На ранних этапах литического цикла единичный днмер его-белка связывается с участком Оя 3, к которому он обладает повышенным сродспюм. Теперь полимераза не может связаться с левым промотором, в правый промотор остается доступным. Полимераза продолжает связываться с ннм. Происходит грвнскрипция гена гго и других ранних литических генов.
Устанавливается литический путь развития. (Вергос)исес( мй репп!ьв!оп Ггош Рсаяйпе М., !оЬьоп А. О., РаЬо С. О. А Веле!!с зичссЬ (и Ьассепа! ч!гнз. Бей Ат. (Ь!оч.) !982, 247, !28.) прессора, которая соединяет его Х- и С-концевые домены. Такое расщепление приводит к диссоциации димера репрессора, а затем и его комплекса с 0„2 и с 0„1. Последствия удаления репрессора с участков 0„1 и 0,2 легко предсказуемы. РНК-полимераза немедленно получает доступ к правонаправленному промотору и начинает транскрипцию гена сто. Кроме того, утрачивается и усиливающий эффект комплекса репрессор — 0,2 на левостороннюю транскрипцию (рис.
41.8). Белок его, образующийся при трансляции новообразованного транскрипта, также связывается с операторной областью в димерной форме, но порядок предпочтения операторных участков у сгобелки---обратный по сравнению с белкомрепрессором. То есть сто-белок наиболее прочно свизьшаегся е О„З, при этом полностью отсутствует какой-либо кооперативный эффект связывания с 0,3 в отношении связывания другой димерной молекулы с участком 0,2. При повышении концентрации сго-белок начинает связываться с 0,2, а затем и с О,1. «Посадка» сго-белка на 0,3 незамедлительно отключает левостороннюю транскрипцию и, следова- Регуляция экспрессии генов Профаг ОПЭ 062 ОВ1 Г Ч Г 1 Г 1 П ромотор гена репрессора Промотор гена сто ОПЭ ОП2 О„! Индукции !1! Облучение ультрафиолетом ОПЭ Ор2 ОП1 РН К-полимераз а ачндуиции !2! Промотор гена репрессора Промотор гена его ОПЗ ОП2 ОП1 РН К-пол имераза Промотор гена респрессора Промотор гена сто !!8 тельно, препятствует дальнейшей зкснрессии гена реирессора.
Таким образом происходит полное переключение — экспрессируется сго-ген„а ! ен рспрессора выключен. Это событие необратимо, вслед за ним начинается экспрессия остальных фаговых генов, т. е. запускается цикл нормального литического развития фага Х. Когда концентрация его-белка становится достаточно высокой, он связывается с участком О,1 и таким образом снижает уровень экспрессии собственного гена, что существенно для реализации последних стадий цикла литического развития. И для его-белка, и для белка-репрессора с помощью методов ренттеновской кристаллографии установлена пространственная структура. Предложены и проверены модели связывания данных белков с ДНК, проанализированы и имеющие к этому отношение молекулярные и генетические события.
До настоящего времени фа~ Х остается наиболее изученным и в отношении молекулярного механизма регуляции экспрессии генов. Аттенуацня транскрипции Бактериальные опероны, ответственные за биосинтез аминокислот, часто обладают дополнительной системой контроля экспрессии, основанной па преждевременной термииации транскрипции. Этот процесс, называемый аттенуацией, функционирует независимо от промоторно- — операторной системы регуляции экспрессии.
Аттенуация используется для регуляции экспрессии в ответ на воздействие различных физиологических факторов. Процесс регуляции на основе аттенуации включает начало трансляции, остановку рибосомы и переключение альтернативных вариантов вторичной структуры РНК, один из которых формирует терминатор транскрипции, а другой — препятствует образованию терминаторной структуры. У Е. Сой объектами аттенуации являются опероны триптофана, феннлыланнна. гнстидины, треонина, лейцина, изолейцина и валина. Остановимся на аттенуации триптофанового (Тгр) оперона, как наиболее полно изученной сисгеме.
Структура триптофынового (Тгр) оперона представлена на рис. 41.9. Его промоторно— операторная система регуляции аналогична описанной выше для Бас-оперона. Репрессия Тгр-опероиа приводит к 70-кратному снижению уровня транскрипции, однако мутанты, лишенные функциональной системы репрессии„тем не менее сохраняют способность отвечать ны триптофановое голодание 8--- 10-кратным повышением уровня синтеза Тгр-мРНК.
При анализе других типов мутаций в Е. соГГ стало ясно, что процесс аттенуации связан скорее с эффективностью трансляции триптофановых кодонов, чем с непосредственным влиянием изменения концентрации свободного триптофана в среде. Вскоре было установлено, что в Тгр1.-участке (рис. 41.9) оперона Тгр с Тгр Е Тгр О Тгр С Тгр В Тгр А Р Саит нанааа Саят тарминации транскринции транскринции Саит паузы транскринции Рнс. 41.а!.
Регуляторная область н структурные тены Ттроперона Е.ттз(Г Инновация транскрнппнн контралнрустсв промотором-оператором. Тсрмннацня транскрипции контролнруется вяз енуат ором в области ! 62-звенно(! зтнг!Српой последовательности Ттр !.. Все молекулы поднмервзм, ос1- ществляющнс транскрипцию опсрона. презкдс чем двнгв з ьсв дальше, делают времснную остановку на уцасткс аттснувпнн. (Вергсгт!цсет! ууйЬ реппгввюп Ггопз 'т'апгтЫту С. Апспыдбоп !и сонно! СГехртехазтзп оГЬасгепа! орспнтх.
)Чвнгге !981, 289, 75!.! можез происходить преждевременная термнныция транскрипции. предотвращающая транскрипцию дистальных генов (ТгрЕЕ)СВА) опероны. Эта преждевременная терминацня происходит тогда. коГда трансляция триптофановых кодонов в Тгр1,, протекает с нормальной скоростью. В результате такой терминации (аттенуации) образуется так называемый лидериый траискриит длиной 140 нуклеотидов вместо протяженного полицистронного транскрипты всего оперона, необходимого для образова!шя всех ферментов пути биосинтеза трнптофыны. С помощью методов генной инженерии удалось получить мутации по аттенуаторному участку и пронес~и анализ соответствующих нуклеотидных последовательностей.
Комбинация генетических и генно- инженерных подходов позволила воссоздать следующую динамическую картину процесса ыттенуации. На участке Тгр-промотора РНК-полимераза, свободная ог контроля со стороны рспрсссоры, начинает транскрипцию оперонн и доходит до 90-го нуклеотиды (рис. 41.И)). где она делает временную остановку. Во время этой паузы к образовавшемуся 5'-концу лидерного транскриггга в области 27--29 стартового кодона Аь)О прикрепляется рибосомы, происходит трансляция лидсрно<о пспчида длиной 14 аминокислот. Начиная с положения 54, в транскрипте последовательно расположены двы триптофановых кодона, поэтому для продолжения трансляции необходимо присутствие тРНК'".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
