Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 23
Текст из файла (страница 23)
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. Такое явление называется катаболитной репрессией.ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ в значительнойчасти представлены многоклеточными формами свысокой специализацией клеток. Хотя во всех клетках человека содержится совершенно одинаковаяД Н К, в разных тканях происходит экспрессия далеконе одинаковых наборов генов. Таким образом, должнысуществовать какие-то механизмы, при участии которых одни гены работают (т.
е. экспрессируются), адругие нет. Для этой цели используется целый рядмеханизмов: регуляция на уровне транскрипции и науровне трансляции, посттранскрипционная и посттрансляционная регуляция и регуляция с помощьюгормонов.Регуляциянауровнетранскрипцииосуществляется при синтезе мРНК. СредниеконцентрациииндивидуальныхмРНК,транскрибируемых с разных генов, сильноотличаются друг от друга. Это обусловлено тем,например, что мРНК-копии одних генов разрушаютсябыстрее других, либо тем, что их синтез происходитмедленнее. Регуляция может осуществляться при помощи белков, способных связываться с ДНК, и дажепри помощи коротких фрагментов РНК, которые спариваются с ДНК, предположительно блокируя местаприкрепления РНК-полимеразы. Таким образом скорость транскрипции может снижаться или, наоборот,повышаться.Посттранскрипционнаярегуляцияосуществляется на уровне процессинга мРНК.
Дажев том случае, если транскрипция двух разных геновпроходит с одинаковой скоростью, дальнейшийпроцессинг мРНК, включающий модификацию 5'- иЗ'-концов и сплайсинг эк-зонов, может протекать поразному у разных мРНК.Регуляциянауровнетрансляцииосуществляетсяза счет того, что исключаетсявозможность использования мРНК в качествематрицы для синтеза белка, хотя она и присутствует вцитоплазме. В ооците морского ежа, например, многомРНК, но сколько-нибудь заметного синтеза белкане происходит до тех пор, пока ооцит не будетоплодотворен.
Лишь после этого молекулы мРНКподвергаются модификации, т. е. «приобретают»шпильку на 5'-конце (так называемый кэп, или«шапочку») и «шлейф» из poly (А) на З'-кон-це (гл.22), и могут далее включаться в нормальныйтрансляционный процесс, который завершается построением молекулы белка.Посттрансляционная регуляция основана на том, чтомногие белки синтезируются в неактивной форме идолжны еще пройти стадию модификации. Так, в рклетках поджелудочной железы синтезируется неинсулин как таковой, а его предшественник, полипептидная цепь которого длиннее инсулиновой и содержит еще некоторую добавочную последовательность аминокислотных остатков. Лишь после тогокак эта последовательность вырезается протеолитическим ферментом, получается собственно гормон всвоей функциональной форме.
Таким образом, производство активного гормона может регулироватьсяпосттрансляционным путем через регуляцию активности протеолитического фермента.Регуляция с помощью гормонов – это частныйслучай регуляции на уровне транскрипции; такимпутем организм заставляет клетку «включить»определенные гены в ответ на внешний стимул. Так,стероидные гормоны из тех клеток, где они былисинтезированы, попадут в конечном счете вцитоплазмусоответствующихклеток-мишеней,откуда специальный транспортный белок перенесетих в ядро, где они смогут активировать те или иныегены путем прямого взаимодействия с хроматином всоответствующих местах.
Каждый гормон активируетсвой набор генов. Таким способом обеспечиваетсясоответствие реакции клетки роду сигнала, которыйклеткавоспринимаетчерезпосредничествосоответствующего гормона (гл. 41).29. Клеточный циклКлеточный цикл — это последовательность событий,происходящих во время деления клетки, в результатекоторой образуются две дочерние клетки. Элементыклеточного цикла прокариотических клеток пока охарактеризованы недостаточно полно.
Напротив, дляэукариот четко установлен набор событий в клетке,порядок которых в цикле фиксирован, но время протекания может сильно варьировать.ДЕЛЕНИЕ ПPОКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ включаетрепликацию единственной кольцевой хромосомы ивсех содержащихся в клетке плазмид, а такжеудвоение клеточных органелл, в том числе плазматической мембраны и компонентов клеточнойстенки. Скорость деления бактерий зависит от содержания питательных веществ в среде, в которой растутклетки.
Если недостает каких-либо важных субстратов, уменьшается скорость инициации репликации;при этом скорость самой репликации не меняется.Продолжительность репликации у большинствапрокариотических клеток на удивление постоянна(около 40 мин). Если удвоение ДНК началось, онопродолжается до конца, независимо от любыхизменений в составе питательной среды, произошедшихв это время.
Время, предшествующее инициациирепликации ДНК, непостоянно (20—220 мин). В двухпримерах на рис. 29.1 отдельно показаны длинный икороткий циклы. Длинный цикл имеет место тогда,когда велико время до начала инициации. В этом случаепосле начала репликации новые точки инициации вхромосоме не возникают до тех пор, пока неосуществятся все события клеточного цикла. Время,необходимое для появления новых точек инициации,непостоянно, и от него в основном зависит полнаядлительность клеточного цикла.
Короткий цикл имеетместо тогда, когда новые точки инициации возникаютдо полного завершения цикла репликации. Такимобразом, еще до окончания деления клетки начинаетсяследующий цикл репликации.Инициация репликации осуществляется с помощьюспецифических белков. Если клетки поместить всреду без какого-либо ключевого субстрата, напримертриптофана, синтез белка сразу остановится. Хотя репликация ДНК и деление клетки продолжаются, новый цикл репликации не начинается до тех пор, покаопять не начнется синтез белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
