Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

рмулировать следующим образом. При положительном контроле происходит накопление активатора репликации до порогового, достаточного для инициации нового цикла репликации уровня. Пороговый уровень достигается при удвоении клеточной массы (незадолго до деления клетки) так, чтобы во вновь образовавшихся клетках процесс репликации был бы уже запущен и успел завершиться к моменту нового деления. При отрицательном контроле происходит накопление ингибитора инициации репликации, который должен синтезироваться лишь в ограниченном количестве вскоре после начала предыдущего цикла репликации. Такой ингибитор может быть продуктом гена, локализованного вблизи от точки начала репликации, транскрипция которого осу-

Р-3'~ НО-5'

5'~ ОН ~ 3'~ Р.

72

ществляется только в период репликации данного участка ДНК. В процессе роста клетки ингибитор «разбавляется», а к моменту удвоения массы клетки уровень его падает ниже критического, что позволяет клетке инициировать новый цикл репликации. Взаимодействие этих двух механизмов и должно координировать процессы репликации ДНК и деления клетки.

Реальные механизмы регуляции репликации еще не расшифрованы. У эукариот определенную роль в регуляции репликации, по-видимому, играют гистоны.

11.5. Транскрипция генетической информации

Этот этап биосинтеза белков состоит в «переписывании» информации, закодированной в ДНК, на олигонуклеотидную последовательность информационной РНК (иРНК) и осуществляется РНК-полимеразой (РНКП). Строение этого фермента лучше всего изучено у бактерий Escherichia coli. Это сложный белок с молекулярной массой 450 кДа. Его сердцевина (core) включает две идентичные а-субъединицы и две различные р-субъединицы (Р и Р'). В состав «полного» фермента (holoenzyme) входит также а-субъединица, ответственная за процесс узнавания промотора и инициацию транскрипции. Наконец, существует еще один белковый компонент, обозначаемый р-фактор, который ответственен за правильную терми-нацию транскрипции. Таким образом, РНКП Escherichia coli и ряда других грамотрицательных бактерий выглядит следующим образом:

^— Holoenzyme —^ {[а2РР']о}р 1— Core

У грамположительных бактерий РНКП устроена еще сложнее. Например, в случае Bacillus subtilis она может содержать несколько а-факторов, а у ряда архебактерий РНКП состоит из 9—10 компонентов, приближаясь по сложности строения к РНКП эукариот.

В клетках эукариот обнаружено по крайней мере три типа РНКП. Полимераза I (или А) находится в ядрышке и транскрибирует гены большинства рибосомных РНК (рРНК); полимераза II (или В) — в нуклеоплазме и транскрибирует большую часть других генов; полимераза III (или С) — гены транспортных РНК (тРНК) и одной из рРНК (5S рРНК). Кроме того, в митохондриях и хлоропластах эукариот присутствуют собственные РНКП.

73

Между тем собственно полимеразная реакция может осуществляться гораздо более простыми ферментами. Так, РНКП «нечетных» ТЗ и Т7 фагов Escherichia coli состоит из единственного полипептида с молекулярной массой ПО кДа, а митохондриаль-ная РНКП представляет собой полипептид с молекулярной массой 64 кДа.

По-видимому, сложное устройство бактериальной и, особенно, эукариотических РНКП, с одной стороны, обусловлено необходимостью «узнавать» большое число промоторов, а с другой — позволяет осуществлять многообразную регуляцию транскрипции в процессе функционирования этого фермента.

11.6. Регуляция процесса транскрипции

Исходя из возможности управления синтезом белковых посредников на этапе транскрипции, их можно разделить на три основные группы:

1) конститутивные белки, синтез которых не зависит от наличия (уровня) субстратов и продуктов;

2) индуцибельные белки — их синтез ускоряется в присутствии субстратов (или субстратных аналогов);

3) репрессибельные белки, синтез которых подавляется избытком конечного продукта данного метаболического пути.

Регуляция на этапе инициации транскрипции. В 1960-е годы Ф. Жа-коб и Ж. Моно установили, что в явлениях индукции и репрессии принимают участие белковые факторы — репрессоры, продукты специальных генетических элементов — генов-регуляторов (1-ге-нов), способные в определенных условиях тормозить процесс транскрипции на этапе инициации, поэтому оба этих типа регуляции относят к негативным.

В индуцируемом опероне ген-регулятор кодирует активный репрессор (около 10 молекул на клетку), который блокирует транскрипцию, взаимодействуя с операторным участком ДНК и препятствуя продвижению РНКП. Индуктор, представляющий собой исходный субстрат данного метаболического пути или близкое к нему соединение (например, аллолактоза в случае /ас-оперона), способен взаимодействовать с репрессором и инактивировать его, освобождая таким образом операторный участок ДНК. В результате РНКП начинает транскрипцию данного оперона. Эти события отражены в схеме (рис. 28а).

В репрессируемом опероне ген-регулятор кодирует неактивный репрессор, который может переходить в активное состояние и бло-

74

Ген-регулятор Промотор Оператор Структурные гены тер-имтор I_!_L_. Р . О ¦ A ,B,C,t,

J-,

А*паный репрессор-

Индуктор

Неактивный репрессор

а)

Ген-регулятор Промотор Оператор Структурные гены термин™* ¦ I , .Р.О,А .B,C,t,

I Активный репрессор

^1

Корепрессор Неактивный

репрессор

6)

Рис. 28. Схемы индуцируемого оперона и процесса индукции (а) и репрессируемого оперона и процесса репрессии (6)

кировать транскрипцию, соединяясь с оператором, только после взаимодействия с избытком конечного продукта (корепрессора) данного метаболического пути (в случае биосинтетических путей таким корепрессором может быть, например, аминокислота). Процесс отражен в схеме, представленной на рис. 286.

Большую роль в регуляции транскрипции играет так называемая катаболитная репрессия (старое название «глюкозный эффект»), которая проявляется в диауксии в процессе роста бактерий. Феномен диауксии обнаруживается, когда в среде присутствуют два субстрата (например, лактоза и глюкоза), причем ферменты, осуществляющие катаболизм одного из них (лактозы), индуцибельны, а ферменты, осуществляющие катаболизм другого (глюкозы), конститутивны. В этом случае сначала потребляется только глюкоза, тогда как индукция лактозных ферментов (р-галактозидазы) не происходит до тех пор, пока не будет потреблена основная часть глюкозы. Это отражается во временном замедлении (прекращении) роста культуры на тот период, который необходим для индукции и синтеза р-галактозидазы. Таким образом, несмотря на присутствие в среде индуктора (лактозы), альтернативный субстрат (глюкоза) препятствует индукции.

75

Механизм явления катаболитной репрессии состоит в следующем. Для индукции некоторых «слабых» оперонов, в том числе Дзс-оперона, недостаточно инактивации отрицательного регулятора — репрессора. Необходимо и участие положительного регулятора, представляющего собой комплекс специального активирующего белка с циклической AMP (сАМР). Этот белок, активирующий транскрипцию, получил название БАК-белка или «белка, активирующего ката

страница 18
< 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

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.09.2019)