Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_3 (1123315), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Далее предстояло определить, соответствует ли укладка белков предсказанной структуре. Экспрессировать и кристаллизовать каждый белок, а затем определять его трехмерную структуру было бы слишком трудоемким делом. Вместо этого исследователи использовали процессинг в клетках Е. сой для отсева наиболее дефектных вариантов белков. После этого первичного скрининга они сохранили лишь те клоны, в которых по данным 8Р8-электрофореза в полиакриламидном геле была белковая полоса с ожидаемой молекулярной массой (см, рис. 3-18 в т.
1). з) Почему белки с очень сильными нарушениями структуры не образуют при электрофорезе полосу с ожидаемой молекулярной массой? Этот первнчный тест прошли несколько белков, и дальнейшие исследования показали, что они имели предсказанную структуру из четырех спиралей.
и) Почему не все белки со случайной последовательностью, прошедшие первичный скрининг, могли образовывать структуру из четырех спиралей? Литература Капттейаг, Я., Бей!Вег, ). М., Х!опя, Н., ВаМЬ„). М., 6 НесЫ, М. Н. (1993) Ргогею с!емяп Ьу Ьтпагу рагтеггбп8 о1 ро!аг апг! поп ро!аг агпгло ас!г!а устепсе 262, 1680 — ! 685. мая важная задача химической физиологии и эмбриологии — поня очему клетки ткани ие экспрессируют постоянно все заложенные в номах возможности.
— Франсуа Жакоб и Жак Ион из статьи в эошпа1 о1 Мо1есц1аг В!о!оду, 19 Регуляция экспрессии генов 283. Принципы регуляции генов 230 тах различных генов; например, в эритроцитах только один белок (гемоглобин) присутствует в очень высокой концентрации. С учетом высокой энергетической стоимости синтеза белка регуляция экспрессии генов весьма существенна лля оптимального использования энергии. Конпентрация белка в клетке опрелеляется сложным равновесием, как минимум, семи процессов, причем каждый процесс имеет несколько активных точек регуляции. 28.2.
Регуляция экспрессии генов у бактерий 243 28.3. Регуляция экспрессии генов у эукариот 257 1. Синтез первичных транскриптов РНК (транскрипция). 2. Посттранскрипцнонная модификация мРНК. 3. Расщепление мРНК. 4. Синтез белка (трансляция), 5. Посттрансляционная молификация белка. 6. Компартментализация и транспорт белка.
7, Расщепление белка. в клетке одновременно экспрессируется только часть из 1000 генов типичного бактериального генома или же из 20 000 генов генома человека. Продукты некоторых генов находятся в клетке в очень большом количестве: например, необходимые лля синтеза белка факторы элонгации — очень распространенные бактериальные белки, а рибулозо-1,5-бифосфаткарбоксилаза>'окснгеназа (рубиско) растений и фотосннтезирующих бактерий, по-вилимому,— самый распространенный фермент в биосфере.
Пролукты других генов содержатся в горазло меньших количествах, например в клетке может присутствовать несколько молекул ферментов, исправляющих редкие повреждения ДНК. Со временем потребность в продуктах генов может меняться. Так, в разных метаболических путях потребности в ферментах могут увеличиваться и уменьшаться при изменении источников питания или по мере их истощения. На различных стадиях развития многоклеточного организма белки, влияющие на лифференцировку клеток, присутствуют только в некоторых клетках и совсем краткое время. Специализация клеточных функций влияет на потребность в продук- Эти процессы обобщены на рнг.
2Х-! . Некоторые механизмы мы рассмотрели в прелылущих главах. Посттранскрипционная модификация мРНК посредством таких процессов, как альтернативный сплайсинг (см. рис. 26-22) или редактирование РНК (см. рис. 27-10, 27-12), может влиять на то, какие белки синтезируются на транскриптах мРНК и в каком количестве. Скорость деградации мРНК зависит от ее нуклеотилной последовательности (разл. 2б.!). Скорость трансляции мРНК и скорость посттрансляционной модификации белка, его транспорта и расщепления также зависят от множества факторов (гл.
27). Связывание ДНК с белком — основа сложных регуляторных схем функционирования генов. Теперь мы переходим к более подробному изучению этих схем сначала в бактериальных, а затем в эукариотических системах. Краткое содержание раздела 28.1 ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ ГЕНОВ ° Экспрессию генов регулируют процессы, влияющие на скорость синтеза и разрушения продуктов генов. В значительной степени регуляция осугцествляется на уровне инициации транскрипции посредством регуляторных белков, которые либо подавляют транскрипцию (отрицательная регуляция), либо активируют ее (положительная регуляция) на специфических промоторах. ° Гены бактерий, копирующие продукты с взаимосвязанными функциями, часто организованы в кластеры — опероны (отдельные транскрипционные единицы).
Транскрипция генов обычно блокируется при связывании специфического белка-репрессора с участком ДНК, называемьгм оператором. Небольшие молекулы (индукторы) могут вызывать отсоединение репрессора от оператора. Эти принципы впервые были установлены при изучении лактозного (1ас) оперона. 1асрепрессор отделяется от 1ас-оператора, когда репрессор связывается со своим индуктором аллол актовой. ° Регуляторные белки — ДНК-связывающие белки, распознающие специфические последовательности ДНК; в большинстве регулируемых белков имеется особый ДНК- связы вакпций домен.
Для этих доменов характерны типичные структурные мотивы, ответственные за связывание с ДНК: спираль — поворот — спираль, цинковый палец и гомеодомен. ° Регуляторные белки также солержат домены для межбелковых взаимодействий; это лейциновая молния и спираль — петля — спираль, необходимые для димеризации, а также другие мотивы, участвующие в активации транскрипции.
28.2 Регуляция экспрессии генов у бактерий [243] 28.2. Регуляция экспрессии генов у бантерий Как и во многих других биохимических исследованиях, ранее регуляция экспрессии генов изучалась у бактерий, а потом уже у других организмов. Представленные ниже примеры регуляции бактериальных генов выбраны из множества хорошо изученных систем отчасти из-за их исторического значения, но прежде всего потому, что они позволяют оцснить весь спектр регуляторных механизмов у бактерий.
Принципы регуляции бактериальных генов помогают в понимании механизмов экс- ирессии генов в эукариотических клетках. Мы начнем с изучения лактозного и триптофанового оперонов; в каждой из этих систем участвуют регуляторные белки, но общие механизмы регуляции очень различаются. Далее мы в общих чертах рассмотрим механизм ЮВ-ответа в клетках Е. сой и увидим, каким образом осуществляется координированная регуляция генов, рассеянных по всему геному. Затем мы исслепуем две совершенно разные бактериальные системы с тем, чтобы показать разнообразие механизмов регуляции, а именно рассмотрим, во-первых, регуляцию синтеза рибосомного белка на уровне трансляции, в процессе которой многие регуляторные белки связываются с РНК, а нс с ДНК; вовторых, регуляцию так назьгваемой фазовой вариации у сальмонеллы, которая возникает вследствие генетической рекомбинации.
Наконец, мы разберем некоторые дополнительные примеры посттранскрипционной регуляции, когда РНК сама модулирует свою функцию. Положительная регуляция лактозного оперона Взаимодействия оператора, репрессора и индуктора, описанные здесь на примере 1ас-оперона (рис. 28-7), представляют собой упрощенную модель регуляцтс экспрессии генов по механизму включеышя/вьпслючения.
В действительности регуляция оперона редко бывает настолько простой. Среда обитания бактерий слишком сложная, чтобгя их геньг можно было контролировать одним-единственным сигналом. Наряду с лактозой на экспрессию 1ас-генов влияют и другие факторы, например глюкоза. Для Е. со1г глюкоза, расщепляемая в процессе гликолиза, предпо- [2ЗО] Часть |П. 28. Регуляция экспрессии генов этому индукция 805-ответа требует удаления ).ехА. В данном случае происходит не просто отсоединение репрессора от ДНК в ответ на связывание небольшой молекулы, как в 1асопероне.
Репрессор 1ехА инактивируется, катализируя собственное специфическое расщепление по пептидной связи А!а-О1у с образованием двух приблизительно равных по длине белковых фрагментов. При физиологическом значении рН для этой автокаталитической реакции расщепления необходим белок КесА. Этот белок не протеаза в классическом смысле, но его взаимодействие с БехА облегчает реакцию расщепления репрессора. Эту активность КесА иногда называют сопутствующей протеазной активностью.
Белок КесА обеспечивает функциональную связь между биологическим сигналом (повреждением ДНК) и индукцией 505-геггов. Значительное повреждение ДНК приводит к многочисленныги одноцепочечным разрывам в ДНК, и только КесЛ, который связывается с одноцепочечной ДНК, может облегчить расщепление репрессора 1.ехА (рис. 28-22, вггизу). Связывание КесЛ в области разрыва, в конечном итоге, активирует его протеазную активность, что приводит к расщеплению репрессора БехЛ и индукции 505-ответа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
