Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 38
Текст из файла (страница 38)
15.2. Повышение продукции мРНК, кодяруюшей р-галактозидазу, предшествует повьппепию уровня синтеза самой б-~алактозилазы. По- стоянное присутствие иидуктора не- обходимо для поддержания повы- шенного уровня мРНК, которая в отличие от сравнительно стабиль- ного фермента подвержена быстрой межуточных продуктов метаболизма лактозы 1рис. 15.!), является собственно активным индуцирующим агентом.
Низкий конститутивный уровень 11-галактозидазы, характерный для неиндуцированных клеток, достаточен для превращения лактозы в индуктор — аллолактозу. После удаления индуктора из среды уровень соответствующей мРНК резко снижается в результате ее дегралации до нуклеотидов под действием рибонуклеазы. Время полужизни мРНК составляет всего лишь несколько минут. Поэтому для поддержания уровня мРНК необходима постоянная индукция ее синтеза, уравновешивающего процесс быстрой деградации.
Практически все прокариотические мРНК метаболически нестабильны. Эта нестабильность молекул мРНК в сочетании с аппаратом регуляции транскрипции обеспечивает клетке возможность избирательно синтезировать только необходимые белки. Специфические механизмы регуляции экспрессии генов удалось установить благодаря сочетанию генетического и биохимического анализа ряда генетических функций, таких, как способность утилизировать альтернативные источники углерода, синтезировать определенные аминокислоты и другие метаболиты. Как отмечалось в гл.
7 и 8, генетическое картирование мутаций, влияющих на определенную метаболическую цепь, свидетельствует о том, что вовлеченные в нее гены часто располагаются в геноме в виде кластеров. Группировка функционально связанных между собой генов в кластеры, транскрипция каждого из которых инициируется на общем промоторе, позволяет осуществлять координированный контроль экспрессии этих генов.
Транскрипция кла- Экспрессия генетического материал стерв генов с образованием полицистронной мРНК обеспечивает одне временное появление после индукции сразу всех белков, необходимы для реализации соответствующей функции. Генетический анализ механизмов регуляции экспрессии на примера: которые рассматриваются в этой главе, позволяет выявить сушествов. ние трех различных типов регуляторных элементов. 1. Регуляторные белки — белки, влияющие на активность РНК-полимь разы в инициации или терминации транскрипции. Эти белки могут оказывать как позитивное, так и негативное влив ние на процессы инициации или терминации.
Их активность част контролируется с помощью специфического связывания низкомоле кулярных эффекторов. 2. Эффекторы — небольшие небелковые молекулы, концентрация кс торых в клетке отражает особенности ее состояния. В качестве эффек торов могут выступать сАМР, триптофан, аллолактоза и др. 3. Регуляторные последовательности — участки нуклеотидной последова тельности, действуя на которые регуляторные белки влияют на урс вень синтеза соответствующих мРНК (промоторы, терминаторз и др.) Участки ДНК, контролирующие транскрипцию Синтез РНК направляется РНК-полимеразой, которая связглваетс~ с промоторным участком ДНК и начинает транскрипцию матрично( цепи ДНК, которая продолжается вплоть до достижения терминаторно го участка.
Таким образом, контроль уровня данной мРНК в клетк~ осуществляется через взаимодействие с промотором. Однако в контра ле транскрипции может участвовать и терминатор, если он расположеь на участке между промотором и самим регулируемым геном. В следую щих разделах будут обсуждаться оба названных типа регуляции Участки нуклеотндной последовательности, узнаваемые холофермен том РНК-полимеразы и существенные для инициации транскрипции были локализованы с помощью определения последовательности фраг.
ментов ДНК, которые прн связывании фермента оказываются защи. щенными от действия нуклеаз. Сравнение большого набора таких по. следовательностей показывает, что не существует единой промоторной последовательности. Многие различающиеся по структуре последова. тельности ДНК могут с различной эффективностью узнаваться РНК. полимеразой, что отражает известные различия в характеристических значениях максимального уровня транскрипции различных транскрип. ционных единиц.
В то же время такое сравнение позволяет выявить некоторые структурные особенности, общие для большинства известных праматоров (обобщенные последовательности), необходимые для взаимодействия с РНК-полимеразой. На рис. 15.3 показаны обобщенные последовательности промоторных участков, узнаваемых холоферментом РНК-полимеразы Е.со(1 Транскрипция начинается с нуклеотида.
обозначенного + 1. Последовательности, необходимые для взаимодействия с РНК-полимеразой, находятся в этом положении в области — 1О -ао -го -60 т1 Участок, защищаамый попимаразой "Открытый" участок мРНК Обобшаииый промотор (ТАТААТ вЂ” так называемый Прибнов-бокс) и — 35 (ТТОАСА). Мутации, влияющие на промоторную активность, почти всегда либо локализованы в этих участках, либо изменяют расстояние между ними. Считается, что области — !О и — 35 праматоров узнаются белком о, необходимым для точной инициации транскрипции. После узнавания промотора в нативной «закрытой» спирали ДНК холофермеит РНК-полимеразы образует «открытый комплексе, в котором произошло плавление небольшого участка спирщти из 1б-18 п.н. Этот район помечен иа рис.
15.3. В него входит нуклеотид -Ь 1 матричной цепи и часть Прибнов-бокса. Терминация синтеза РНК осуществляется на специальных последовательностях ДНК (терминаторах). Анализ последовательностей, расположенных на 3'-конце РНК-транскриптов, позволяет выявить общие структурные особенности, дающие основания полагать, что прежде, чем быть узнанными, терминаторные последовательности считываются РНК-полимеразой. Часто эти транскрнпты заканчиваются цепочкой урндиновых нуклеотидов, которой предшествует участок, содержащий внутренние взаимно комплементарные последовательности в противоположных ориентациях.
Как известно, такие последовательности способны образовывать шпилечные структуры. Область «тппильки» обычно обогащена ОС-парами, придающими этой структуре большую стабильность. Примеры строения 3'-концов некоторых транскриптов представлены на рис. 15.4. Движение РНК-полимеразы вдоль ДНК в ходе транскрипции сопровождается перемещением участка расплавленной ДНК, в котором 3'-концевая область синтезнруемой РНК связана водородными связями с матричной комплементарной цепью ДНК (рис.
15.5,А). После считывания терминаторного участка в области комплементарных взаимодействий между матричной цепью ДНК и образовавшимся РНК-транскриптом может произойти резкая перестройка, связанная с образованием новой системы водородных связей («шпильки»), как показано на рис. 15.5, Б. Эта перестройка может приводить к термннации транскрипции. Как это происходит в деталях, паха неизвестно.
Считают, что непосредственно перед терминацией возникшая шпилечиая структура узнается белком )ч)ивА-одним из компонентов РНК-полимеразы. Образование РНК-шпильки может вызывать сужение области плавления ДНК 15. Регуляция экспрессии генов у прокариот ТТСАСА -55 Рис. 15.3. Общая структура праматоров Е. соИ. Отмечены общие последовательности, содержащие высококонсервативные нуклеотиды. Показаны последовательности, входя- ТАТААТ САТ 3' — 10 т1 щие в состав некодирующей цепи, комплементарной той, которая используется РНК- полимераэой в качестве матрицы. Подробности-в тексте. 172 Экспрессия генетического материаяа Л(а, Р22-аар (аг ( исс (3 С С-С А-(3 С-С С-С С-С С-С С-С с-сАиии3 за счет смыкании участков матричной и комплементарной ей цепей ДНК.
Кроме того, концевая последовательность РНК-транскрипта, состоящая в основном из остатков рибоуридина, и комплементарный полидезоксиаденозиновый участок матричной цепи ДНК образуют, как известно, не слишком прочную систему водородных связей. Это также может способствовать диссоциации РНК-транскрипта от матричной цепи ДНК. Рис. 15.4. 3сКонцевые последовательности четырех мРНК, обра- зующихся при транс- крипции генов фага Х, фага Р22, а также пр- оперона Е, сод. Круглые скобки отме- чают вариабельиость концевой последова- тельности транскрипта. В квадратных скоб- ках -неточно идентифи- цированные остатки )По дезен)аегд М., Сонг( О., !979.
Апп. Иеи Сеи. 13, 319.) Рис. 15.5. Возможный механизм терминации транскрипции, связан- ной с образованием шпилечной структуры в новосинтезированном РНК-транскрипте. Под- робности — в тексте. )По Р!он Т., 1980. Сей, В 24, 10.) иА и А-и С-С С-С и-А А-и (3-А С-С и-А с-и С-(3 ссиАи сАА(исАА) СС и с (3-С С-С и-А С-С А-(3 А С А-и А-и С-С (3-А С-С С-С С С с-и исА (сиии)иии А А и и с С А С-С С-С С-С С-С С-С С-С А-и ссс ииииии 15. Регуляция экспрессии генов у прокариот 173 Еас-оперон Таблица 15Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
