Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Участок связывания САР-белка содержит последовательность, характеризующуюся симметрией второго порядка. Точечные мутации в этой последовательности подавляют способность комплекса САР— сАМР активировать промотор 1рис. 15,9). САР-белок представляет собой димер и состоит из двух идентичных субъединиц, содержащих по 209 аминокислотных остатков. Считают, что активация РНК-полимеразы происходит в результате кооперативного связывания двух димеров САР— сАМР с инвертированными участками последовательности в вьппеупомянутой области симметрии. В то же время некоторые другие опероны содержат лишь один центр связывания САР-бел- Рис. 15.12.
Регуляция содержания циклического АМР (сАМР) в клетке может осуществляться как на уровне синтеза из АТР, так и на уровне деградации до 5чАМР. На каком из этих этапов осуществляется регуляция сАМР, связанная с содержанием глюкозы, неизвестно. Экспрессия генетического материала 'чН2 <Х„~ ®-®-® — Π— ОНт О Атр ОН ОН | Адеиилатиикдаза Ннз (~~-.) с АМР Фасфодизстераза (Х„3 1ВЗ 15. Регуляция экспрессии генов у прокариогя ка и не содержат симметричных последовательностей.
Поэтому для их активации необходимо участие только одного димера САР— сАМР. Для интерпретации активирующего действия комплекса САР— сАМР были предложены две модели. В одной из них предполагается, что САР— сАМР, связанный с ДНК, взаимодействует непосредственно с РНК-полимеразой, что облегчает образование так называемого открытого комплекса фермента с промоторной областью ДНК. При этом исходят из того, что РНК-полимераза сама по себе эффективно образовать такой комплекс не может. Другая модель построена на представлении о том, что САР— сАМР при связывании изменяет структуру самого промотора, который после этого оказывается способным взаимодействовать с РНК-полимеразой. Имеется ряд аргументов в пользу каждой из этих модедей, и не исключено, что активация транскрипции САР-белком в различных оперонах может осуществляться разными способами. Подводя итоги, можно отметить, что для регуляции экспрессии 1асоперона используются два типа контролирующих факторов, каждый из которых в свою очередь находится под влиянием условий среды.
Взаимодействие репрессор — оператор можно назвать регуляцией по принципу «все или ничегоп. В клетке присутствует всего лишь около 10 молекул репрессора, которые быстро инактивируются даже при низких концентрациях индуктора — производного лактозы. Система взаимодействия комплекса САР— сАМР с соответствующим центром связывания дает возможность более плавно регулировать частоту инициации транскрипции. При низкой концентрации сАМР эта частота невелика, поскольку большинство молекул белка-активатора САР неактивны. При повышенном уровне сАМР значительная доля белка существует в форме комплекса САР— сАМР, заметно повышающего частоту инициации транскрипции генов оперона.
Бактериофаг Л Бактериофаг Х оказался настоящей сокровищницей систем генетической регуляции, изучение которых позволило заметно расширить и углубить наши представления о механизмах генетической регуляции у прокариот. В процессе литнческого развития гены фага Х (см. гл. 7) регулируются таким образом, чтобы обеспечивать контролируемую репликацию ДНК, рекомбинацию, синтез структурных белков и сборку частиц потомства фага.
В то же время лизогенам по фату Х присущ иной способ экспрессии генов. В лизогенных бактериях репрессированы все гены профага, используемые при литическом развитии, и экспрессируется только один ген, обозначаемый сй который контролирует репрессию генов профага. Экспрессия гена с1 в лизогенах обеспечивает также иммунитет клетки к повторной инфекции другим фатом Х. Ключевой вопрос регуляции развития фага Х состоит в том, каким образом принимается решение о выборе между лизогенным и литическим путем развития после инфекции чувствительных клеток. Изучение механизма такого выбора привело генетиков к открытию многих важных особенностей физиологии бактерий и организации систем генетической регуляции. Развитие представлений о регуляции генов фага Х происходило параллельно с изучением регуляции экспрессии генов 1В4 3' 5-0 утилизации лактозы.
В обоих случаях было найдено, что структурные гены ор~анизую~ся в опероны, экспрессия которых контролируется репрессорами. Большая сложность фага Х позволила гораздо глубже понять механизмы генетической регуляции. Рассмотрим вначале порядок экспрессии генов фага Х после попадания ДНК инфицирующего фага в чувствительную клетку. В экспрессии фаговых генов можно выделить три стадии, причем каждая последующая стадия зависит от предшествующей.
На стадии 1, которая начинается сразу после инфекции, РНК-полимераза инициирует транскрипцию с трех промоторов: Рь и Ра, с каждой стороны от гена с1, а также с Р„', расположенного между генами Д и Я (см. рис. !5.13, желтые стрелки). Это короткие транскрипты, которые терминируются Рис. 15.13.
Карта ДНК фага Х; показано положение регуляторных участков и транскрибируемых зон. Три цветные стрелки указывают на стадию транскрипции, которая начинается с нромоторов Рк, Рь, Рк и заканчивается на терминаторах гы, 1к, я 1кц Светло-серыми стрелками отмечена стадия транскрипции, протекающая в присутствии Экспрессия генещического ыащериала антитерминаторного белка Х, а темно-серы- мя стрелками — Н1 стадия, протекающая в присутствии антитерыннаторного белка Гу.
Волнистыми стрелками обозначена транс- крипция под контролем белка с11, черной стрелкой -транскрипция гена с1 с промотора Ркм. 15. Регуляция экспрессии генов у прокариош 185 на р-зависимых терминаторах 1 „гк, и гк.?и т?1го, в отсутствие фактора р, очищенная РНК-полимераза инициирует синтез тех же самых транскриптов на очищенной ДНК фага )„ причем ноток транскрипции преодолевает терминаторы.
Это наблюдение привело к представлению о существовании специфических факторов терминации. В результате был очищен так называемый р-белок, индуцирующий термннацию транскрипции ш т?гго на упомянутых терминаторах (не все терминаторы Е. сой являются р-зависимымн). Транскрипция на стадии 1 приводит к появлению мРНК для двух белков Х и Сто (названия белков набраны прямым шрифтом, а названия генов — курсивом). Функционируя как фактор антитерминацни, белок Х создает возможность экспрессии генов второй стадии. В присутствии белка Х поток транскрипции, инициированный на Рьи Ря, преодолевает р-зависимые терминаторы г„, и г„,.
В результате появляется мРНК от гена сП? до гена шг в левом опероне и от гена сЛ до Д в правом опероне. Транскрипция правого оперона прекращается на терминаторе гк, а транскрипция левого оперона прекращается в области Ьг (рис. 15.13, светло-серые стрелки).
Мутанты, дефектные по функции гена Х, гибнут из-за очень сильного снижения уровня транскрипции на стадии П, в результате которого гены, существенные как для лизиса, так и для лизогенизации, не экспрессируются. Белок Х служит позитивным белком-регулятором, поскольку благодаря его действию происходит активация второй стадии экспрессии фага 1,. В то же время принцип его действия совершенно не похож на принцип действия рассмотренного в предыдущем разделе другого позитивного регулятора — САР-белка. Белок Х, по сути дела, не активирует транскрипцию, а способствует ее продолжению, подавляя влияние терминирующих последовательностей. При этом белок Х специфически узнает не промотор и не сам терминатор, а определенный участок последовательности, расположенный между этими регуляторными элементами.
Прн изучении мутантов, неспособных к экспрессии генов левого оперона, расположенных за терминаторным участком гы, и в то же время способных нормально расти и образовывать бляшки на чувствительном бактериальном газоне, был обнаружен сайт, расположенный между Рь и ?ц и необходимый для действия белка Х.
Этот участок (рис. 15.14,А) обозначают символом пигь (от англ. Х иг!!(гаг!оя). Определение первичной структуры этого участка показало, что в него входит последовательность из 15 п.н., которой свойственна симметрия второго порядка. Анализ последовательности ДНК между Р„ и гк, показал, что между геном сго и гкв находится практически идентичный участок, обозначенный яига [рис. 15.14, Б1. Принято считать, что белок Х узнает участки яигь и пшя? однако, происходит ли это узнавание при взаимодействии с ДНК или с петлей, образующейся в соответствующем участке РНК-транскрипта, пока остается неизвестным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
