Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 89
Текст из файла (страница 89)
В каждом случае имеет место накопление белка„который подавляет дальнейший синтез, детерминируемый как собственным геном, так и любыми генами, подверженными репрессии. Эффект часто проявляется на уровне трансляции полицистронпой мРНК и может быть в отдельных случаях воспроизведен !п уйго. Таким образом, избыток свободного рибосомного белка служит сигналом ддя репрессии процесса трансляции. Каждый из регуляторов является рибосомным белком, который связывается негюсредственно с рРНК. Его влияние на трансляцию обусловлено способностью связываться также со своей собственной мРНК. В некоторых случаях были охарактеризованы сайты связывания.
Например, в опероне Ы ! белок 1.! связывается с сайтом, расположенным поблизости от ннициирующего кодона первого гена. Это, цо-видимому, подавляет связывание рнбосом. Такое подавление влияет на трансляцию обоих г'снов оперона, вероятно, потому, что между генами 1.!! и Е! находится всего три нуклеотида. Следовательно, предположение, что гены могут быть транслированы только последовательно, вполне правдоподобно.
Использование р-белков, которые связываются с рРНК для установления немедленно аутотенной регуляции, свидетельствует, очевидно, о том, что это может служить механизмом для установления связи между синтезами р-белка и рРНК. Обобщенная модель приведена на рис. 15.6. Допустим, что сайты связывания аутогенно регуляторных р-белков на рРНК являются более сильными по сравнению с таковыми на мРНК. В этом случае новосинтезируемые р-белки будут связываться с рРНК до тех пор, пока будет иметься свободная рРНК, что приводит к сборке рнбосом. Свободного р-белка, способного связываться с мРНК, не будет; в результате трансляция будет продолжаться. Однако, как только синтез рРНК замедлится или остановится, начнут накапливаться свободные р-белки.
Они смогут связываться с мРНК и репрессировать дальнейшую трансляцию. Такой цикл гарантирует одинаковый ответ каждого оперона, детерминирующего синтез р-белка, на содержание рРНК. С помощью такой регуляции оперонов р-белков достигаются две цели. Во-первых„концентрация р-белков устанавливается в соответствии с условиями роста клеток. Контролируя содержание рРНК, клетка регулирует продуцированне всех рибосомных компонентов. Вовторых, другие белки, кодируемые этими оперонамн, синтезируются со свойственной им скоростью независимо от трансляции генов р-белков. Синтез В-субъединнцы РНК- полимеразы может быть подвержен своей собственной аутогенной регуляции. Как ЕГ-Тп, так и ь7у1.12 транслируются с повышенной эффективностью, Следовательно, в пределах систем контроля этих оперонов существуют условия для достижения различных скоростей синтеза координированно регулируемых белков. Аутогенный контроль трансляции — не единственный механизм, используемый для вариаций н пределах оперона.
Некоторые опероны содержат дополнительные внутренние промоторы; кроме того, может использоваться аттенуация, может осуществляться регуляция на уровне процессинга мРНК. Аутогенный контроль и сборка макромолекул Возможно, аутогенный контроль- это общий тип контроля среди белков, участвующих в сборке макромолекулярных ансамблей. Преимущества такого контроля очевидны. Сама собираемая частица может быль неприг одной как регулятор, так как она слишком большая, слишком многочисленная илн имеет слишком ограниченную 204 Часть 1У. Контроль генной экспрессии у прокарнот локализацию.
Однако потребность в синтезе ее компонентов может определяться пулом свободных субъединиц-предшественников. Если процесс сборки по какой-то причине блокирован, то субъединицы начинают накапливаться н дальнейший синтез компонентов, ставший теперь ненужным, прекращается. Фактически первым примером аутогенпой регуляции явились данные, полученные прн изучении гена, детерминирующего синтез белка 32 у фага Т4.
Этот белок играет важную роль в процессах генетической рекомбинации, репарации н реплнкации ДНК, в которых его функция выражается благодаря его способности связываться с одноцепочечной ДНК. Доказательством того, что синтез белка гена р32 регулируется аутогенно, явился эффект нонсенс-мутации, ведущих к перепроизводству неактивного белка. Это означало, что в тех случаях, когда функция белка нарушена, он синтезируется в больших количествах. Этот эффект проявляется на уровне трансляции: мРНК гена 32 является стабильной и сохраняется независимо от поведения белкового продукта. Если в инфицированной фагом клетке присутствует одноцепочечная ДНК, она будет связывать белок р32. Однако в отсутствие одноцепочечной ДНК нлн по крайней мере в условиях, при которых образуется излишек белка р32, белок предотвращает трансляцию своей собственной мРНК.
Репрессия этого типа проявляет такой же кооперативный эффект, как и при связывании белка с ДНК, когда связывание одной белковой молекулы способствует более легкому связыванию другой. Следовательно, мы можем предполагать, что репрессия осуществляется путем связывания белка р32 с мРНК, что мешает инициации транскрипции. Вероятно, это происходит в протяженной одноцепочечной области вблизи сайта связывания с рибосомами. Другая система, в которой наблюдается аутогенная регуляция, обнаружена в эукарнотических клетках. Тубулин представляет собой мономер, из которого синтезируются микротрубочки — ~лавная система микрофиламентов во всех эукарнотических клетках. Образование мРНК тубулина контролируется пулом свободного тубулина. При достижении определенной концентрации в пуле дальнейшее образование тубулиновой мРНК прекращается.
Снова используется тот же принцип; тубулин, удаленный из пула в процессе сборки макромолекул, пе играет роли в регуляции, хотя размеры пула свободных предшественников определяют, будет ли продолжаться его синтез. Неблагоприятные условия опРеделйют стРогий ответ В тех случаях, когда бактерии находятся в таких жестких условиях роста, что они теряют возможность получать достаточное количество аминокислот для поддержания белкового синтеза, они включают целый ряд активностей. Такое явление получило название строгий ответ. Мы можем рассматривать его как механизм выживаемости в неблагоприятных условиях: бактерии экономят свои ресурсы, включая только минимум активностей до тех пор, пока условия питания не улучшатся.
Тогда следует обратный эффект с включением полного набора метаболических активностей. Строгий ответ вызывает значительное (в !Π— 20 раз) ослабление синтеза стабильных (рибосомных и транспортных) видов РНК. Одного этого достаточно, чтобы уменьшить общий уровень синтеза РНК до 5 — !05„' от прежнего уровня. Синтез лишь некоторых мРНК уменьшается; обп!ее уменьпгенне синтеза мРНК достигает примерно трехкратного размера. Возрастает скорость деградации белка. Происходят многочисленные метаболические перестройки, о чем свидетельствует уменьшение синтезов нуклеотидов, углеводов, липидов н т.п. Для инициации строгого ответа достаточно голодания по какой-либо одной аминокислоте или мутации, инактивнрующей любую аминоацнл-тРНК вЂ” сннтетазу. Сигналом, запускающим всю серию событий в цепи, является присутствие ненагруженной тРНК в участке А рнбосомы.
Обычно при нормальных условиях только аминоацнл- тРНК связывается с участком А с помощью фактора ЕГТп (гл. 6). Однако если нет подходящей аминоацил- тРНК, которая могла бы присоединиться в ответ на определенный кодон, способность присоединяться приобретает ненагруженная тРНК.
Естественно, что зто блокирует любое дальнейшее продвижение рнбосомы, поэтому это явление описывается как холостое взаимодействие. В тех случаях, когда клетка голодает по аминокислотам, она накапливает два необычных нуклеотнда, первоначально получивших название магические пятна ! и П. Теперь в результате изучения их структуры уже известно, что это ррОрр (гуанозинтетрафосфат с дифосфатами, присоединенными как в 5'-, так и 3'-положеннях) и рррОрр (гуаноэннпентафосфат с 5'-трифосфатной группой и 3'-днфосфатом). Во всех штаммах Е. сод строгий ответ сопровождается накоплением ррррр; что касается ррртурр, то его образование происходит не всегда. Эти нуклеотиды являются типичными низкомолекулярными эффекторамн, активность которых проявляется благодаря их способности присоединяться к белку (белкам), вызывая изменение его конформации.
Компоненты, которые включаются в образование ррОрр и рррСэрр, были идентифицированы с помощью мутаций, элиминирующих строгий ответ (вггщаеп!). Были выделены мутанты с ослабленным контролем (ге!ахай), у которых голодание по аминокислотам не вызывает какого-либо уменьшения в эффективности синтеза стабильной РНК или каких-либо других реакпий, сопровождающих строгий ответ. Чаще всего сайт мутаций, вызываюп!их ослабление контроля, локализован в гене ге)А, который кодирует белок, названный фактором строгого кон~роля.
Этот фактор связывается с рибосомами, хотя его количество довольно незначительное-менее ! молекулы на каждые 200 рибосом. В результате, по-видимому, только меньшинство рибосом способно дать строгий ответ. Рибосомы, выделенные из бактерий, проявлгоощих строгий ответ, способны синтезировать ррОР и рррОрр 1п чйго при условии, что участок А занят ненагруженной тРНК, специфически соответствующей кодопу. Рибосомы, выделенные из мутантов с ослабленным контролем, не могут выполнять эту реакцию; однако они приобретают эту способность, если добавлен фактор строгого контроля. На рис. 15.17 показаны пути биосинтеза необычных гуаниновых нуклеотидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
