Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Другие системы позитивного контроля обеспечивают полное замещение РНК-полимеразных субьединиц, участвующих в регуляции специфичности инициации (гл. 12) или действующих как антитерминаторы в транскрипции (гл. 13). Представить, как эволюционировали системы позитивного контроля, гораздо сложнее, поскольку клетка должна была иметь возможность экспрессировать регулируемые гены е(це до того, как появилась какая-либо система контроля. По-видимому, какой-то компонент системы контроля должен был изменить свою функцию. Возможно, первоначально он использовался как постоянная часть аппарата„необходимого для выражения генов; позднее он приобрел способность действовать только при определенных условиях.
Опероны относят к индуцибельным или репрессибельным, согласно природе их ответа на малые молекулы, регулирующие их выражение. Подобно тому как бактерия получает преимущество благодаря способности индуцировать ряд ферментов только после добавдения индуцирующего субстрата, который они метаболизируют, может оказаться полезной и ее способность репрессировать ферменты, способные синтезировать какое-то Устранение апамндуктара ведат к римссминай наннйупмбеяьмастн апаране Пример: квпгбопитная Рапрассин гп й, ...„'", Активный апаиняуктар Апаиндуктор 3)(3 Устранвмма вмнмдуктора ведет к рецасамамой супаррепрасснм (нанндуцируемастм Часть 1У. Контроль генной экспрессии у прокариот 190 сн =с — соон ХсР змоази .Э-бьднтоотилинс-тффткбмпибсзип+КДРО кислота 1 Взя «непота антрзннлат ИндоиАнтрзнииат синтеза Р— сннтетаза ---о м индел- ! + триптсфан Со) — — г — --' триптофан синтеза Актнвнссть 4ырмента 60 СОО 60 000 45 000 50 000 29 000 Монсмер прк т рп т.р С ттр В трд чтьтмхрмхм(ттооооор3РьхкОорорр4орооммьхжст43жматм3РьсстфооомооооооммфРб1оро6ормо4о6фвъ 1560 1620 1353 1191 804 36 250 1- П 131 пп 1- П Г !62 Последовательность промотср оперетср- лидар аттануатср Числам» в скобках указаны меммтстронные расстсннии т из -терм»- нзторы Рнс.
152 1РР-оперон содеРжит пять смежных структурных ге- нов, которым предшествует контролнруюшая область. КДРФ вЂ” карбсксифсниламин-1-дсзспсирибулозофосфат нация белка-репрессора создает рецессивную конститутивность (или состояние дерепрессии), типичную для систем негативного контроля. Мутация же, которая инактивирует апоиндуктор, вызывает рецессивную неиндуцибельность или суперрепрессию, которая характерна для позитивного контроля. Триптофановый оперон является репрессибельным Пять структурных генов триптофанового оперона расположены рядом друг с другом и кодируют три фермента, преврашаюшие хоризмовую кислоту в триптофан. Путь биосинтеза показан на рис.
15.2. Тринскрипция инициируется в промоторе, в левом конце кластера генов. Прилегающий к нему оператор связывается с белком-репрессором, кодируемым несцепленным геном !грет. Между оператором и кодируюшей областью первого гена находится лидерная последовательность. Транскрипция структурных генов термииируется в р-независимом сайте 1грг, локализуюшемся за 36-й парой оснований от конца последней кодируюшей Области оперона.
Примерно еше через 250 пар оснований расположен другой терминатор, 1грг', который проявляет р-зависимостгк У Е. Сой и у 5. 1ур)тиниг!нун оперон построен, по существу, одинаково. Как активность, так н синтез трицтофановых ферментов контролируются содержанием триптофана в клетке. Классическая обратная связь -ивгибироваиие конечным продуктом †использует при синтезе ферментов. Каталитические активности первого фермента пути биосинтеза подавляются триптофаном, конечным продуктом. Это означает, что в тех случаях, когда в клетке имеется достаточное количество трнптофана, клетка способна выклю- соон он он О: 1 НОС вЂ” СН-СН -СН20 (ОР 8 нн-сн он он 1 СН вЂ” СН-СН20 ( Р) С.~ ! ! н СН2 — СН (ХХЗН ! )) чить синтез других аминокислотных молекул путем подавления начального этапа процесса. Триптофан способен функционировать также как корепрессор, активируюший белок-репрессор.
Такой механизм является классическим в сдучае репрессии. Один из примеров такого механизма приведен на рис. 15.!. Более детально цикл репрессии показан на рис. 15.3. В условиях, когда снабжение триптофаном оказывается достаточным, оперон репрессируется, так как комплекс репрессорный белок корепрессор связывается с оператором.
В тех же случаях, ко~да триптофана недостаточно, корепрессор не активирует белка-репрессора, что приводит к ослаблению специфичности в отношении оператора, и в результате репрессор оказывается связанным с какимито другими участками ДНК. Триптофановый репрессор функционирует в виде тетрамера, состояшего из четырех субъединиц с мол. массой 12000 дальтон каждая. В бактериальной клетке содержится около 20 молекул тетрамера. Репрессор способен связываться с оператором ш 91!го только в присутствии триптофана. Таким образом, единственным существенным отличием в этом случае от взаимодействий в 1ас-опероне является увеличение сродства белка репрессора к оператору в присутствии триптофана. На рис.
15.4 представлена последовательность нуклеотидов промотор-операторной области . триптофанового оперона. РНК-полимераза связывается с областью, распространяюшейся примерно от нуклеотида в положении — 40 до нуклеотида в положении +18.
В пределах этой области она образует контакты, аналогичные описанным в гл. !!. Промотор имеет канонические последовательности в положениях от — 35 до — !О. Оператор лежит полностью в пределах промоторной области. Точки контакта с репрессором расположены 191 15. Системы контроля: средства регуляции оперонов Рис. !53 Транскрипция гтр-оперона контролируется репрессором. Вверху: в отсутствнс трнптофвнв рспрсссор нсвктнвсн н РНК-поннмсрвзя инициирует транскрипцию. Внизу: добввлсззнс трнптофвнв активирует рсцрсссор; в результате он связывается с оператором н предотвращает транскрипцию.
в основном симметрично на двухцепочечной ДНК и занимают область между иуклеотидами — 23 и — 3, Оператор содержит область двойной симметрии, которая включает обобщенную последовательность промотора в положении — 1О. Несмотря на то что взаиморасположение операторной и промоторной последовательностей в опероне гур отличается от такового в 1ас-опероне, общий механизм репрессии остается тем же: связывание РНК-полимеразы и связывание репрессора являются взаимоисключаюШими событиями. Модификация координированной регуляции Отсутствие репрессора вызывает примерно 70-кратное увеличение частоты актов инипиации в гур-промоторе.
Даже в условиях репрессии структурные гены сохраняют низкий осиовнои, или репрессированный, уровень экспрессии. Это значит, что эффективность репрессии в операторе значительно слабее, чем та, которую мы видели в 1асопероне (базальный уровень которого составляет 1/1000 от индуцированного уровня). В условиях репрессии основной уровень трех последних полипептидов оперона примерно в 5 раз выше, чем уровень продуктов генов гурЕП. Некоординированное выражсние генов ггрСВА обусловливается инициированием транскрипции во внутреннем промоторе, обозначенном ггрР2, который лежит. в конце гена гургз, ггрР2-нерегулируемый промотор с низким сродством к РНК-полимеразе, поэтому транскрипция инициируется конститутивно с низкой частотой. В результате транскрипции генов и РСВА образуется мРНК, при трансляции которой увеличивается базальный уровень продуктов этих генов.
Дополнительная экспрессия трех последних генов оперона, возможно, обусловлена аминокислотным составом белков. В о~личие от других белков продукты генов ггрВ и ггрС содержат триптофан. В условиях строгого голодания по триптофану синтез этих белков был бы невозможен, а их отсутствие блокировано бы любое восстановление зндогенного биосинтеза.
Однако в тех случаях, когда клетка имеет адекватный основной уровень этих ферментов, их активность может оказаться достаточной для инициирования этого процесса. Триптофановый оперон контролируется с помощью аттенуации Почти с самого начала изучения триптофанового оперона было известно, что помимо комплекса промотор-- оператор в регуляции участвует еШе и другой сайт. Вго существование впервые было обнаружено в результате наблюдений, показавших, что делегирование последовательности, расположенной между оператором и кодируюшей областью ггрЕ, приводит к повышенной экспрессии структурных генов.
Этот эффект не зависит от репрессии: возрастают как базальный, так и дерепрессированный уровни транскрипции. Следовательно,происходящие при этом события совершаются после того, как РНК-полимераза покинула промотор (независимо от условий, существующих в момент инициирования транскрипции). Данный регуляторный сайт получил название аттенуатор. Он локализован в пределах транскрибируемой лидерной последовательности из 162 нуклеотидов, которая предшествует инициируюшему кодону гена ггрГи Аттенуатор служит барьером для транскрипции. Он представлен р-независимым сайтом терминации, подобным тем, которые уже обсуждались нами в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
