Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

актозидазу, галактозидопермеазу и тиогалактозидтрансацетилазу (рис. 26.15). ?-Галактозидаза катализирует гидролиз ?-галактозидов, включая лактозу; пермеаза контролирует скорость поступления ?-галактозидов в клетку Е. coli. Функции транеацетилазы неизвестны.

В присутствии лактозы или других галактозидов, называющихся индукторами, скорость синтеза полипептидов, кодируемых лактоз-ным опероном, может быть увеличена более чем в I03 раз. Этого не происходит, если одновременно с индукторами присутствует

-1040-

-122-

-3510-

САР

-780—р«-825-«-|

3^

инЭуктор

репрессор

галакгпозиЭаза

транс-ацетилаэа

пермеаза

Рис. 26.15. inc-Оперон ?. coli. Промоторный (?) и операторный (о) участки сильно увеличены. Цифры в верхней части рисунка показывают количество пар оснований в каждом участке оперона. i — ген /яс-репрессора, ?— ?-галактозидазы, у— галактозидпермеазы, а— тиогалактозид-трансацетилазы. (Dickson R. С, Abel-son J., Barnes W. ?., Reznikoff W. S., Science, 187, 27, 1975. Copyright © 1975 by the American Association for the Advancement of Science.)

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1083

TGG AATTGT G А G С G G А ? А AGAATT

АСС ТТААСА С С G С С ? А ? TGTTAA

Рис. 26.16. Часть нуклеотидной последовательности /ос-оперона. Показаны участки с осью симметрии второго порядка. {Gilbert W., Махат ?., Proc. Natl. Acad.

Sci. U. S., 70, 3581, 1973.)

глюкоза. Таким образом, глюкоза ингибирует индуцированный синтез ферментов катаболизма лактозы. Поэтому можно полагать, что лактозный оперон создан для того, чтобы способствовать использованию лактозы в качестве вторичного источника углерода и энергии после израсходования глюкозы в среде.

Как было отмечено выше, скорость синтеза полипептидов, кодируемых лактозным опероном, контролируется регуляцией частоты инициации транскрипции. Это происходит следующим образом. Для инициации транскрипции необходимы как холофермент РНК-полимеразы, так и белок, называемый САР (катаболитный активатор), который должен содержать связанный сАМР. Связывание САР—сАМР-комплекса с САР-участком промоторной области опе-рона является непременным условием образования открытого комплекса РНК-полимеразы с промотором (рис. 26.15). Количество комплекса САР—сАМР определяется концентрацией сАМР, которая уменьшается при увеличении концентрации глюкозы. Если концентрация комплекса САР—сАМР падает ниже определенного уровня, РНК-полимераза не может образовать открытый комплекс с промоторным участком, необходимый для инициации транскрипции. Поэтому присутствие глюкозы предотвращает транскрипцию лактозного оперона. Даже при высокой концентрации сАМР, которая существует в отсутствие глюкозы (такая концентрация, которая достаточна для того, чтобы САР-участки были заняты комплексом САР—сАМР), образование открытого комплекса РНК-полимеразы с промотором предотвращается другим белком — 1ас-ре-прессором, если он связан с операторным участком. Этот участок расположен между промотором и геном ?-галактозидазы, хотя, по-видимому, он частично перекрывается с промотором (рис. 26.15). /ас-Репрессор состоит из четырех идентичных субъединиц с ? по 37 000 каждая. Связывание тетрамера с операторным участком предотвращает связывание РНК-полимеразы. Каждая субъединица тетрамера содержит также участок для связывания индуктора, например, ?-галактозида. Если эти участки заняты индуктором, репрессор не может связаться с операторным участком ДНК- Следовательно, индукторы освобождают операторный участок, после чего РНК-полимераза может инициировать транскрипцию.

Для сегмента из 35 пар оснований ( — 12 нм) в операторном участке характерна вращательная симметрия второго порядка (часть этой последовательности приведена на рис. 26.16). Тетрамер

35*

1684

III. МЕТАБОЛИЗМ

/ас-репрессора представляет собой гантель размерами 4,5?6? ??3—14 нм. Такая фигура обладает тремя осями симметрии второго порядка. Длинная ось репрессора может быть ориентирована параллельно оси спирали ДНК, что приведет к совпадению оси симметрии второго порядка тетрамера с осью симметрии оператора (рис. 26.17).

Рис. 26.17. Тетрамер /ас-репрессора и возможный характер его взаимодействия с оператором. Каждая из четырех субъединиц имеет две различные поверхности —· А и В, которые могут взаимодействовать с ДНК, что дает возможность оператору связывать репрессор двумя участками (I и II). Все размеры на рисунке даны в нанометрах. (Steitz Т. ?., Richmond Т. J., Wise D., Engelman D., Proc, Natl. Acad.

Sci. U. S., 71, 593, 1974.)

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1085

Мутации оператора или структурного гена репрессора могут предотвратить связывание репрессора с оператором, что приведет к 'нерегулируемой экспрессии (транскрипции) оперона, к так называемой конститутивной экспрессии. Мутации репрессора могут также предотвратить связывание индуктора с репрессором, что сделает репрессию необратимой, т. е. экспрессия оперона станет неинду-цибельной. Мутации, которые предотвращают синтез сАМР или изменяют САР, предотвращают транскрипцию лактоз'ного и других оперонов, выводя таким образом экспрессию этих оперонов из-под контроля метаболическим состоянием клетки. В связи с этим очевидно, что модуляция инициации транскрипции лактоэного оперона может быть обусловлена синергическим действием двух низкомолекулярных соединений — сАМР и ,?-галактозида, которые вызывают изменение состояния промотора путем воздействия на два белка— САР и /ас-репрессор.

26.6.2. Триптофановый оперон

Е. coli может регулировать скорость синтеза ферментов, необходимых для биосинтеза триптофана, в ответ на изменение внутриклеточной концентрации триптофана. При росте в присутствии избытка триптофана количество фермента составляет всего около 5% того уровня, который наблюдается при росте бактерий в среде без триптофана, т. е. когда триптофан должен быть синтезирован клеткой. Таким образом, в этом и аналогичных случаях Е. coli отвечает на состав питательной среды включением или выключением соответствующих ферментов биосинтеза. Для триптофана это достигается транскрипционным контролем триптофанового (tryp) оперона.

Так же, как и лактозный оперон, триптофановый оперон Е. coli представляет собой единый транскрипционный участок, определяющий структуру пяти .полипептидов, которые катализируют реакции, необходимые для биосинтеза триптофана (рис. 26.18). Ин-тактная триптофановая мРНК состоит из примерно 70.00 нуклеотидов и содержит лидерную последовательность из 166 нуклеотидов, предшествующую последовательностям, которые кодируют поли-пелтндные продукты оперона. Регуляторный промотор-операторный участок предшествует и частично перекрывается с участком инициации транскрипции и определяет возможность для РНК-полимеразы инициировать транскрипцию этого оперона. Однако в отличие от Zac-репрессора триптофановый репрессор не может связаться с оператором до тех пор, пока присутствует корепрессор — трипто-. фан. Таким образом, в отсутствие триптофана триптофановый репрессор не может связаться с оператором, и клетка полностью дерепрессирована. В этом случае транскрипция и, следовательно, трансляция триптофанового оперона идут с максимальной ско-

36—1358

1086

III. МЕТАБОЛИЗМ

ориентировочная Элина участков (пар оснований)

[*<1S0*|-^ ISO

Trp L

-1860 ¦

Trp ?

- I860 -Trp D

-1200-

Trp С

-1200 Trp В

— •00—{

Trp A

P2

компонент 1 антранилатсинтетазы

фосфорибозил-антранилат-изомераэа

триптофан-синтетаза of

компонент ? антрамипвт-

синтетазы (фосфорибозилантрэни-л атт рансфераза)

триптофан -синтетаза

Рис. 26.18. JTri/р-оперон ?. coli, показывающий длину нуклеотидной последовательности и полипептидных продуктов структурных генов, р, и о обозначают главные промотор и оператор, а — аттенюатор и рг — низкоэффективный внутренний промотор. (Bertrand К., Кот L., Lee Р., Piatt P., Vanofsky С, Science, 189, 22, 1975. Copyright 1975 by the American Association for the Advancementof Science.)

ростью. В присутствии триптофана клетка находится в репрессированном состоянии. Репрессор при этом связан с оператором и вследствие этого синтез ферментов биосинтеза триптофана коорди-нированно репрессирован и их содержание в клетке понижается.

В дополнение к промотор-операторной области триптофановый оперон содержит второй регуляторный участок — аттенюаторный; эта последовательность расположена после участка инициации транскрипции, но предшествует первому структурному гену. Второй регуляторный участок может работать как специальный сигнал терминации, который определяет, какая часть молекул РНК-полимеразы, начавших транскрипцию триптофанового оперона, закончит этот процесс. Аналогичные аттенюаторные последовательности могут существовать и в других оперонах.

26.6.3. Синтез гена тирозиновой супрессорной тРНК

Разработка 'Методов химического синтеза коротких (от 8 до 15 нуклеотидных остатков) олигодезоксирибонуклеотидов и их ферментативного лигирования (сшивания) позволило осуществить полный синтез гена, который кодирует тирозиновую супрессорную тРНК Е. coli.

Первичный продукт этого гена содержит 126 нуклеотидов; однако этот полинуклеотидный предшественник претерпевает ферментативное расщепление с образованием зрелой тРНК, которая

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1087

- A AGGGGGTGGTGGTAGTGAAAGТТТТСAGGCTTTCTfAA s1

V I ¦ I I I I I I I L

I I ¦ I I I I I ¦ ¦ ¦

, g, vttcccccaccaccatcactttcaaaagtccgaaag 3·

??-??~-"-'-

lc Cjtggaagcttcagctactgccgtctaaatctca g д

? a accttcgaagtcgatgacggc ag atttag agtct_,c

*Tc GTAATGGGCACCACCCCAAGGGCTCGCCGGTTTC,

I ( I I I I I I I I I I I I I I I I I I t I * III I I I' ? ? ? ? ? ' С* Ж

?, "двСATTACCCGTGGTGGGGTTCCCGAGCGGCCAA A - -?^^' у У У

¦ С' ACCGGACGAGGGAATAGCCCTTCGCCCCGCGTAGTA^ ^G GCCTGCTCCCTTATCGI SAAGCGI 3GCGCАТСAT/y,A

gaaagagttgc attgtgaaatgt cgccgcg с ag ? *?

5' aattctttctcaacg ? a ac ac tt tac agc

страница 110
< 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 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.11.2019)