Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В большинстве струкзурнгях генов Е. со)1 имеются два сайта связывания для РНК-полнмеразы. Один из них обычно представляет собой нуклеотндную последовательность ТАТААТ АТАТТА (ТАТА-бокс, или бокс Прибнова), а другой— ТТОАС ААСТО. ТАТА-бокс и последовательность ТТОуАС расположены за 10 (область — 10) и 35 (обласп, — 35) нуклеотидов до сайта инициации транскрипции соответственно (нуклеотид +1) (рис. 3.19). Обычно от участка между ТАТА-баксом и нуклеотидом +1 во мнопум зависит, будет ли происходить транскрипция данного оперона.
В зависимости от способа регуляции транскрипции оперона этаг участок называется оператором или активатором. Для включения и вгяключения разных оперонов в ходе эволюции сформировалось множество регуляторных систем. Например, с операторной областью может быть связан регуляторный белок, называемый репрессором; он мешает перемещению РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, и транскрипция блокируется (рис.
3.20). Однако если с репрессором свяжется некое низкомолекулярное вещество (эффектор), то его конформация изменится таким образом, что его связывание с операторной обласпю станет невозможным, и транскрипция возобновится. Обычно эффектор разрушается клеточными ферментами.
Когда его концентрация снижается, репрессор связывается с операторным участком, и транскрипция вновь прекращаеуся. Операторный участок специфичен для каждого оперона, а эффектор взаимодействует только с опрелеленным репрессором. В качестве иллюстрации рассмотрим такой пример. Предположим, что клетка способна метаболизировать определенный сахар. Тогда синтез ферментов, расщепляющих этот сахар, будет бесполезной тратой клеточных ресурсов, если он отсутствует в среде. С другой стороны, если этот сахар имеется в достаточном количестве и является единственным источником углерода, то ферменты, отвечающие за его утилизацию ДНК.
РНК и синтез белка 43 Транскрипция ! о.. -.'-.''А"; .'';В!:л-,",.С'-' ',',.П ДНК -35 -10 +! — мРНК Трансляция Я Я Я Сб:) Белки — — — — — мРНК Трансляция Я Я Я Сб ) Белки Рис. 3.19. Транскрипция в бактериальной клетке. А. Структурные гены (й, В, С и 0) оперона находятся под транскрипционным контролем оператора (о) и промотора (р). РНК-полимераза связывается с участками, находящимися на расстоянии 1О ( — 1!)) н 35 ( — 35) пар оснований от сайта инициации транскрипции (+1). ! — Стоп- сигнал, ответственный за остановку транскрипции. о, В, Т и Ь вЂ” белки, продукты генов А„В, С, Т). Б.
То же, что и на рнс. А. но показано связывание РНК-полимеразы с промоторной областью. Рас. 3.26. Включение транскрипции бактериального оперона. Репрессор (В) свлзывается с оператором и блокирует транскрипцию. Связывание эффсктора (Е) с репрессором изменяет его конформацию, н он не может связаться с оператором. РНК-полимераза беспрепятсгвенно перемещается вдоль молекулы ДНК, осуществляя транскрипцию. клеткой, становятся совершенно необходимыми. В этом случае сахар действует как эффектор, препятствуя связыванию репрессора с операторным участком и таким образом обеспечивая транскрипцию оперона н синтез ферментов. При истощении запасов сахара в среде репрессор связывается с операторным участком, и транскрипция оперона прекрапзается.
Нормальным состоянием других оперопов может быть состояние„при котором осуществ- 44 ГЛАВА 3 Рис. 3.21. Выключение транскрипции бактериального оперона. Связывание корепрессора (С) с неактивным ре- прессором (1К) изменяет конформапию последнего. Комплекс корепрессор — репрессор (С вЂ” 1К) связывается с оператором и блокирует транскрипцию. Рис. 3.22. Изменение скорости транскрипции.
Активатор (Ас!) связан с участком между ТАТА-боксом и свя- том инициации транскрипции, скорость транскрипции повышена. Зффектор (В) связывается с активатором и прела гствует его соелннению с ДИК; скорость транскрипции уменьшается. ляется их транскриппия, поскольку репрессорный белок неактивен. В этом случае специфический эффектор (корепрессор), связываясь с неактивньгм репрессором, вызывает в нем такие конформационные изменения, которые обеспечивают связывание комплекса с операторным участком, и транскрипция оперона выключается (рис. 3.21). Сам по себе репрессор не способен связываться с оператором, поэтому при уменьшении концентрапии корепрессора транскрипция возобновляется. Регузиция транскрипции с помогцыо репрессора называется отрицательной. Если же система регуляции направлена на повышение скорости транскрипции, то она называется положительной.
Рассмотрим вкратце этот процесс. Белок-активатор связывается с участком мелглу ТАТА-боксом и сайтом инициапии транскрипции. При этом он не ° ° Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты 33 Ь уга3зоп, Е,Н.С. Спей 7!а!а«с 373: 737 — 7 за, ! 953 быть тилгин; то же самое относится к !уанину и цитозину. Последовательность оснований в полинуклеотилной цепи может бьгп, любой...
Очень важно, что из предложенного нами механизма специфического спаривания непосредственно вытекает возможность копированил генетического материала». В слелующсй статье, опубликованной несколькими месяцами позже (%щи«е 17Н 964, 1953), Уотсон и Крик уточняют: «Сахарофосфатный остов в нашей модели абсолютно постоянен, но в зту структуру может вписаться л Зобах послсловательность пар нуклеотилоа... В длинной молекуле возможно безграничное число перестановок, и нам кажется вполне вероятным, по точная гюследовательпосп, оснований солержит в закодированном аиде генетическую информацию...
Наша молель дает объяснение многим феноменам. Например, споптаннал ется в большинстве активно функцнонируюгцих эукариотическнх клеток. В отличие от этого специфические гены, которые отвечают за уникальность тех пли иных тканей или органов, транскрибируются и транслируются только в определенных клетках. Так, гены, копирующие ц- и )з-субъединипы гемоглобина взрослого человека, экспрессируютсн исключительно в клетках — предшественниках эритроцитов. Число разных мРР! К, специфичных для разных клеток, варьирует от единиц до десятков.
Способность клеток нключать (активировать) или выключать (ингибировать) структурные гены крайне важна дли поддержания клеточной специфичности и экономного расходований энергетических ресурсов. Длл включения и выключения транскрипции различных эукариотических структурных генов используется множество разнообразных высоко- только не блокирует перемещение РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, а напротив, ускоряет его, действуя как своего рода »ел!дэка».
Активаторы специфичны длд определенных сайтов активации. Иногда с работающим активатором связывается эффекгор, переводящий его в неактивную форму; тогда скорость транскрипции уменыпается (рис. 3.22). В других случаях эффектор, напротив, активирует нерабоппоший активатор. Чтобы понять детали регуляции транскрипции у бактерий, необходимо провести тщательный анализ мупщий, которые влияют на данную ре3уллторную систему, и исследовать 3п у)(го различные сайты связывания белко33 и ДНК.
Регуляция транскрипции у зукариот Некий набор основных структурных генов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки,— генов «домашнего хозяйств໠— транскрибиру- Выяснение молекулярной структуры гены ического материала ЛНК вЂ” без сомнения сгвло одним из самых замечательных научных достижений ХХ а. Уотсон и Крик описали свое открытие так: »Мы ! хотим предложип счруктуру соли дезоксирибонуклеиновой лислоты (ЛНК), Эта структура обладает весьма необычными свойствами. предсташщющими большой биологический интерес... Она образована двумя спиральными цепочками, закрученными вокруг общей оси...
Обе спирали правые, ио... цоследователыюсти атомов а них взаимно противоположны... Весьма интересен способ, с помощью которого цепочки улерживаютсл вместе... Пуриновые и пиримидиновые основания образуют пары, при этом пуриновое основание одной цепи соелинлетсл водоролными связями с пиримидиновым основанием друюй... Если одно из оснований пары — это аденин, то...
!«горым основанием должен ЛНК, РНК и синтез белка 45 мутация может возникнул в результате случайного перехода одного из оснований в редкую таугомерную грорму, а образование пар гомологичных хромосом при мейозе может обусловливаться спепиФическим спариванием оснований». За десать лет, прошелших после обнародования теории лвойной спирали ДНК и принципа комплементарности, раскрыты молекулярные механизмы репликации ЛН К; установлены процессы, отвечающие за расшифровку генетической информации и ре!улицию сишеза генных продуктов; выяснены многие причины, по которым зги продукзы синтезируются в измененном аиде.
Со времени выхода в свет этой публикации и ло наших пней открытие Уотсона и Крика нисколько не утратило своего значении. В частности, если бы не была установлена структура ЛНК, сейчас не сущесгвовало бы технологии рекомбинантпыхЛНК. 46 ГЛАВА 3 -75 '! РПР Рис. 3.23. Регулягориые элементы структурных генов эукариот.
Знаки «-» при числах означают, что эти элементы находятся в молекуле ДПК слева от сайта инициациитранскрипции (+1). Стрелка — направление транскрипции. Положение регуляторных элементов и их размер даны без соблюдения масштаба. специфичных процессов. Но так или иначе регуляция транскрипции у эукариот осуществляется с помощью специфических белков — факторов транскрипции. Многие из них связываются непосрелственно с нуклеотидной последовательностью длиной менее )В п.н., называемой по-разному: боксом, модулем, элементом инициации, регуляторным элементом.
В отличие от прокариот у эукарнот опероны в большинстве своем отсутствуют, т. е. каждый эукариотический структурный ген имеет свой собственный набор регуляторных элементов. Существенную роль в регуляции транскрипции у эукариот, помимо опосредованной взаимодействием между ДНК и белками, играют также белокбелкояые взаимодействия.
Несмотря на индивидуальность набора рекуляторных элементов у структурных генов эукариот, каждый из них имеет промоторный участок (ТАТА-бокс, или бокс Хогнесса) из восьми нуклеотидов, включающий последовательность ТАТА; последовательность ССААТ (САТ-бокс); участок из повторяюгцихся динуклеотидов ОС (ОС-бокс).
Эти эдементы находятся на расстоянии 25, 75 и 90 п.н. от сайта инициации соответственно (рис. 3.23). Транскрипция структурного гена эукариот начинается со связывания с ТАТА-боксом фактора транскрипции 110 (ТГ!Н3), который представляет собой комплекс по крайней мере из 14 белков. Затем с ТРПГ) и участками ДНК, примыкающими к ТАТА-боксу, связываются другие факторы транскрипции, и, наконец, со всем этим транскрипционным комплексом связывается РНК-полимераза !1. Затем при участии дополнительных факторов происходит инициация транскрипции в точке +1 (рис. 3.24). Ясно, что если последовательность ТАТА отсутствует или существенно изменена, Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
