Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 85
Текст из файла (страница 85)
В отсутствие триптофана полимерязя продвигается в об.честь структурных генов (иячвло ггрв-геня соотмтствует положению 4 1бзх Пвомежуток Атте устои кр е хххххх ххсххлоюлхгсл:клял"хххххх; члхлхххъжл кализующиеся в области, соответствующей остаткам 15, обладают таким же действием. Некоторые мутации в лндерной области усиливают эффект терминации в аттенуаторе. Они могут препятствовать снятию терминации при голодании по триптофану. Одна из таких мутаций дестабилизирует спаривание между областями 2 и 3.
В результате область 3 приобретает возможность спариться с областью 4 и образовать шпилечную структуру терминатора даже в тех случаях, когда клетки голодают по триптофану. Другая мутация изменяет инициирующий кодон А15О лидерного пептида, предотвращая в результате трансляцию.
Наблюдаемое в результате увеличение эффективности терминацин свидетельствует о том, что транскрипция с проскакинанием аттенуатора зависит от способности транслировать лидерную область. Следовательно, аттенуация обеспечивает механизм, реагирующий на неадекватность снабжения Тгр-тРНК.
Иными словами, он отвечает непосредственно на потребность клетки в триптофане для белкового синтеза. На рне. 15.9 показаны два возможных состояния в ат!енуаторе — либо происходит терминапия, либо — считывание. Критическое значение для чувствительности механизма имеет положение кодонов триптофана в лидерной области относительно локализации аттенуатора.
Деталью, необходимой для правильной согласованности всех событий, является наличие сайта, вызывающего остановку РНК-полимеразы в положении, соответствующем 90-му основанию лидерной последовательности. Остановка РНК-полимеразы обеспечивает возможность Часть 1У. Контроль генной экспрессии у прокариот, Рис 15лъ Лидернвя последовательность ггрвптсу4414 Й Мувр'1 ':-куй футур тр,урй11 .'в генов кодирует короткий пептнд. рррддаоосясаодмядаааидосаясмиамдасмиооисаиксисдмааоиааоаасасксиоссоаь а мсааасдаиаодиисдссдиасаидддасмосдадилсссяаассач симиайасааасиииииййро1 гвг амсммоодадамомсмоасдмсдсдмддсса —— мег ам тйг па тгя рю г ре Широкое распространение явления а т1 енуании а б2-9 йб -с-и-и-д-д-д и о-дд ,с д 8' ° лоо ,с' д и 6 д А ба д.п по 1 :1 1 -и-и-и-и-и-и 140 и-о-и-и-о-и-и д д -Д- 1-О присоединения рибосом и формирование необходимой конформации в областях 1 и 2, прежде чем будет осуществлен синтез областей 3 и 4 мРНК.
Кажется очевидным, что в то же время природа механизма аттенуации определяет его более высокую чувствительность к случайным вариациям, чем репрессор-операторные взаимодействия; этим, по-видимому, объясняется количественно более высокая эффективность последних. Насколько широко используется явление аттенуации в качестве регуляторного механизма выражения бактериальных оперонов? Оно используется по крайней мере в шести оперонах, кодирующих ферменты, связанные с биосинтезом аминокислот. Следовательно, обратная связь межлу содержанием аминокислот, необходимых для белкового синтеза, и образованием ферментов, возможно, имеет общий характер. Гистидиновый оперон содержит девять структурных генов, контролирующих ферменты, ответственные за син- Рпс.
15Л. Лидерная область ггр-оперона существует в различных конформвпиях, образуемых прн спирнвении определеннык оснований. В чвямрв схематически итабрежены четыре области, которые могут епериветьея осиавеииями. Область 1 комплементкрие обвести 2, е облееть тез гистидина из фосфорибозилпирофосфата. При лишении клеток гнстидина транскрипция этих генов увеличивается в 10 раз, находясь в зависимости от количества гистидиновой тРНК.
Оперон может быть дерепрессирован мутированием любого из нескольких генов; в результате образование функциональной гистндиновой тРНК подавляется. Такой эффект объясняется присутствием аттеиуатора в пределах лидерной области, расположенной между промотором и первым структурным геном. Так же как и в сдучае триптофанового оперона, в аттенуаторе имеется теРминиРУющаЯ последовательносттч котоРой пРедшествует последовательность лидерного пептида. Область лидерного пептида содержит семь последовательных кодонов для гистиднна, как это показано на рис.
15.10. Иные вторичные структуры лидерной области мРНК могут быть записаны таким образом, что рибосома, астана- вливающаяся в гистиднновых кодонах, предотвращает образование терминирующей структуры шпильки. Цгвс-мутации в лидерной области влияют на транскрипцию оперона. Некоторые вызывают конститутивное выражение, другие превращают оперон в цеиндуцибельный. Их свойства определяются изменениями, которые они вызывают в последовательности ДНК.
Кон- 2 является камплементерной области 3, которая в сваю ачерель кампле- меитяриа обяяети 4 Слева ерелетевлене канформепия, образуемая при ееяривеиии области 1 е областью 2 и абляетей 3 и 4. Скрава-канформепия, образуемая при еняривянии областей 2 и 3, е то время «ек области 1 и 4 остаются неоперенными. 15. Системы контроля: средства регуляции оперонов !95 П-А и' ,С П ".
1ЕО 140 -и-о-и-о-ССС О-А-А ЗО,С А, 1 во во-'~ В умоун»ь гелены»н ьо ив 15о и-и-о-о-ц-ц Рль ~ 5 и Конформация ггр-мРНК, контролируемая пнем рибоеомы; разница всего лишь в нескольких о в положении рнбосомы на мРНК определяет, будут ватьея между собой области 3 и 4 с образованием тер ной шпильки. ститутивный характер мутации обусловлен делетированием последовательности аттенуатора. В результате процесс терминации не может осуществляться и РНК-полимераза во всех случаях считывает последовательности структурных генов. Неиндуцибельные мутации могут действовать либо непосредственно на вторичную структуру мРНК, либо опосредованно через лидерный пептид.
Мутация, предотвращая образование альтернативной шпилечной структуры, гарантирует обязательное образование терминирующей шпильки; н результате полимераза оказывается не способной транскрибировать структурные гены. Другая мутация превращает кодов САА, обеспечивающий включение глутамина в положение 5 лидерного пептида, в охра-кодаи 13АА. Термннация трансляции в этой точке эффективно способствует созданию ситуации «отсутствия трансляции» 1подобной той, что показана на рис.
15.9), при которой всегда образуется шпнлечная структура терминатора. Сходство между механизмами аттенуации триптофановою и пютидинового оперонов отчетливо выражено. В каждом случае лишение клеток именно аминоацил- тРНК непосредственно предотвращает термнннрование транскрипции и обеспечивает таким образом транскрибирование структурных генов. Разница лишь в том, что триптофановый оперон подвержен также репрессор-операторным взаимодействиям, то~да как в гистндиновом опероне аттенуация обеспечивает единственный способ контроля. (Мутации в лидерной области 6и-оперона первоначально были обозначены как йиО, поскольку считалось, что с их помощью идентифицирован оператор.
Этот пример показывает, что природа таких мутаций не может считаться установленной до тех пор, пока не будет исследован биохимически молекулярный механизм контроля.) Некоторые другие опероны проявляют те же основные свойства. На рис. 15.10 показаны последователь- Часть ГУ. Контроль генной экспрессии у прокариот Рис, 15.9. Альтернативные эффекты по отношению к РНК-полимервзе в вттенувторе зависят от местоположения рибоеомы. ности нх лндерных пептидов: в каждом случае остановка рибосомы в кодонах, соответствующих регуляторным аминокислотам, может способствовать изменению вторичной структуры мРНК таким образом, что шпилечная структура терминатора не будет образовываться.
Опероны ггр и йо подвержены мультивалеатной репрессии. Каждый из них дерепрессируется при голодании по нескольким аминокислотам: двум — в случае Йг-оперона н трем в случае 11о-оперона. Последовательность паперного пептида показывает, каким способом это достигается. Кодоны, соответствуюшие различным аминокислотам, регулирующим оперон, расположены таким образом, что остановка рибосомы в любом из них способна предотвратить образование шпилечной структуры терминатора. Отдельные лидерные последовательности значительно длиннее лидера гтр-оперона, а области, в которых может происходить задержка рибосом, вызывающая дерепрес- сию, являются более протяженными.
Не исключено, что в этих случаях для достижения максимальной дерепрессии может оказаться необходимой остановка более чем одной рибосомы в лидерной области, Точно так же может происходить образование нескольких петель вторичной структуры. Однако в каждом случае сохраняется один и тот же принцип. Формально аттенуация может быть отнесена к одному из механизмов, в котором функции рибосом эквивалентны функциям белка, действующего по принципу положительной регуляции. Их связывание в сайте (сайтах) остановки †необходим условие для предотвращения процесса терминации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
