Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Репррссор тяготеет к ДНК. Прлкткчвскл вась ралраааарцыа белок цкхаддтая в связанном с ДНК састоянии. В явкцдуцкравднцаы ааауаякяк (1) тетрлмвр цлхадкуая в операторе. Индукцкя заставляет ага покинуть оператор, ка ац авявывквуая с другям случайным адатам ДНК (3) Другие тетрдмвры также аряааадл- Слева. Ьркакцвваа учлатак специфически связывявтая а операторам, рлс- полагаясь як ДНК с абрлвавлкцвм специфических кадулктав.
Слрава Нцдуктар изменяет кацфармлаяю рвдрассарл таким саааабам, чта Н-каццвлай участок более цв двжкч яваасрвдатввлца цд ДНК. Дл» ясности изображена талька одна аубъвддцяцк. 1 -шдвм, ' †«дра. тысячекратной. Инками словами, даже в отсутствие индуктора существует определенный базальный уровень выражения, составляющий 0,1% от уровня индукции. Он может быть ниже — в присутствии большего количества белка-репрессора — или выше-если количество белка уменьшено. Например, состояние полной репрессии не может быть установлено, если в клетке содержится менее !О молекул репрессора; точно так же могут возникнуть трудности при индуцировании оперона, если молекул репрессора в клетке слишком много. В лактозном опероне имеется структурный ген (!асУ), детерминирующий (з-галактозидазу, необходимую для сбраживания сахара; кроме того, он включает в себя ген, который кодирует белок, необходимый для транспорта субстрата в клетку (1асу).
Возникает вопрос: каким образом проникает индуктор в клетку, чтобы начать процесс няют клдуктар, ца эта лв влияет нл лх абшве арадства к ДНК Рвлрвасар может перемешаться кз одного сдйул в другой аутам прямого перемагцвцяя (3) Прк удалении яндуктаря ацврлуар ацавд вступает в кацтвкт а раарвссарам-твтрдмврам, который находился в случайном адата ДНК, к перемешается для восстановления квлцдуцкравлкцага аартаяцяя (41 !88 Часть 1Ч. Контроль генной экспрессии у прокариот Глава 15 СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ: СРЕДСТВА РЕГУЛЯЦИИ ОПЕРОНОВ индукции оперона путем связывания с репрессором, если оперон находится в репрессированном состоянии? Базальный уровень выражения оперона может составлять тот критический уровень, который обеспечивает наличие в клетке минимального количества белка, достаточного для включения процесса. Это оказывается необходимым не только для введения индуктора (некоторые из индукторов могут вводиться в клетку с помощью каких-либо других систем), но также для того, чтобы был запущен данный метаболнческий путь.
Хотя лактоза служит субстратом для ()-галактозидазы, она не способна индуцировать оперон. На леле она проявляет слабый эффект антинндуктора (связывается с репрессором, повышая его сродство к оператору). Итак, как же происходит индукция7 Природный индуктор оперона был получен при выделении репрессора из индуцированных клеток. Белок оказался связанным с аллолактозой. Основная реакция ))-галактозидазы в присутствии лактозы-это процесс разложения лактозы на глюкозу и галактозу. В результате побочной реакции осуществляется перенос галактозы к определенным акцепторным молекулам с образованием (преимущественно) аллолактозы и галактобиозы.
Поскольку акцептором, который используется для образования аллолактозы, является на самом деле глюкоза, реакция завершается молекулярным перераспределением. Иногда создается впечатление, что для контроля выражения (экспрессии) гена в той или другой ситуации используется каждый из возможных мезанизмов. При всем разнообразии механизмов контроля их объединяет то общее, что регуляция во всех случаях осуществляется взаимодействием регуляторного белка с последовательностью нуклеиновой кислоты, часто имеющей двойную симметрию.
В этой главе мы рассмотрим некоторые другие примеры взаимодействий такого рода с точки зрения их объединения в системы, контролирующие отдельные опероны. Часто контроль осуществляется при участии сходных механизмов, оперирующих слегка отличным способом, и способ установления связи между ними варьирует от случая к случаю. Оперон представляет собой структуру, позволяющую координированно регулировать группу структурных генов. Помимо этого возможны другие способы контроля, обеспечиваюшие различную степень выражения отдельных генов. Различия между позитивным и негативным контролем Системы позитивного н негативного контроля определяются ответом оперона в отсутствие регулятор- Следовательно, для индукции пути метаболизма лактозы !и Ичо необходимо введение небольшого количества лактозы„часть которой ферментативно превращается в аллолактозу. Аллолактоза затем индуцирует оперон.
Она обладает сильным индуцирующим эффектом, и небольшого количества аллолактозы оказывается достаточно для преодоления слабого антииндуцируюшего эффекта лактозного субстрата. Рекомендуемая литература Лучшим источником из последних обзоров литературы о функции оперона является книга Миллера и Резникова (М!(!ег, Вехнйо()'(Рл(в.), тйе Орегоп, Со!о Врг!пй НагЬог ЕаЬога(огу, 74езч Тот\с, 1978). Особый интерес представляют главы (ВвсЬлгЬ, рр. 11 — 30) об организации системы, (Уа!Яп, Рою!ег, рр.
89-122) о белковых продуктах, (М111ег, рр. 31 — 88) о гене !ас1, (Веугвигйег, рр. 123— 154) и (ИеЬег, бей)вг, рр. 155-176) о белке-репрессоре и (ВагИеу, ВоитдеоЬ, рр. 177 — д)0) о связывании репрессора с ДНК н индукторами. Данным о связывании белок— ДНК посвящен обзор Пабо и Зауэра (РаЬо, Вауег, Апп. Век., Вюсйеш.
53, рр, 293 — 321, 1984). наго белка. Характеристики двух типов контролирующих систем являются прямо противоположными. Гены, находяшиеся под негативным контролем, экспрессируются нрн условии, чню они не выключены взаимодействием белка-репрессора с соответствующим регуляторным сайтом. Любое действие, создающее помехи для экспрессии генов, может обеспечить негативный контроль, но существует единообразие в этих механизмах: белок-репрессор либо связывается с ДНК, предотвращая инициирование транскрипции ферментом РНК-полимеразой, либо связывается с мРНК, предотвращая инициирование трансляции рибосомами. Негативный контроль обеспечивает механизм «спасения с потерей функции»: если регуляторный белок инактивирован, система ~снов функционирует, и клетка, таким образом, не лишается необходимых ферментов.
Легко представить, как такая система могла эволюционировать. Исходно система функционировала конститутивно, на затем клетки, способные специфически подавлять ее экспрессию, приобрели преимущество при отборе благодаря их возросшей приспособляемости. Для генов, которые находятся под позитивным контролем, экспрессия возможна нюлько в присутствии активного регуляторного белка. Каким образом это достигается7 Существует множество различных систем позитивного контроля. Системы, действующие на инициирование транскрипции определенных оперонов, яв- 15. Системы контроля: средства регуляции оперонов 189 отрипатеавиая регуяиция Поаоавкиииит регуяициа деявцни в гене репрессара явпяится рецесснвна-камстмтутмвнымн Примар: пектоаммйоперси Я3бпбпбпрб(К Ф О 1 1 1 1 ---«1 ° 1 1 1 Нияукц» Рюритггы Неактивне3й (мп(тесса(3 ° Нндуктар — ь ейт(гтд»»йейц ти(Ф Чййтжюйгмнэг ф( 1 — + ° Карепры»Ю + 1 1 1 1 1 б"-=-: Т 'ч» 01 Нвактивмегй Реп(3еагор Активный апсмндуктор Неактмвный апонидуктор ° Кор»рмня» Рнс.
15.1 Контроли н предназначены для цатопьного контрол соединение, если это соединение содержится в достаточных количествах в среде. Таким образом, индуцибельные опероны функционируют только в нрисуесевии малых молекул индуктора. Репрессибельные опероны функционируют только в оесуесевие малых молекул корепрессора (они названы так, чтобы их можно было отличать от белка-репрессора). Согласно терминологии, используемой при описании репрессибельных систем, активное состояние оперона получило название дерепрессированиый; оно имеет то же значение, что и индуцированное состояние.
Условия, при которых оперон (мутантный) не может быть дерепрессирован, иногда называют суперрепреесирующими. Это название точно соответствует неинду((ибедьному соспюянию. Как позитивный, так и негативный контроль могут быть использованы для достижения эффекта индукции или репрессии путем использования соответствующих взаимодействий между регуляторным белком и малой молекулой индуктора или корепрессора.
На рис. 15.1 показаны четыре простых типа контролирующих систем. Индукция достигается, если индуктор инактивирует репрессорный белок или активирует белокапоиндуктор. Репрессия осуществляется в том случае, если корепрессор активирует белок-репрессор или инактивирует белок-апоиндуктор. Генетические последствия инактивации регуляторного белка могут быть использованы для разграничения систем позитивного и негативного контроля. Инакти- лепин» в гене рапрессора авиямкя реаеасивнаонститутмвнымм (дервпрессироаанными( Пример: триста«3»ов»3й опером рующне системы отличаются гибкостью осуществления положительного нпп отрид индукции нлн репрессии.
лаются точными аналогами систем негативного контроля. Однако, вместо того чтобы служить помехой для инициирования транскрипции, регуляторный белок оказывается существенным для нее. Он взаимодействует с ДНК- и РНК-полимеразой, способсевуя инициации транскрипции. Такой белок иногда называют апоиидуктором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
