Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

G,воспринимающего сигналы от комплексов эффектор - рецептор (в частности, онкогены Н—ras и К—ras); онкогены, программирующие синтез аналогов самих факторов роста, например онкоген sis, входящий в состав вируса саркомы обезьян, продукт которого является аналогом фактора роста, выделяемого тромбоцитами (клетками крови, участвующими в процессе свертывания); онкогены, продуктами которых являются аналоги ядерных белков, по-видимому, участвующих на заключительных этапах каскада превращений, возникающего в ответ на митогенный сигнал (онкогены myc, fos и др.).

10.3 РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ

В ходе функцинирования клеток огромное значение имеет синтез новых молекул РНК. Вслед за синтезом информационных РНК начинается процесс их трансляции, т. е. синтез запрограммированных ими белковых молекул. Эти процессы требуют затрат большого числа исходных мономеров и значительного количества энергии для перевода мономеров в активные формы - соответственно нуклеозид-5'-трнфосфаты и аминоацил-тРНК. В связи с этим весьма существенна возможность регуляции транскрипции, т. е. включения ее в момент, когда возникает потребность в создании новых белковых молекул, и выключения по мере исчезновения такой необходимости. Наиболее обстоятельно регуляция транскрипции изучена для прокариот, и в рамках данного курса в основном будут излагаться важнейшие пути этой регуляции, установленные для микроорганизмов.

Объектами регуляции у прокариот являются опероны, т. е. несколько расположенных один за другим генов вместе с предшествующим регуляторным участком ДНК. В настоящее время известно большое число регулируемых оперонов. Для некоторых из них существуют специальные регуляторные белки, образующие комплекс с ДНК в районе промотора и области начала транскрипции для соответствующего оперона. Участок, с которым взаимодействует регуляторный белок, называют оператором. Одним из наиболее изученных является регуляторный белок лактозного оперона, так называемый lac-penpeccop. Лактоэный оперой 428

-«о

¦10

tggcaaatattctgaaatg agctgttgacaat?ааттаа ? cat с g a act act г даст ас ? дссс a agticacgt ад aaa

accgt ttataagactttac tcgacaac tgttaattaattagtagct tgatcaat tgatca tgcg ? tcaagtgcattttt.

прОл,о'ср A

1 · о trpf IrpD IrpC trpe trpA

1вдИ" - "???"! *

-v————

регулярная область

структурные гены

терминаторы

Рис. 128. Схема три птофн нового оперона E.coli.

Транскрипция инициируется в положении +1. На транскрибируемом фрагменте А имеются участки, подверженные другим видам регуляции, не описанным в тексте

программирует производство трех белков. Два из них имеют самое прямое отношение к усвоению лактозы — это ?-галактоэидаза, катализирующая гидролиз ?-D-галактозидов, в том числе гидролиз лактозы до галактозы и глюкозы, и ?-галактозидпермеаза, необходимая для прохождения /J-галактозидов, в том числе лактозы, через клеточную мембрану. Третий ген того же оперона программирует ?-галактоэидтрансацетилаэу, катализирующую перенос ацетильного остатка от ацетилкофермента А на галактозу. Значение этого фермента при использовании клетками лактозы неизвестно. В отсутствие лактозы lac-penpeccop прочно связан с оператором и препятствует связыванию с промотором РНК-нолимеразы, т. е. процессу транскрипции оперона. Не происходит, соответственно, и синтеза программируемых опероном белков (т. е. экспрессии генов оперона). Главной особенностью lac-репрессора является его способность к образованию специфического комплекса с ^-галактозидами, сопровождающемуся потерей сродства к оператору. В результате при появлении /?-галактозидов происходит освобождение промотора и влючается экспрессия генов оперона. При этом синтезируется единая молекула мРНК, несущая информацию о всех программируемых опероном белках. Такое включение биосинтеза РНК и белков в результате появления Д-галактозидов получило название индукции. Как видно из вышеизложенного, индукция производства белков - продуктов лактозного оперона - является результатом удаления с операторного участка репрессора с помощью индуктора.

Известна и детально изучена и обратная ситуация. В норме бактериальные клетки продуцируют набор белков, необходимых для превращения хоризмата в триптофан (см. рис. 115). Этот набор белков программируется пятью генами, расположенными в триптофановом опероне, схема которого представлена на рис. 128. При дефиците триптофана оперон нормально функционирует. Однако при появлении избытка триптофана он образует комплекс со специальным белком -апорепрессором, обладающим высоким сродством к операторному участку трипто-фанового оперона. В результате оперон целиком выключается. Это явление получило название репрессии. В роли репрессора в данном случае выступает комплекс апорепрессора с триптофаном.

В обоих случаях регуляция осуществляется с помощью специальных белков, нацеленных на регуляцию определенного оперона. Существуют аналогичные регуляторные белки с более широким спектром действия. Важнейшим их представителем у бактерий является белок активатор катаболизма (CAP, catabolite

429

activating protein). Этот белок выступает в роли репрессора транскрипции сразу нескольких оперонов, общим для которых является то, что программируемые ими группы белков участвуют в первых стадиях использования нетрадиционных источников энергии — галактозы, арабинозы, лактозы (в последнем случае в опероне имеются два операторных участка — один для связывания с 1ас-реп-рессором, другой для связывания с САР). Непосредственным индуктором вытупает в этом случае цАМФ, имеющий сродство к белку САР и резко снижающий его сродство к соответствующему оператору. Если в клетке достаточно глюкозы, то цАМФ в заметных количествах не образуется и все опероны оказываются в репрессированном состоянии. При истощении запасов глюкозы включается образование цАМФ и происходит индукция целого набора оперонов. *

Большое значение в прокариотических клетках имеет авторегуляция транскрипции, заключающаяся в подавлении транскрипции одним из продуктов оперо-на. Например, триптофановый апорепрессор выступает в качестве репрессора гена, программирующего этот апорепрессор. Поэтому последний никогда не накапливается в клетке в значительном количестве. Широко используется авторегуляция транскрипции оперонов, программирующих рибосомные белки. Гены рибо-сомных белков сгруппированы в несколько оперонов. Например, оперон S10 содержит расположенные друг за другом гены рибосомных белков S10, L3, L2, L4, L23, S19, L22, S3, S17, L16 и L29 (белки серии S - из малой, а серии L - из большой субъединицы). Регуляторным белком, подавляющим экспрессию этого оперона, является один из его продуктов — белок L4.

Регуляция транскрипции у эукариот отличается от регуляции у прокариот прежде всего тем, что эукариотические РНК-полимеразы при всей сложности их строения сами по себе не в состоянии осуществлять правильную транскрипцию ДНК как в свободном состоянии, так и в составе хроматина, где они реально функционируют. Для инициации транскрипции нужны специальные белковые факторы, разные для трех разных типов эукариотических РНК-полимераз. В настоящее время наиболее детально изучены факторы транскрипции, необходимые для функционирования РНК-полимеразы III, транскрибирующей гены транспортных РНК и рибосомной 5S РНК. Причем для этих двух разных типов низкомолекулярных РНК нужны и различные факторы — TFIIIA для генов 5S РНК и ШИВ и TFIIIC для генов тРНК.

Транскрипция генов, программирующих белки, которая осуществляется РНК-полимеразой II, должна быть под особенно тонким контролем и в ряде случаев регулируется с помощью специальных белков, образующих комплексы с поступающими извне управляющими веществами. К числу последних относятся различные стероидные гормоны, которые в отличие от пептидных гормонов и катехола-минов (адреналин и др.) имеют наряду с мембранными внутриклеточные рецепторы. Проникая в цитоплазму, они образуют с этими рецепторами комплексы, способные преодолевать ядерную мембрану, достигать регулярных участков хроматина и инициировать транскрипцию соответствующих генов.

В последнее время выявлено несколько регуляторных белков, ответственных за дифференцировку и формообразование (морфогенез). Ведется интенсивный

'Природа взаимосвязи между содержанием глюкозы и образованием цАМФ в бактериальных клетках еще не вполне ясна. 430

поиск и уже достигнуты определенные успехи в выявлении белков, функционирующих лишь в определенных тканях и вызывающих тканеспецифичную транскрипцию. Так, имеются сообщения об обнаружении в клетках гипофиза специального белка, индуцирующего транскрипцию генов, кодирующих гормон роста и пролактин - пептидные гормоны, продуцируемые гипофизом. Описано также выделение из тканей иммунной системы белка, который индуцирует транскрипцию генов иммуноглобулинов. Все это, однако, — лишь первые ласточки. Выявление всего комплекса регуляторных механизмов и всего набора регуляторных белков находится в начальной фазе исследования. Огромное значение этого вопроса для понимания биохимических основ развития и функционирования многоклеточных организмов и особенно человека, несомненно, будет стимулировать быстрый прогресс в развитии этой области биохимии.

10.4. КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Жизнь представляет собой наиболее высокоорганизованную из существующих в природе форм организации материи. Ее основными атрибутами являются пространственная структура, в том числе распределение в пространстве систем протекающих в живых организмах биохимических процессов и регуляция их протекания во времени. Последний вопрос был рассмотрен в предыдущем параграфе. Этот параграф посвящен краткому изложению вопросов, связанных с пространственной организацией биохимических процессов.

Первым уровнем в иерархии структур, формирующих живые организмы, являются сами биополимеры. Они уже представляют собой уровень организации материи более высокий, чем низкомолекулярные органические соединения и полимеры, построенные из одинаковых мономерных звеньев. Уникальная первичная структура, т. е. определен

страница 102
< 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

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.08.2017)