Биологический каталог




Основы общей биологии

Автор Э.Гюнтер, Л.Кемпфе, Э.Либберт, Х.Мюллер, Х.Пенцлин

ых участках: «—35» и

«—Ю» (т. е. лежащие на расстоянии 35 и 10 нуклеотидов от

места старта транскрипции). Изменения в этой и других последовательностях промотора изменяют интенсивность транскрипции гена, граничащего с данным промотором. Совпадение еще

в одном участке (от —5 до +2) у некоторых генов с единым

типом регуляции (строгий тип. — остановка синтеза гРНК и

tPHK при недостатке аминокислот) и отсутствие этого совпадения у других регулируемых генов (ослабленный тип регуляции) показывает, что различия в последовательности промотора

создают возможность выбора генов, регулируемых разными

способами.

5.3.1.2. Позитивной регуляцией транскрипции называют механизм, при котором регулирующие факторы активируют промо

тор. Например, промотор лактозного оперона (5.3.1.3.1) активируется под действием сАМР (4.6.2) и белка CAP (catabolite activator protein), если в клетке не имеется глюкозы.

5.3.1.3. О негативной регуляции транскрипции говорят в тех случаях, когда регулирующие факторы предотвращают транскрипцию. У прокариот такая регуляция может происходить на уровне оператора или на уровне аттенуатора.

5.3.1.3.1. Регуляция на уровне оператора. У бактерий 5—10%, всех генов образуют функциональные группы. Перед группой структурных генов, продукты которых в основном принадлежат преимущественно к. одному метаболическому пути, находятся общий для них промотор и общий оператор. Такую функциональную единицу называют опероном (рис. 5.9). На структурных генах, принадлежащих к одному оперону, образуется одна общая молекула тРНК (полицистронная тРНК), так что все эти гены одновременно активны или неактивны.

Интенсивность транскрипции регулируется в результате взаимодействия оператора с белком-репрессором. Оператор — это.

ДНК

Оперон

Пр

Пр

Оперон

А С-А -А -т-тТ -G-T -Т- А-А

днк

А-С-С Т-Т-А-А-С-А -СТТТС4С

Рис. 5.9. Регуляция транскрипции. Пример: область лактозного оперона у Escherichia coli. А. В присутствии лактозы. Б. Без лактозы. Пр — промотор; О —оператор; / — регуляторный геи; Ген,, Ген2, Ген3 — структурные гены; Р — репрессор; Л —молекула лактозы; волнистая линия — тРНК. В. Последовательность (ас-оператора. Черная точка соответствует плоскости симметрии. В рамках: комплементарно-симметричные участки.

196 Глава 5

последовательность примерно из 30 нуклеотидов, которую «узнаёт» репрессор. Эта последовательность имеет зеркальную симметрию (рис. 5.9,В). Структуру репрессора кодирует ген-регулятор. Репрессор представляет собой аллостерический белов (4.6.1.6), который может принимать две различные конформации. Молекула репрессора имеет два специфических участка: один для присоединения к оператору и один для связывания эффектора. Присоединяясь к оператору, репрессор блокирует транскрипцию. Он вызывает отрицательный эффект, поэтому такой тип регуляции называют негативным контролем. Связывание эффектора со специфическим участком изменяет пространственную структуру репрессора таким образом, что последний при синтезе респрессибельного фермента блокирует оператор, а при синтезе индуцибельного фермента освобождает оператор (см. ниже).

Регуляция с помощью системы репрессор — оператор известна для некоторых катаболических и анаболических процессов у бактерий. Регуляция на уровне оператора называется моделью Жакоба — Монб по имени открывших ее ученых.

В случае катаболических процессов — при расщеплении субстратов— такая регуляция удобна потому, что расщепляющий фермент образуется только тогда, когда имеется субстрат; наличие субстрата индуцирует синтез фермента, и такие ферменты называют индуцибельными. Субстрат (или один из продуктов его обмена) служит эффектором репрессора.

Особенно хорошо изучена регуляция расщепления лактозы у Е. coli (рис. 5.9). Если лактозы в среде нет, то репрессор блокирует оператор н ферменты лактозного оперона (lac-опероиа) не синтезируются. Если же лактоза в среде имеется, репрессор взаимодействует с иею и изменяет при этом свою конфор-иацию так, что больше не может блокировать оператор. В результате на lac-опероне образуется тРНК, и благодаря этому синтезируются ферменты, расщепляющие лактозу.

В случае анаболических процессов — при синтезе компонентов клетки — с помощью регуляции достигается то, что не накапливаются исходные вещества в избыточном количестве. Например, синтез той или иной аминокислоты, когда в клетке ее уже достаточно, «выключается» (соответствующие ферменты называют репрессибельными).

В процессе биосинтеза аминокислоты гнстндина His-tPHK (tPHK с присоединенным гистидином) в качестве корепрессора образует с апорепрессором, закодированным в регуляторном геие, комплекс (голорепрессор), который блокирует оператор. Это ведет к подавлению синтеза ферментов, участвующих в биосинтезе гистидина. Когда запас гистидина уменьшается, меньше становится и молекул корепрессора (His-tPHK) и оператор теперь не блокируется, поскольку один апорепрессор ие активен. Происходит дерепрессия, н образование ферментов биосинтеза гистидина возобновляется.

Таким образом, репрессор служит посредником между ситуацией, создавшейся в клетке, и ДНК.

5.3.1.3.2. Регуляция на уровне аттенуатора. Структурным генам в ДНК может предшествовать участок, называемый аттенуатором (рис. 5.10). Этот участок богат G/C, а за ннм следует участок, богатый А/Т. Аттенуатор имеет некоторое сходство с областью терминатора транскрипции. Транскрипция может заканчиваться на нем, не доходя до структурных генов; в триптофановом опероне это регулируется вторичной структурой начальной последовательности (оис 5.10) при участии tPHKTrp.

5.3.1.4. Регулирование транскрипции у эукариот. После того как была сделана попытка распространить модель Жакоба—Моно на эукариотические клетки, стало известно, что регуляция генной активности у эукариот намного сложнее. Различие между про- и эукариотами связано с тем, что у эукариот наряду с ре-гуляторными процессами, влияющими (как и у прокариот) на функции и жизненный цикл отдельной клетки, существуют и такие процессы, которые влияют на развитие всего организма. Кроме того, у прокариот транскрипция и трансляция обычно следуют непосредственно друг за другом, а у эукариот транскрипт должен перейти из ядра в цитоплазму, на рибосомы. По-видимому, наряду с регулированием транскрипции у эукариот значительную роль играет регуляция посттранскрипционных процессов. Основные принципы регуляции до сих пор не известны.

Регуляция на уровне отдельных клеток интенсивно изучалась в ряде случаев на грибах, однако действующий здесь механизм

198 Глава 5

Реализация генетической информации 199

еще не полностью выяснен. В этих системах специфические белки осуществляют позитивную регуляцию целой группы генов одного пути биосинтеза (плейотропия, 5.6).

В процессе развития и дифференцировки органов активность генов часто зависит от гормонов, циркулирующих в организме (7.6) и вызывающих специфические реакции в определенных клетках-мишенях.

Хорошо изученный пример — образование пуфов после воздействия гормона линьки экдизона (7.6.1). В гигантских хромосомах двукрылых (мух и комаров) можно обнаружить ряд активно транскрибируемых участков, которые становятся разрыхленными (пуфы и кольца Бальбиани, 3.5.2.8). Расположение таких участков специфично для определенных стадий развития мух. Вводя экдизон особям, у которых выделение этого гормона еще не началось, можно добиться того, что картина пуфов у них станет такой же, как при естественной секреции гормона. Сначала появляются «ранние» пуфы (около 6 полос), а через 3—10 ч —около 100 «поздних» пуфов. Так как этого не происходит в присутствии циклогексимида — ингибитора белкового синтеза, можно полагать, что генные продукты из «ранних» пуфов участвуют в индукции «поздних» пуфов, т. е. в активации большого числа генов.

У млекопитающих важное значение имеет действие половых гормонов. Развитие первичных мужских половых признаков зависит от образованна H-Y-антигена, ген которого, вероятно, находится в половой хромосоме. Стероидные гормоны, вырабатываемые гонадами, транспортируются к клеткам-ми-шеиям, связываются имеющимися там аллостерическими белкамн-рецепторами (7.6.4; около 10 ООО молекул иа клетку), изменяют их коиформацию и попадают в виде комплекса гормон-рецептор в клеточное ядро. Происходящая после этого активация определенных генов, несомненно, обусловлена воздействиеи этого комплекса. Но как именно осуществляется эта активация, пока не известно.

С помощью методов молекулярной биологии было исследовано регуляторное действие гистонов и негистоновых хромосомных белков (3.5.2.1). Как выяснилось, гистоны, по-видимому, оказывают тормозящее действие на ДНК-зависимый синтез РНК.

Например, у бобовых растений определенный резервный белок, глобулин, in vivo образуется только в семядолях. Но если удалить из хроматина других частей растения гистоновые компоненты, то и там in vitro будет синтезироваться тот же глобулин. Аналогичные результаты получены и на других организмах. Это позволяет предполагать, что гистоны, особенно гистон HI, блокируют гены (3.5.2.6; 3.5.2.8). Однако пока не удается продемонстрировать специфичность регуляторного действия гистонов, т. е. показать, что они реагируют со специфическими эффекторами и что в результате становятся активными гены, действие которых связано с этими эффекторами.

Негистоновым хромосомным белкам тоже приписывают специфические регуляторные функции. Эти белки, по-видимому, снимают блокирующее действие гистонов (3.5.2.6). На их важную роль указывают, помимо прочего, их большое многообразие, неодинаковое содержание их в хроматине различных тканей и на различных стадиях развития, а также результаты экспериментов по реконструкции хроматина. Однако эти данные спорны, так что регуляторное значение гистонов и негистоновых белков остается неясным.

Сильно сконденсированный хроматин по существу неактивен в отношении транскрипции (3.5.2.4; 3.5.2.6). По-видимому, для активации транскрипции большое значение имеет изменение конформации хроматина (3.5.2.6). Разрыхление хроматина могло бы, например,

страница 34
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Скачать книгу "Основы общей биологии" (4.30Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(16.12.2018)