Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Ж14. Стадия акспресснн гена, на которых может быть регуляции. 35 — 1353 геноме. Более того, эритроциты содержат огромное количество гемоглобкна, а фпбробласты — коллагена, хотя нее клетки одного организма содержат ту же,самую генетическую информацию. В связи с этим весьма иегтересно установить, какие генетические или иные факторы регулируют внутриклеточную концентрацию различных белков. Большая часть информации по этому поводу была получена при исследованиях на микроорганизмах, ио менее подробные исследования на системах млекопитающих свидетельствуют о том, что и в этом случае работают аналогичные факторы.
Регулггция экспрессггн гена может осуществляться иа любой или на нескольких стадиях на пути от гена до полипептидного продукта (рис. 26.!4). Среди этих возможностей„наиболееизучена модуляция частоты транскрипции, контролирующая скорость синтеза полипептндов. Частота транскрипции определенной последовательности кодоиов в большинстве случаев зависит от частоты инициации на промоторном участке. Ярким примером является регуляция ге- !и. метлполизм 1О82 нов, контролирующих ферменты метаболизма лактозы Е. со(г( Эти гены расположены на мромосоме один за другим и образуют координированно регулируемую единицу, так называемый оперон.
Один пз ьонпролирующих элементов — оператор — расположен иа 5'-концс оперона и является местом, с которым связывается репрессор (равд, 26.6). Второй регуляторный элемент — промотор— непосредственно примыкает к оператору н, как было отмечено ранее (равд. 26.5.2.1), является местом связывания РНК-полимеразы. 26.6.1. Лактозный опером Анализ лактозпого оперона Е. со(1 показал, что он является единым транскрибируемым участком, состоящим из примерно 5420 нуклеотидов, содержащий промотор-операторный участок из 122 нуклеотидов, за которыми следуют последовательности (структурные гены), кодирующие 5-галактозидазу, галактозидонермеазу и тиогалактоз!1дтрансаиетнлазу (рис.
26.15). 5-Галактозидаза катализирует гпдролиз ()-галактозидов, включая лактозу; пермеаза контролирует скорость поступления р-галактозидов в клетку Е. со(г) Функции трвнсацетилазы неизвестны. В присутствии лактозы или других галактозидов, называющихся индукторалпг, скорость синтеза полипептидов, кодируемых лактозным опероном, может быть увеличена более чем в 10з раз. Этого не происходит, если одновременно с индукторами присутствует сАМР Нк-поли ерааа У ° иизупыср галапп!Озиеаза !Оранс- ацетилааа перыеааа Рис. 25.15. (ас-Опероп Е. со(й Происториый (р) и операторный (о) участки сильно увеличены.
Цифры а верхней части рисунка показывают количество пар осиоаапий а иаждоч участке опероиа. ! — геи йгс-репрессора, и†р-галаитозидазы, у — галактозидперыеазы, а — тиогалаитозид-трапсапетилазы. ()?Ызол й. С., Аэе1- зоа А, наглел )и. М., йеаайо(1 йг.
Я., Бмепсе, 18?, 2?, 19?5. Соруг!яй( © 19?5 Ьу Нйс А!Пег)сап Аазос!ацоп (ог 1(ге А!(чапсыпеп1 о1 Бсгепсе.) аа. ГЕИЕТИЧЕСКИВ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА И АСС ТТААС~~С Т С С С С ТА Т ТСТТАА Рис. 26.16. Часть иукзеотидиоя ь следовртФльиости !ас-оперона. Показаны участки с осью симметрии второго порядка. (Огтзег! Я'., 1Иакагл А., Ргос. Бац. Асаг!. Ясв Б.
8., 76, 3681, 1973.) глюкоза. Таким образом, глюкоза нигибкрует индуцированный синтез ферментов катаболизма лактозы. Поэтому можно полагать, что лактоэный оперон создан для того, чтобы способствовать использованию лактозы в качестве вторичного источника углерода и энергии после израсходования глюкозы в среде. Как было отмечено выше„ скорость сиктеза полипептидов, кодпруемых лактозным опероном, контролируется регуляцией частоты инициации транскрипции.
Это происходит следующнм образом. Для нмицпацни траяскрнпцни нсобходнмы как холофсрмснт РНК- полнмеразы, так и белок, называемый САР (катаболитиый активатор), который должен содержать связанный сАМР. Связывание САР— сАМР-комплекса с САР-участком промоторной области оперона является непременным условием образования отирытого комплекса РНК-полпмеразы с промотором (рнс.
26.15). Количество комплекса САР— сАМР определяется концентрацией САМР, которая уменьшается при увеличении концентрации глюкозы. Если концентрация комплекса САР— САМР падает ниже определенного уровня, РНК-полпмераза ие может образовать открытый комплекс с промоторным участком, необходимый для инициации транскрипции. Поэтому присутствие глюкозы предотвращает транскрипцию лаитозного оперона. Даже прн высокой концентрации сАМР, которая существует в отсутствие глюкозы (такан концентрация, которая достаточна для того, чтобы САР-участки были заняты коегплексом САР--сАМР), образование открытого комплекса РНК-полимеразы с промотором предотнращается другим белком — 1ас-репрессором, если он связан с операторным участком.
Этот участок расположен между цромотором н геном р-галактозидазы, хотя, повидимому, он частично перекрывается с промотором (рис. 26.15). 1ас-Репрессор состоит из четырех идентичных субъедннпц с М по 37000 каждая. Связывание тетрамера с операторным участком гьредотвращает связывание РНК-полнмеразы. Каждая субъединица тетрамера содержит также участок для связывания индуктора, например, 5-галактозида.
Если эти участки заняты индуктором, репрессор не может связаться с операторным участком ДНК. Следовательно, индукторы освобождают операторный участок, после чего РНК-полимераза может инициировать транскрипцию. Для сегмента из 35 пар основааигй ( — 12 нм) в операторном участке характерна вращательная симметрии второго порядка (часть этой последовательности приведена на рис. 26.!6). Тетрамер 1084 П!, МЕТАБОЛИЗМ 1ас-репрессора представляет собой гантель размерами 4,5Х6Х Х!3 — (4 нм. Такая фигура обладает тремя осими симметрии второго порядка.
Длинная ось репрессора может быть ориентирована параллельно оси спирали Дг(К, что приведет к совпадению оси симметрии второго порядка тетрамера с осью симметрии оператора (рис. 26.(7). 4,6 ни- ! ( — 6,6-Е,Они — ( 14 нм вив сбоку виа сперепи 66-6,0нм— 1 46 — 6,С нм Рис.
26,!7. Тетраыер 1ас-репрессора н возможный характер его взаимодействия с оператором. Каждая иэ четырех субьединнп имеет две различные поверхности— А и В, которые могут взаимодействовать с ДНК, что лает возможность оператору связывать репрсссор лнумя участкал1и (1 н П). Все размеры на рисунке даны в нанометрах. (яеГ(х Т, А., я(сйтопг( Т. А„йгме 7)., Епйе(гнпп В., Ргм, (г(а1!. Асад. 961.
(). У., 71, 593, 1974.) ж ганвтическнв аспекты матхаолизих.п 1озв Мутации оператора или структурного гена,реп~рессора могут предотвратить связывание репрессора с оператором, что приведет к мерегулируемой екапрессии (транскрипцни) оперона, к так называемой конститутивной экспрессии. Мутации репрессора могут также предотвратить связывание индуктора с репрессором, что сделает репрессию необратимой, т.
е, экспрессия оперона станет неиндуцпбельной, Мутации, котцрые предотвращают синтез сАМР или изменяют САР, предотвращают транскриппию лактоэного н других оперонов, выводя таким образом экспрессию этих оперонов из-под контроля метаболическим состоянием клетки. В связи с этим очевидно, что модуляция ияициации транскрипции лактоэного оперона может быть обусловлена синергическим действием двух низкомолекулярных соединений — -сАМР и 6-галактозида, которые вызыва ют изменение состояния промотора путем воздействия на два белка — САР и (ас-репрессор. 26.6.2. Триптофаиовый оперои Е. сой может регулировать сне~рость синтеза ферментов, необходимых для бносинтеза трвптофэна, в ответ на изменение внутриклеточной концентрации триптофана.
Тари росте в присутствии избытка триптофана количество фермента составляет всего около 59о того уровня, который наблюдается при росте бактерий в среде без триптофана, т. е. когда триптофан должен быть синтезирован клеткой. Таким образом, в этом и аналогичных случаях Е. со(1 отвечает на состав питательной среды включением или выключением соответствующих ферментов биосинтеза. Для триптофана это достигается трансмрипциовны~м контролем триптофанового ((гур) аперона.
Так же, как и лактозный оперон, триптофановый оперон Е. со(( представляет собой единый транскрвпционный участок, определяюший структуру пяти полипептидов, которые катализируют реамции, необходимые для биосннтеза триптофана (рнс. 26.18). Интактная триптофановая мРНК состоит из примерно 7000 нуклеотидов и содержит ливерную последовательность из 166 нуклеотидов, предшествующую последовательностям, которые кодируют полипептндные продукты оперона. Регуляторный мромотор-операторный участок предшествует и частично перекрывается с участком инициации транскрипции и определяет возможность для РНК-полимеразы инициировать транскрипцию этого оперона. Однако в отличие от 1ас-репрессора триптофановый репрессор ме может связаться с оператором до тех пор, пока присутствует корепрессор — трнптофан. Таким образом, в отсутствие триптофана триптофановый репрессор не может связаться с оператором, и клетка полностью дерепрессироаана, В этом случае транскрипция и, следовательно, трансляция тряптофанового оперона идут с максимальной ско- пь мятлголпзм !оаа ориеитчиравачнзп алина Ччвспкоз (взр оснований) с16$з) 1$6 ~ 1666 — ) — 1ВВ — ) — 1666 ) - тмз ~ $6$ тзс тса Е тса и гас тср в тса А ат.ч фосфарибазил анптранилзпт- изомеразз каыпонеипт ! антпраиилагпсиныеыазы тз!типптофан синтпеюаза $6 компаиемпа анптрзпипзпт- чтрипюофвнсинктеюазы синтчетпаза (фасфсрибозиланырзнилапчч рзнстрзрзза) Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
