Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

болитные гены» (английский эквивалент — САР-protein, «catabolite gene activating protein»). БАК-белок представляет собой димер с молекулярной массой 45 кДа. Под действием сАМР он подвергается кон4>ормационным изменениям и приобретает повышенную способность связываться с промотором. Полагают, что присоединение комплекса сАМР-БАК к ДНК ослабляет спаривание Г-Ц-оснований, способствует частичному разделению спиралей ДНК и облегчает формирование инициирующего транскрипцию комплекса РНКП с ДНК. Уровень сАМР в клетке обратно пропорционален уровню АТР, и в присутствии легко метаболизируемых субстратов (глюкозы), способствующих повышению уровня АТР, сАМР «не хватает» для образования комплекса с БАК.

Тонкие механизмы регуляции уровня сАМР связаны с функционированием фосфотрансферазной системы транспорта Сахаров и будут рассмотрены в главе, посвященной регуляции процессов мембранного транспорта.

Необходимо отметить, что у ряда бактерий роль глюкозы в катаболитной репрессии могут выполнять другие источники энергии (например, органические кислоты у псевдомонад, водород у водородных бактерий и т.д.), которые в этом случае тормозят катаболизм глюкозы.

В индуцибельных оперонах (регулонах, последний термин применяется к любому сочетанию генов, управляемых общим геном-регулятором) возможны и другие типы положительной регуляции, независимой от сАМР. Например, в арабинозном опероне Escherichia coli арабиноза (индуктор) не просто инактивирует репрессор, но превращает его в положительный регулятор. Аналогичное явление обнаружено в случае оперонов галактозы и рамнозы.

В дивергентных регулонах транскрипция протекает в разных направлениях и может быть некоординированной, т. е. осуществляться с разной скоростью. При этом возможно считывание с разных цепей ДНК. Примером служит аргининовый оперон: в его части, включающей 4 гена из 9, транскрипция трех генов (С, В, Н) осуществляется в одном направлении, а транскрипция другого гена — в противоположном:

<- ->

[ Е | о | СВН , ¦

76

Еще одним примером положительной регуляции процесса транскрипции является регуляция с участием генов-«энхансеров» (от англ. enhance — усиливать). Ранее считали, что этот тип регуляции характерен только для эукариот. Но в последнее время формально сходные механизмы обнаружены и у прокариот (табл. 7).

Таблица 7. Регуляция транскрипции у бактерий с помощью продуктов генов-«энхансеров»

Микроорганизм Белок-акт warn op Активируемые гены

Escherichia coli AppY Структурный ген кислой фосфатазы

MalT Гены мальтозного оперона

« MetR Гены пути синтеза метионина

NarL Гены нитратредукции

« OmpR Гены белков наружной мембраны

« PhoB Структурный ген щелочной фосфатазы

Pseudomonas aeruginosa VirG Гены белков вирулентности

Rhizobium meliloti FixG Гены системы азотфиксации

Salmonella typhi murium NtrC Гены азотного метаболизма

Bacillus subtilis DegU Структурные гены экзоферментов

Особенность генов-«энхансеров» в том, что они проявляют свою стимулирующую активность независимо от ориентации и расположения относительно активируемого гена: могут находиться перед геном, за ним и даже внутри него.

Продуктами генов-«энхансеров» являются белки с молекулярной массой 25—30 кДа, способные связываться с промоторной областью. Как правило, такая система двухкомпонентна и включает «сигнальный» белок (его называют также сенсорным), способный «чувствовать» изменение условий окружающей среды (появление субстратов или продуктов, изменение физико-химических условий) и стимулировать синтез другого белка — «активатора», который и запускает транскрипцию искомого белкового посредника. Сказанное поясняет рис. 29, где изображена схема регуляции оперона щелочной фосфатазы Escherichia coli.

Перечисленные механизмы регуляции транскрипции на стадии инициации достаточно быстро реагируют на изменение внешних условий, однако управляют работой одного или небольшого числа оперонов в каждый момент времени.

77

Наряду с ними существуют механизмы системной регуляции, связанные с изменением функционирования одновременно большого числа оперонов.

В клетках эукариот это достигается путем кон-чЬормационньгх перестроек хроматина (активный хроматин заметно менее компактен, чем неактивный), процессинга иРНК, а также за счет управления трансляцией путем формирования так называемых информосом (т.е. иРНК, трансляция которых «отложена» до необходимого момента путем аденилирования и формирования нуклеопротеино-вого комплекса).

В клетках прокариот системная регуляция осуществляется путем модификации специфичности работы РНКП посредством изменения ее компонентного состава (а также посредством изменения коно^ормации или структуры матрицы — ДНК, о чем см. далее по тексту). Эти механизмы вступают в действие, когда нужно активировать одновременно большое число новых промоторов (стрессовые воздействия, клеточная дифференцировка) или сменить матрицу (размножение фагов). Последний случай изучен наиболее подробно на примере фагов Escherichia coli и Bacillus subtilis.

В геноме бактериофагов присутствуют три типа генов: ранние, средние и поздние, классифицируемые на основании порядка их транскрипции в ходе развития фага. Ранние гены всегда транскрибируются РНКП клетки-хозяина, а в случае транскрипции средних и поздних генов возможно несколько вариантов:

1) среди продуктов ранних генов присутствует собственная фаговая РНКП, а также белки-ингибиторы РНКП хозяина. Таким образом, происходит смена РНКП («нечетные» фаги ТЗ, 17 Escherichia coli);

2) среди продуктов ранних генов присутствуют новые о-фак-торы, взаимодействующие с «сердцевиной» РНКП хозяина и обес-

PhoR'

11

Подавление

phoA

Активация

phoR

Т"

¦PhoR

-Р,

PhoR'

'1

Активация

phoB

PhoB

Рис. 29. Схема регуляции транскрипции структурного гена щелочной фосфатазы (phok) Escherichia can phoR - сенсорный ген; phoB - ген-«энхзнсер»; PhoR и PhoB-белковые продукты соответствующих генов: Р,-неорганический ортофосфат. В присутствии неорганического ортофосфата белок PhoR переходит в форму репрессора. подавляющего транскрипцию гена phoA; s отсутствие неорганического ортофосфата белок PhoR переходит в форму, стимулирующую транскрипцию гена «знхансерэ», продукт которого. PhoB активирует транскрипцию phoA

78

печивающие транскрипцию средних генов. Среди продуктов средних генов, в свою очередь, присутствуют белки с функциями с-факторов, которые обеспечивают транскрипцию поздних генов. Таким образом, происходит смена а-факторов (фаг sPOl Bacillus subtilis);

3) среди продуктов «ранних» генов присутствуют белки, модифицирующие «сердцевину» РНКП хозяина, тогда как с-фак-тор хозяина сохраняется («четные» фаги Т2, Т4 Escherichia coli).

Регуляция транскрипции путем образования специфических а-факторов широко распространена и в бактериальных системах.

Особый а-фактор (о60, число в индексе обычно обозначает молекулярную массу в кДа) контролирует транскрипцию ряда генов азотного метаболизма (в том числе гена глутаминсинтетазы, о регуляции

страница 19
< 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
Химический каталог

Copyright © 2009
(16.07.2016)