Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В кодирующие последовательностиэтих генов могут вклиниваться некодирующие, называемые интронами. Кроме того, между генами могутнаходиться участки ДНК с большим числом повторов(сателлитной ДНК) и спейсерной ДНК, транскрибируемой или нетранскрибируемой.Независимые гены — это гены, транскрипция которых,как и у прокариот, не связана с транскрипцией другихгенов в рамках транскрипционной единицы. Ихактивность может, однако, регулироваться экзогенными веществами, например гормонами.Повторяющиеся гены присутствуют в хромосомев виде повторов одного гена.
Ген рибосомной 5S-PHKповторяется много сотен раз, причем повторы располагаются тандемом, т. е. следуют вплотную друг задругом, без промежутков. Близкие к нему в функциональном отношении гены 5,8S-, 18S- и 28S-pPHK также присутствуют в виде многочисленных повторов, нолокализованы в ядрышковой ДНК.Кластеры генов — это локализованные в определенныхучастках (локусах) хромосомы группы различныхгенов с родственными функциями. Кластеры тожечасто присутствуют в хромосоме в виде повторов.Например, кластер гистоновых генов повторяется вгеноме человека 10—20 раз, образуя тандемную группу повторов.Интроны - это участки ДНК, разбивающие экспрессируемую, т.
е. кодирующую, часть гена на участки, называемые экзонами. Впервые феномен существования прерывистых генов был открыт при изученииаденовируса и подтвердился в 1977 г. при исследовании гена глобина мыши и рибосомных генов плодовой мушки Drosophila melanogaster. В одном гене можетнаходиться довольно много интронов; например, геняичного альбумина курицы содержит 8 интронов, общая длина которых превышает сумму всех кодирующих последовательностей в этом гене.
В процессетранскрипции РНК-полимераза снимает копию совсего гена. Затем специальные сплайсинг-ферментыосуществляют «монтаж» (сплайсинг) транскрипта,т. е. вырезают интроны и «склеивают» экзоны друг сдругом, в результате чего образуется зрелая, но ещенемодифицированная мРНК. Чтобы подобный «монтаж» мог осуществиться, на границах интронов с экзонами в ДНК должны быть особые нуклеотидныепоследовательности. Такая последовательность изображена на рис. 27.2; она встречается в геноме довольно часто и после транскрипции может служитьучастком узнавания для сплайсинг-ферментов.
Далеепроисходит нормальное созревание и трансляциямРНК(гл. 22).Рис. 27.2.Сателлитная ДНК состоит из обладающих характерными особенностями нуклеотидных последовательностей (их длина может составлять от 10 до 200нуклеотидов), которые расположены тандемно и сотни раз повторяются. Функция этой ДНК пока не выяснена.ВИРУСЫ.ПОРАЖАЮЩИЕЭУКАРИОТ,используют разные формы организации гена;известны и такие вирусы, в которых есть какперекрывающиеся,такипрерывистыегены.Перекрывающиеся гены обнаружены, например, ввирусе млекопитающих SV40, в ДНК которого имеетсяучасток (с 1488 по 1601 нуклеотид-ный остаток, считаяот точки начала репликации), кодирующий два белка:VP1 и VP2. Таким образом, увеличение емкостигенетического материала благодаря использованиюнескольких систем отсчета (рамок считывания) прикодировании встречается у вирусов как прокариот, таки эукариот, но в геномах клеток ничего подобного покане обнаружено.
В вирусе SV40 есть также прерывистыегены. Один из генов поздней транскрипции,кодирующий антиген TL (называемый обычно«большим Т»: L = large = большой), расщеплен на дваэкзона. Длина первого экзона (Т,) составляет 246 пароснований, второго (Т2) — 1879. Единственный разделяющий их интрон имеет в длину 345 пар основанийи вырезается из транскрипта гена TL при сплайсинге,после чего происходит «склеивание» двух кодирующихпоследовательностей.28. Регуляция экспрессии геновЭкспрессия генов как у прокариот, так и у эукариотрегулируется при помощи целого ряда механизмов.
Некоторые из механизмов такого рода, действующие в бактериальных системах, изучены довольно хорошо, и дваиз них будут рассмотрены ниже, но о том, как действуют регуляторные механизмы в клетках эукариот, известно немного.Прокариоты— это простейшие одноклеточныеорганизмы, которым для того, чтобы выжить, требуетсялишь благоприятная химическая среда. Если дляобеспечения жизнедеятельности клетке необходимкакой-то метаболит, она должна быть способна к синтезу ферментов, которые «пристроят» его в нужноеместо. Однако синтезировать такие ферменты в отсут-ствие соответствующего метаболита было бы дляклетки расточительством.Предположение об индукции синтеза ферментовбыло высказано Жакобом и Моно в 1961 г.
для того,чтобы объяснить, каким образом бактериальные клетки реагируют на изменения окружающей их среды.После введения в эту среду лактозы (молочного сахара) в качестве субстрата содержание в бактериальнойклетке (β-галактозидазы — фермента, участвующего врасщеплении лактозы, — увеличивается в 100 раз. Такая активация транскрипции называется индукцией.Одновременно с лактазой индуцируются еще два белка: галактозидпермеаза (белок, осуществляющийтранспорт лактозы через мембрану) и тиогалактозидацетилтрансфераза. Три структурных гена, кодирующих эти белки, обозначаются соответственно буквамиZ, Y и А и вместе с операторным участком образуюттак называемый lac-оперон.
Было показано, чтотранскрипционная активность входящих в оперон генов регулируется четвертым, регуляторным геном.Ген-регулятор (ген I) в lac-системе расположен рядомсо структурными генами Z, Y и А. Существование генаI было доказано генетическими методами. Когдабыли выделены мутантные бактерии, лишенные гена I(I--бактерии), то оказалось, что в таких бактерияхэкспрессия генов Z, Y и А поддерживается на высокомуровне даже в отсутствие лактозы, т. е.
происходитконститутивно. После того как в I—бактерии ввелифрагмент ДНК, содержащий ген I, экспрессия геновZ, Y и А вновь стала чувствительной к присутствиюлактозы. Отсюда был сделан вывод о том, что ген I кодирует какое-то диффундирующее регуляторное вещество, названное репрессором.Репрессор — это белок, блокирующий транскрипцию гена. В lac-системе репрессор представляет собойтетрамерный белок и называется lac-репрессором.
Онсвязывается с определенным участком на ДНК, который называется оператором.Оператор(О) представляет собой небольшой участок ДНК,граничащий с первым структурным геном. Бе-локрепрессор может связываться с этим участком,блокируя тем самым инициацию транскрипции. Операторная последовательность, с которой связываетсярепрессор, содержит участок палиндромной ДНК.Последовательность с осью симметрии 2-го порядка,изображенная на рис. 28.2, является частью местасвязывания с репрессором в lac -опероне.Промотор (Р) -это небольшой участок ДНК передоператором. Он служит местом связывания РНКполимеразы.
Место связывания репрессора (О) иучасток Р слегка перекрываются, так что, когдарепрессор находится на ДНК, РНК-полимераза неможет связаться с промотором и транскрипция неидет.Индукторпредставляетсобойнизкомолекулярное вещество, которое связывается срепрессором и переводит его в неактивную форму,неспособную болеесвязываться с оператором. Так, в /ас-системе индуктором является лактоза, после ассоциации с которойрепрессор отсоединяется от /яс-оператора. Индукцияявляется одной из форм негативной регуляции, называемой так потому, что транскрипция может идтилишь после удаления репрессора. Еще одной разновидностью негативной регуляции является так называемая катаболитная репрессия.Репрессия происходит тогда, когда репрессор связывается с оператором не иначе, как в комплексе снизкомолекулярным кофактором (корепрессором).Таким корепрессором часто бывает конечный продукт белкового синтеза, кодируемый опероном.
Тогда, если концентрация этого продукта становитсяслишком высокой, он связывается с репрессором идальнейший его синтез прекращается . Примером такой системы может служить триптофановый оперон.Триптофановый оперон состоит из оператора ипяти структурных генов (А— Е). Последние кодируютферменты, участвующие в биосинтезе триптофана,одной из незаменимых аминокислот. По мере увеличения концентрации триптофана наступает момент,когда дальнейший его синтез становится нежелательным и транскрипция прекращается.
«Выключение»транскрипции происходит следующим образом.Триптофан связывается с димерным репрессором(trp-репрессором), который кодируется отдельным, невходящим в оперон регуляторным геном. При этомпроисходит конформационное изменение, и открывается участок, способный связываться с операторнойпоследовательностью в ДНК. Весь комплекс связывается далее с ДНК и блокирует место связывания сРНК-полимеразой (промотор). Это пример регуляциис помощью репрессии (путь 1 на рис. 28.1).Вариация длины транскрипта — еще один механизм, посредством которого может осуществлятьсярегуляция экспрессии оперонов в бактериях. Так, в trp-опероне помимо репрессии используется и другаясистема регуляции.
Она связана с наличием в ДНКучастка, расположенного непосредственно перед первым структурным геном (trpE) и называемого аттенуатором (путь 2 на рис. 28.1). Аттенуатор представляетсобой нуклеотидную последовательность, содержащую команду, по которой происходит преждевременная терминация транскрипции. В случае trp-оперонапри высокой концентрации триптофана 90% всехтранскриптов терминируется после транскрипциивсего лишь 140 нуклеотидов и до начала транскрипции структурных trp-генов.Позитивная регуляция — еще один способ регуляцииэкспрессии гена (на рисунке не показан). Он отличается от негативной регуляции тем, что транскрипция «включается», а не «выключается» послеприсоединения регуляторного белка к оперону.
Корепрессор, или скорее коактиватор, присоединяется к белкуактиватору; далее весь комплекс связывается с соответствующим участком на ДНК, и лишь после этогоможет происходить транскрипция. Примером регуляции такого типа может служить процесс, происходящий при участии катаболитного белка-активатора,коактиватором которого является сАМР (см. дополнительную литературу). В отсутствие (или при низкойконцентрации) сАМР, что имеет место при размножении бактерий в присутствии глюкозы, блокируетсятранскрипция некоторых оперонов, в частности lacоперона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
