Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_3 (1123315), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При индукции 505-ответа в сильно поврежденных клетках КесА также расщепляет и тем самым инактивирует репрессоры, которые поддерживают в спящем состоянии некоторые лизогенные вирусы, находящиеся в бактериальной клетке. Это замечательный пример эволюционной адаптации. Эти репрессоры, как и 1.ехА, тоже расщепляют сами себя по специфической пептидной связи А!а — О1у, поэтому индукция 505- ответа приводит к репликации вирусов и лизису клетки с высвобождением новых вирусных частиц. Так бактериофагу удается «сбежать» из поврежденной клетки. Синтез рибосомных белков происходит координированно с синтезом рРНК Когда бактериальной клетке требуется больше белка, в ней не повышается активность каждой рибосомы, а увеличивается их общее число.
С увеличением скорости роста клеток увеличивается и численность рибосом. При высокой скорости роста клеток рибосомы составляют приблизительно 45% сухой клеточной массы. Ресурсы, предназначенные для производства рибосом, так велики, а функция рибосом так важна, что клеткам приходится координировать синтез компонентов рибосом — рибосомных белков и РНК (РРНК). Механизмы регуляции этого процесса отличаются от описанных выше механизмов, поскольку здесь регуляция осуществляется в основном на уровне трансляции. Рибосомные белки кодируются 52 генами, которые расположены, как минимум, в 20 оперонах по 1 — 11 генов в каждом.
Неко~орые из этих оперонов также содержат гены субъединиц ДНК- праймазы (см. Рис. 25-13), РЕ(К-гголимеразы (см. Рис, 28-4) и факторов элонгации синтеза белка (см. рис. 27-28), что обеспечивает тесное сопряжение репликации, транскриппии и синтеза белка в процессе рос~а клетки. Опероны рибосомных белков регулируются главным образом на уровне трансляции по механизму обратной связи.
Один из рибосомных белков, копируемых каждым опероном, функционирует как репрессор трансляции: он связывается с мРНК, транскрибируемой с данного оперона, и блокирует трансляцию всех генов, закодированных этой мРНК (рнс. 28-23). Обычно рибосомный белок, который играе~ роль репрессора, сам связывается с рРН К. Каждый белок-репрессор трансляции связываешься с соответствующей РРНК с более высоким сродством, чем со своей мРНК, поэтому связывание мРНК и подавление трансляции происходит только тогда, ког.да концентрация рибосомного белка превышает концентрацию рРНК. В резулыате трансляция мРНК рибосомных белков подавляется только тогда, когда уровень синтеза этих рибосомных белков превышает запросы для сборки функциональных рибосом.
Таким образом, скорость синтеза рибосомных белков координирована с наличием рРНК. Участок связывания репрессора трансляции с мРНК находится вблизи точки начала трансляции одного из генов оперона, обычно первого гена (рис. 28-23). В других оперонах это повлияло бы только на трансляцию этого конкретного гена, потому что в полицистронных мРНК бактерий большинство генов имеет независимые сигналы трансляции. Однако в оперонах рибосомпых белков трансляция каждого гена зави- Примеры регуяяции генов ругон реяомоинеции 1ян 1я г. «Ояны я .
орг ьяя« е ~н ~ нюатор) в мРНК. Образование аттенюатора модулируется путем сопряжения транскрип- ции и трансляции и зависит от небольших изменений концентрации аминокислот. ° Действие БОЯ-системы заключается в одновременной индукции множества несвязанных генов, подавляемых одним репрессором; повреждение ДНК при посредничестве белка КесА запускает автокаталитический протеолиз репрессора. ° При синтезе рибосомных белков один белок в каждом опероне рибосомных белков действует как репрессор трансляции.
Он связывается с м1Ч1К и блокирует трансляцию, только когда находится в избытке к рРН К. ° Посттранскрипционная регуляция некоторых мРНК опосредована малыми РНК, которые действуют по транс-механизму, или частями самой мРНК (рибопереключателями), которые действуют по кис-механизму. ° Некоторые гены регулируются с помощью генетической рекомбинации, в результате которой промоторы перемещаются относительно регулируемых генов. Кроме того, регуляция может происходить на уровне трансляции.
28.3. Регуляция экспрессии генов у эукариот Инициация транскршщии — ключевая точка в регуляции экспрессии генов в любых организмах. Несмотря на то что у эукариотов и бактерий некоторые механизмы регуляции одинаковые, регуляция транскрипции у них принципиально различается. Можно определить базовый уровень транскрипции как активность промоторов и всего механизма транскрипции ги п)по в отсутствие регуляторных последовательностей.
Бактериальная РНК-полимераза обычно имеет доступ к любому промотору и может связываться с ним и инициировать транскрипцию с некоторой эффективностью без помощи активаторов и репрессоров; следовательно, транскрипция носит пермиссивный характер. Однако обычно у эукариот силь- 283 Регуляция экспрессии генону эукариот ~ 2311 ные промоторы гл ипо неактивны в отсутствие регуляторных белков, т. е. это непермиссивная транскрипция. Это принципиальное различие является причиной, как минимум, четырех важных особенностей регуляции экспрессии эукариотических генов. Во-первых, у эукариот доступ к промоторам ограничен строением хроматнна, и активация транскрипции связана со многими изменениями структуры хроматина в транскрибируемом участке.
Во-вторых, хотя у эукариотических клеток есть как положительные, так и отрицательные регуляторные механизмы, положительные механизмы преобладают во всех охарактеризованных до сих пор системах. Таким образом, с учетом непермиссивнаого характера транскрипции, чтобы прошла транскрипция любого эукариотического гена, нужна активация. В-третьих, по сравнению с бактериями эукариоты имеют более крупные и сложно устроенные регуляторные белки, как правило, состоящие из нескольких субьединиц. Наконец, в-четвертых, транскрипция в ядрах эукариот отделена от трансляции в цитоплазме как во времени, так и в пространстве. Как мы увидим далее, в эукариотических клетках схемы регуляции очень сложны.
Мы завершим этот раздел описанием одной из наиболее подробно исследованных схем регуляции— схемы регуляторного каскада, который контролирует развитие дрозофилы. Транскрилционно активныр хроматин по структуре отличается от неактивного хроматина Влияние структуры хромосом на регуляцию генов эукариот не имеет очевидной аналогии в клетках бактерий. В клеточном цикле эукариот интерфаэные хромосомы на первый взгляд кажутся дисперсными и аморфными (см. рис. 12-43 в т. 1, рис. 24-25). Тем не менее в таких хромосомах можно обнаружить несколько форм хроматина. В типичной эукариотической клетке около 10% хроматина находится в более конденсированной форме, чем остальной хроматин. Это транскрипционно неактивный гетерохроматин. Гетерохроматин обычно связан со специальными структурами хромосомы, например с центромерами.
Остальной менее конденсированный х1юматин называется эухроматином. ) азх) Часть 111. 28. Регуляция экспрессии генов Транскрипция эукариотических генов внутри гетерохроматина подавлена. Напротив, некоторая часть эухроматина (но не весь) активно транскрибируется. Транскрипционно активные области хромосом характеризуя>тся не только более свободной структурой хроматина, но также наличием нуклеосом особого состава и вида.
В транскрипционно активном хроматине обычно содержится меньше гистона Н1, который связывается с линкерной ДНК между нуклеосомами, но больше вариантов НЗ.З и П2АХ (см. доп. 24-2). Гистоны из транскрипционно активного хроматина и гетерохроматина также отличаются по характеру ковалентной модификации. Гистоны из ядра нуклеосомной частицы (Н2А, Н2В, НЗ, Н4; см. рис.
24-27) модифицируются путем метилирования остатков 1.уз, фосфорилирования остатков Яег или Т)>г, ацетилирования (см. ниже), убиквитинирования (см. рис. 27-47) или сумоилирования. Все гистоны нуклеосомного ядра имеют два разных структурных домена. Центральный домен участвует во взаимодействии между гистонами и в оборачивании ДНК вокруг нуклеосомы. Второй, богатый лизином )Ч-концевой домен обычно располагается ближе к внешней стороне собранной нуклеосомной частицы; ковалентным модификациям подвергаются специфические аминокислотные г>статки именно этого домена. Характер молификаций позволяет предполагать существование гистонового кода, с помощью которого эти модификации узнаются ферментами, изменяющими структуру хроматина. Модификации, связанные с активацией транскрипции (главным образом, метилирование и ацетилирование), могли бы узнаваться ферментами, которые делают хроматин более доступным для транскрипции.
И в самом деле некоторые из этих модификаций необходимы для взаимодействия с белками, выполняющими важные функции при транскрипции. Для эукариотической ДНК характерно метилирование остатков цитозипа в последовательностях СрС по пятому положению (с. 419 в т. 1), но ДНК из транскрипционно активного хроматина часто слабо метилирована. Кроме того, сайты Срб в определенных генах слабее метилированы в клетках тех тканей, где эти гены экспрессируются, чем там, где они не экспрессируются.
Таким образом, подготовка хроматина к транскрипции происходит путем удаления возможных структурных преград. Хроматин ремоделируется путем ацетилирования и перемещения нуклеосом Связанные с транскрипцией изменения в структуре хроматина происхолят в процессе ремоделирования хроматина. В рсмоделировании участвуют ферменты, которые катализируют процессы модификации. Некоторые ферменты ковалснтно модифицирук>т гистоны нуклеосомы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
