Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

активности которой будет идти речь в следующей главе). Наконец, существуют промоторы, активирующиеся только при 50°, в их транскрипции участвует фактор аЕ.

Примером системной регуляции является и регуляция процесса спорообразования у бацилл. В этот процесс вовлекаются сотни локусов, организованные в специальные структуры («спорулоны») и разбросанные по всей молекуле ДНК. Одним из способов переключения роста на спорообразование служит изменение РНКП и, в первую очередь, ее о-фактора (вместо о43 синтезируется а"). Такая РНКП преимущественно транскрибирует «ранние» гены спорообразования, важную роль в котором играет также регуляция на уровне трансляции.

Другой пример системной регуляции у прокариот: при воздействии на микроорганизмы нагревания до супраоптимальной температуры (для Eschericha coli — 42°) наступает тепловой шок, вызывающий координированную индукцию «белков теплового шока». Транскрипция их локусов и образование главного фактора а™ осуществляется под контролем минорного фактора с32 (продукта гена гроН). Среди «белков теплового шока» присутствуют белки GroEL и GroES, играющие ключевую роль в защите против шокового воздействия нагревания, по-видимому, путем контроля за формированием и поддержанием высокоупорядоченной кон-формации других белков. А белки DnaK, DnaS, DnaE участвуют в сборке и стабилизации аппарата репликации.

Изменение специфичности «узнавания» РНКП локусов транскрипции может достигаться также путем взаимодействия регуляторных белков не с ДНК, а с самой РНКП. Кроме того, специфичность РНКП может изменяться под действием низкомолекулярных факторов типа гуанозинполифосфатов (ффГфф).

79

Этот механизм обеспечивает координацию процессов транскрипции и трансляции и подробнее будет обсуждаться при рассмотрении способов управления скоростью роста клеток.

Регуляция на этапе терминации транскрипции. РНКП может «узнавать» специфические последовательности ДНК, сигнализирующие об окончании транскрипции. Эта ее способность усиливается или модифицируется под влиянием особого полипептида — р-фактора, обеспечивающего нормальную терминацию.

Наряду с этим в составе ряда регулонов обнаружены так называемые аттенюаторы (от англ. attenuation — ослабление), т. е. участки ДНК, вызывающие преждевременную терминацию, также р-зависимую. Эти генетические элементы располагаются между оператором и первым структурным геиом в регулонах, контролирующих биосинтез ряда аминокислот (фенилаланина, триптофана, гистидина, изолейцина, валина). Все аминокислотные регулоны, управляемые с помощью аттенюации, характеризуются обогащением участка иРНК, соответствующего расстоянию до аттенюатора (т.е. «лидерной» или /-РНК) кодонами той аминокислоты, которая служит отрицательным эффектором (например, в триптофановой /-РНК 2 кодона триптофана подряд, в гистиди-новой /-РНК — 7 кодонов гистидина и т.д.).

Регуляция путем аттенюации основана на тесном сопряжении у прокариот транскрипции и трансляции, которые, как правило, протекают одновременно. В процессе трансляции синтезируемой иРНК рибосома, экранирующая около 10 нуклеотидов, может существенно влиять на конформацию транслируемой иРНК, а та, в свою очередь, на продвижение РНКП по матрице ДНК. При формировании «критической» конформации иРНК («терминирующей петли») наступает диссоциация РНКП от ДНК (преждевременная терминация, зависимая от р-фактора.

При избытке данной аминокислоты трансляция «лидерного» участка иРНК идет с нормальной скоростью, и в момент прохождения РНКП аттенюатора формируется «терминирующая петля» иРНК, что приводит к преждевременной терминации и диссоциации РНКП от матрицы ДНК. При недостатке данной аминокислоты трансляция «лидерного» участка иРНК тормозится, и рибосома «застревает» на сайте, обогащенном кодонами данной аминокислоты, препятствуя формированию «терминирующей петли». Поэтому РНКП успевает «проскочить» аттенюаторный участок и продолжает транскрипцию структурных генов.

Таким образом, если данный регулон управляется путем аттенюации, то в процессе считывания информации с ДНК образуются два типа транскриптов: нормальный, включающий структурные гены, и укороченный, состоящий только из /-РНК (рис. 30).

80

о

А

Структурные гены

-> 3' /-РНК

5--иРНК

Рис. 30. Схема регуляции транскрипции путем аттенюации: Р — промотор; 0 — оператор; А — аттенюатор; /-РНК — укороченный транскрипт; иРНК — нормальный транскрипт

Триптофановый оперон у Escherichia coli регулируется одновременно двумя негативными механизмами: репрессией и аттенюа-цией. При избытке триптофана они действуют аддитивно, практически полностью подавляя транскрипцию. Но даже в отсутствие репрессии (у мутантов с дефектом гена-регулятора) аттенюация снижает скорость транскрипции на 90% (рис. 31).

Гистидиновый оперон регулируется только посредством атте-нюации. Аналогичная регуляция характерна для синтеза некото-

иРНК

Р О trpL A trp Е, D, С, В, A t L_i_J_I_I_LJ

a)

6)

Рис. 31. Схема триптофаноеого оперона и структура транскрипта его «лидерного» участка у Escherichia coll (по Mandelstam et al.,\982): а) начальный отрезок Гф-оперо-на; б) транскрипт «лидерного» участка (от 50 до 140 нуклеотида);

trp Е, D, С, В. А — структурные гены; trpL — «лидерный- участок; цифрами указаны места потенциального формирования внутримолекулярных водородных связей.

На «лидерном» участке иРНК возможно образование трех типов петель: 1-2, 2-3, и 3-4. Сделано предположение, что только образование структуры 3-4 служит для РНКП сигналом тер-минации и обрывает транскрипцию. В процессе трансляции растущей цепи «лидерного» участка иРНК рибосома перекрывает около 10 нуклеотидов и, таким образом, определяет, какая именно из вторичных структур иРНК реализуется в момент прохождения аттенюатора. При отсутствии в среде триптофана рибосома «застревает» на участке 1. где расположены два триптофановых кодона, способствуя формированию петли 2-3. В результате терминация предотвращается. При наличии избытка триптофана рибосома проходит до участка 2, где локализован терминирующий кодон «лидерного пептида, при этом петля 2-3 образоваться уже не может, и формируется петля 3-4, определяющая терминацию

81

рых аминоацил-тРНК-синтетаз (АРСаз) и, возможно, ряда экзо-ферментов. Аттенюатор присутствует также в геноме фага X. В этом случае эффект аттенюатора может быть нейтрализован специальным регуляторным белком антитерминатором. Получены данные о том, что комплекс белка БАК с сАМР также может выполнять функцию антитерминатора, например в #<з/-опероне, и, таким образом, не только стимулировать инициацию транскрипции, но и предотвращать преждевременную терминацию.

Регуляция транскрипции путем изменения количества активной РНКП. РНКП может служить отрицательным регулятором своего собственного биосинтеза, и при относительном избытке в клетке ее дальнейшее образование тормозится. Координированно регулируется образование (3-субъединиц, тогда как образование а-субъединиц и сг-фактора регулируется независимо. Поэтому в клетке может существовать избыток тех или

страница 20
< 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
(15.07.2016)