Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 88
Текст из файла (страница 88)
15.14 Нндукция ага-опсроиа акдючаст множество актов связывания белков с ДНК. Наверху прпасдспа харта рагуаяторпой области ага.оперода с сайтамп связывания белка С„бекаа БАК и РНК-поддмсразы (прсдподожитсаьпо) В усдовпах рспрсссаа только белок Еггр саазыаастса, как доказано а пептрс. В условиях пндухцпп белки БАК, Оад и РНК-подпмсраза находятся а смежных сайгак вблизи гепоа агавид, тогда хах другах РНК-подпмсраза связывается с промозором пгпС-хогга 201 15. Системы контроля: средства регуляции оперонов тлтаатт 1 ! ! тягость т, -в1 ~ ы1а с,,,'с тттаттртастртааттлтттслтрс Аяясрмрсамяссявт Аяяатма -ва с Атт тяя — ва а -ва с -ва с -за с ояврвуар Уввавая *вявиввиия а БАК ' См. примечание на стр.
!48. Рис. 15.15. да1-Олерон имеет различные стартовые точки. РНК-полимеразы связываться с промотором с образованием стабильного инициирующего комплекса. Однако при сопоставлении способов взаимодействия белков обнаруживается их значительная вариабельность. Например, даже такие простые взаимодействия, как связывание репрессора с оператором или БАК с промотором, осуществляются в оперонах да1 и (ас по-разному. Катаболитная репрессия способствует преимущественному использовани1О ГлюкОзы При наличии глюкозы в среде наблюдается более предпочтительное ее использование по сравнению с другими сахарами. Так, если клетки Е, соя находят (например) в среде как глюкозу, так и лактозу, они сбраживают глюкозу, а использование лактозы у ннх репрессируется.
Последнее достигается предотвращением экспрессии генов лактозного оперона. Такой эффект получил название катаболитная репрессия. Подобный эффект обнаружен при изучении и других оперонов, в том числе галактозного и арабинозного. Следовательно, катаболнтная репрессия представляет собой общую координирующую систему, которая создает преимущество глюкозе путем подавления выражении оперонов, кодирующих ферменты альтернативных метаболических путей. В основе катаболитной репрессии лежит способность глюкозы уменьшать содержание циклического АМР (сАМР) в клетке. Мы не знаем точно, как это происходит; возможно, она влияет на скорость синтеза. Во всех случаях выражение оперонов, подверженных катаболитной регуляции, обнаруживает обратную связь с содержанием циклического АМР. Два типа мутаций вызывают снятие катаболитной репрессии.
Первый тип, суа , приводит к дефекту в ферменте адеиилатциклазе, участвующем в синтезе циклического АМР. (Реакция использует в качестве субстрата АРТ и ведет к образованию (375')-связи через фосфодиэфирные связи; в результате в обоих положениях присоединяется монофосфат вместо обычных фосфатов.) Второй тип мутаций, известных либо под названием сор, либо сгр, позволил идентифицировать регуляторный белок, который действует непосредственно на опероны-мишени. Белок этот называется БАК или БРЦ'.
Как мы уже видели в разделах об отдельных оперонах, белок БАК является фактором положительного контроля, необходимым для инициирования транскрипции в зависимых от него промоторах. Белок активен только в присутствии циклического АМР, которая ведет себя как классический низкомолекулярный индуктор (рис. 15.1). Прн уменьшении содержания циклического АМР белок оказывается не способным связываться с контролирующей областью, что в свою очередь препятствует РНК-полимеразе инициировать транскрипцию.
Следовательно, эффект глюкозы, вызывающей уменьшение содержания циклического АМР, ведет к лишению соответствующих оперонов контролирующего фактора, необходимо~о для их выражения. Мы уже упоминали, что действие белка БАК остается загадочным, поскольку в каждом опероне-мишени он связывается с сайтом, имеющим различную локализацию относительно стартовой точки транскрипции. (Эти сайты локализованы в 1ас-опероне между нуклеотидами в положениях — 72 и — 52, в до(-опероне -между положениями — 50 и — 23, в опероне ауаВАГУ вЂ” между — 107 и — 78.) Согласно другим моделям действия белка БАК, которые мы уже обсуждали в главе 11, предполагаешься, что либо он взаимодействует с прилегающими белками (РНК-полимеразой в 1ас- и да1-оперонах, белком СЯ' в ауа-опероне), либо влияет на структуру ДНК, причем это влияние может проявляться на разных расстояниях в пределах промотора.
Итак, мы еще не доказали, что зависимость таких различных оперонов от белка БАК неизбежно отражает общий способ регуляции на уровне индивидуальных взаимодействий типа белок — белок нли белок — ДНК. Однако такой тип регуляции достигает одной и той же цели: выключения альтернативных метаболических путей, если они становятся необязательными при снабжении клетки нужными количествами глюкозы. Снова это свидетельствует о том, что координированный контроль положительного или отрицательного типов может распространяться на ряд покусов, локализованных в разных участках, благодаря наличию повторов нуклеотидных последовательностей в сайтах, связывающих регуляторный белок.
Аутогенный контроль трансляции рибосомных белков Аппарат, осуществляющий выражение ~снов, включает в себя около 70 белков. Главным его компонентом являются рибосомные белки наряду с вспомогательными белками, участвующими в белковом синтезе. Остальное представлено субъединицами РНК-полимеразы и ее вспомогательными факторами. Координированные способы контроля способствуют синтезу этих белков в количестве, соответствующем условиям роста: при большей скорости роста бактерий они тратят большую часть усилий на образование аппарата для выражения ~снов (см. также ниже). Множество механизмов используется для контроля выражения генов, кодирующих белки этого аппарата, причем, очевидно, нам известны далеко не все регуляторные системы, участвующие в этом процессе. Часть !У.
Контроль генной экспрессии у прокариот 202 Таблица 15.! Гены рнбосомных белков, факторов белкового синтеза и субъедииив РНК-по- лимеразы разбросаны по иесколысим оперонам' я у т л у абели» ( Лев, с лр = ллг) рзь- грзЕЬ105А- (и(А 12 87 ЕЕ-6 ЕЕ-Ти ,87 гр(Р- гр(рь грзЕ- грЮ- гртЕ( (88 Ьб Ь18 85 Ь15 Ь30 гр(8- грль грзС-грзО-гр(Р- гртС;(.4 319 122 83 817 Ь16 Ь29 (34 )~ 1 )Ь10 р ~ р((у(- гр(Х- гр(Е~ Ь14 Ь24 Ь5 810 грз.(- гр(С- гр(бь 810 сз 'с2 ~ а ( грзМ-грзк- грз0 (813 811 84 ~ гр(К- гр(А !.11 Ь1 г (,(- (Е грзгз(. ггг5Н 314 88 гр((7- гр(И( 'с4 с23 гроА- гр(С а (17 гроС 5' ' Идентифицированы лве главные группы генов, содержащих зти опероны Одна содержат опероны: з(г-промежуток-8(0-зрс-а (где лпромежутокл = 14000 пар оснований); другая группа включает сцепленные опероны Ш(-гк( Каждый оперон записан таким образом, что его промотор находится в левом конце.
Рыуляторный белок указан справа. Белки, подверженные регулядии, подчеркнуты (коричневая линия) гены, участие которых в системе регуляции точно не установлено, подчеркнуты прерывистой линией. Почти каждый нз этих белков детермииируется только одним геном в хромосоме Е. со(Е Гены, кодирующие рибосомныс белки, факторы синтеза белков и субъедипицы РНК-полимеразы, локализованы вперемежку и организованы в небольшое число оперонов. Данные об ор('анизации оперонов, которые охарактеризованы к настоящему времени, суммированы в табл. 15.1.
Примерно половина генов рнбосомных белков (часто сокращенно обозначаемых как р-белки) картируется в четырех оперонах, тесно сцепленных друг с другом. Они обозначаются как мг, зрс, 8!О и и (каждый назван просто цо первой из чде(пифицированных функций). Опероны г(Т и Ы! также сцепленъ(, но находятся в другой области. Каждый оперон кодирует ряд функций. мг-Оперон содержит гены рибосомных белков малой субчастицы, а также факторов ЕГ-Ти и ЕГ-О.
В двух оперонах, зрс и 810, расположены вперемежку гены белков как малой, так и большой рибосомных субчастнц. В и-опероне находятся гены белков обеих рибосомных субъединиц, а также ген июубъедипицы РНК-полимеразы. В состав п(-оперона входят гены белков большой субчастицы рибосом, а также (1- и В'-субъединиц РНК-полнмеразы. В большинстве случаев не существует очевидной корреляции между локализацией и функциями белков.
Белки 308-субчастицы безусловно не кодируются в каком-либо порядке, отражающем их сборку в субъединицу. В то же время локализация группы белков 508-субчастицьт, кодируемых п(7Ы!-оперонами, проявляет корреляцию с порядком сборки, при котором Ь711.12, Ь10 и Ы1 могут быть связанными. В этом случае белки, синтезируясь, могут объединяться, образуя некую субчастицу. Все рибосомные белки, кроме одного, необходимы в эквимолярных количествах, которые должны координироваться содержанием мРНК.
(Вариации допустимы и для тех рибосомных белков, которые проявляют дополнительные активности, например для белка 810, вовлекаемого в антитермннирующую функцию белка р)ч(.) Разброс генов, продукты которых должны быть представлены в зквимолярных количествах, и их перемежаемость с генами, продукты которых необходимы в различных количествах, порождают определенные интересные проблемы в связи с координированной регуляцией, Исключение среди рибосомных белков представляет белок Ь7гЫ2, представленный, по-видимому, в виде четырех копий на рибосому. Другим исключением является фактор ЕГ-Тп, присутствующий в количествах, примерно эквимолярпых количеству аминоацил-тРНК, т.
е, примерно в 1О раз больших, чем количество рибосом, (Это один из случаев, когда имеется более одного (ена, так что необходимость синтезировать сверхколичества распределяется между двумя генами, ги(г( и (и~В.) Еще одно различие наблюдается между рибосомами и РНК- полимеразой, которая представлена в меньших количествах. Таким образом, какой-то механизм должен усиливать синтез Ь7/Ы2 и ЕГ-Ти и ослаблять синтез субъединиц РНК-полимеразы относительно постоянного уровня рибосомных белков.
Общим свойством всех оперонов, указанных в табл. 15.1, является ауто(синая регуляция некоторых из генов одним из продуктов. Обычно регуляторный белок подавляет выражение ряда смежных генов в пределах опероиа и в том числе (всегда) выражение своего собственного гена. Число генов, подчиняемых такому подавлению, варьирует от оперопа к оперону.
Так, Ь7 подавляет свой собственный синтез и синтез фактора ЕГ-О, но не синтез факторов 8! 2 или ЕГ-Ти. Аналогично и 88 подавляет выражение всего своего оперона, за исключением первых 203 15. Системы контроля: средства регуляции оперонов Рис. !5 !б, Трансляция оперонов р-белков контролируется аутогснно и зависит от содержания РНК. Вверху. При образовании РРНК происхолит связывание с ней рибосомных белкОв, в резулыате пула свободных РРНК ие образуется, и трансляция мРНК р-белков прололжастся.
Внизу. После того как вся рРНК собрана в рибосомы и пула свободных РРНК нет, рбслкн на«инают накапливаться. Один из них связывается с мРНК рбслков и прсдотврагцает дальнейшую «рансляпию. 'двух генов. С другой стороны, 1у! и 1.1, вероятно, подавляют выражение всех генов в своих соответствующих оперонах. В оперонах, содержащих гены субъединиц РНК-полимеразы, белок 54 подавляет выражение генов всех других белков малой субъединнцы рибосомы; подобным же образом ЫО подавляет свое собственное образование, но не образование Ь7,7 !2 или субъедипиц РНК-полимеразы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
