Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

иных субъединиц РНКП.

Возможна иммобилизация РНКП на матрице ДНК (вероятно, в момент терминации транскрипции РНКП не диссоциирует от матрицы) с переходом ее в латентное (скрытое) состояние. В определенных условиях (например, при переносе на богатую среду) латентная РНКП активируется, вызывая повышение скорости транскрипции. По некоторым данным, такая латентная РНКП может составлять до 50% всей РНКП клетки.

Регуляция транскрипции путем изменения конформации или структуры ДНК. Одним из способов системной регуляции транскрипции служит изменение степени сверхспирализации ДНК. В этом процессе участвует особый класс ферментов — топоизомеразы,

Релаксирующие топоизомеразы (например, «-белок Escherichia coli) понижают степень сверхспирализации без затраты энергии и принимают участие в инициации репликации. По современной класификации их называют топоизомеразы I

Белки, повышающие степень сверхспирализации ДНК (пример — ДНК-гираза Escherichia coli), зависят от АТР и участвуют в репликации ДНК, а также необходимы для осуществления рекомбинаций и конъюгативной передачи генетического материала. Их называют топоизомеразы II.

Косвенным указанием на возможность изменения специфичности транскрипции при изменении степени сверхспирализации ДНК служит тот факт, что в присутствии ингибиторов ДНК-гира-зы (антибиотиков: налидиксовой кислоты, новобиоцина, коумерми-цина) изменяется спектр синтезируемых белков, хотя сами по себе эти ингибиторы не влияют на процессы транскрипции или трансляции. Например, у Escherichia coli снижается синтез около 20 белков (в том числе щелочной фосфатазы), но одновременно стимули-

82

руется синтез других (например, репрессора /дс-оперона), а образование некоторых белков (а-амилазы) остается на прежнем уровне.

Перестройка транскрипции при изменении степени сверхспи-рализации ДНК объясняется по крайней мере двумя причинами. Во-первых, может изменяться специфичность узнавания промоторов РНКполимеразой. Во-вторых, изменение сверхспирализован-ности должно приводить к изменению силы взаимодействия с ДНК регуляторных белков (например, присоединение lac- реп рессора к сверхспирализованной ДНК энергетически более выгодно, чем взаимодействие с релаксированной ДНК).

Поскольку АТР является необходимым компонентом для работы ДНК-гиразы, должна существовать связь степени сверхспи-рализации ДНК с энергетическим зарядом клетки, что открывает еще одну возможность для регуляции транскрипции.

Принципиально иной способ регуляции может быть осуществлен путем обратимого изменения структуры ДНК за счет вы-щепления подвижных генетических элементов (называемых IS-элементами и транспозонами), а затем встраивания их в другие места генома. При этом может меняться характер регуляции транскрипции как генетических локусов, входящих в состав перемещаемых участков, так и соседних с ними локусов. Возможно также встраивание генетического элемента в тот же участок ДНК, откуда он был выщеплен, но в инвертированном виде («задом наперед»). Такая инверсия используется иногда как способ регуляции развития фагов (фага Ми Escherichia coll), а также образования жгутиковых антигенов у сальмонелл (рис. 32).

h,

rtii

Р, hin

-г> ДНК-ннвертаза

Репрессор

Флагеллнн HI

hin Р,

Флагеллин Н2

Рис. 32. Схема регуляции синтеза флагеллин об у Salmonella typhlmurium (по Хесину 1985, с изменениями): ti,. h2 — гены, кодирующие флагеллины н1 и Н2 соответственно; rhi — ген-регулятор; hin — ген, кодирующий ДНК-инвертазу; Р, — промотор для генов пг и rhi.

Когда промотор Р, находится в благоприятной ориентации для транскрипции h, rhi, образуется флагеллин Н2, а синтез флагеллина н1 блокируется репрессором. При обратной ориентации не образуется ни флагеллина Н2. ни репрессора, а транскрипция локуса флагеллина Н1 осуществляется с собственного промотора. Изменение ориентации Р, производится ДНК-инвертазой, кодируемой геном hin, активность которого не зависит от положения Р,

83

л.-

Глава 12. Регуляция биосинтеза белков на этапе трансляции

До недавнего времени считалось, что регуляция на уровне трансляции характерна почти исключительно для эукариот, где существует временное и пространственное разобщение транскрипции и трансляции в связи с наличием оболочки ядра и формированием долгоживущих, «защищенных» белками иРНК информосом, открытых А.С. Спириным.

Косвенным указанием на существование регуляции трансляции у прокариот является различие в скорости образования некоторых белков, кодируемых одним и тем же регулоном и транслируемых с общей полицистронной матрицы (иРНК), как, например, в случае субъединиц РНКП и некоторых рибосомных белков.

Существует потенциальная возможность регуляции скорости трансляции на двух этапах: на этапе биосинтеза и сборки компонентов аппарата трансляциии и на этапе их функционирования.

12.1. Регуляция на этапе биосинтеза и сборки компонентов аппарата трансляции

Основными высокомолекулярными компонентами аппарата трансляции являются аминоацил-тРНК-синтетазы («кодазы», АРСазы), транспортные РНК (тРНК), рибосомные РНК (рРНК), информационные РНК (иРНК), рибосомные белки и белковые факторы трансляции.

Аминоацил-тРНК-синтетазы представляют собой довольно крупные (40—400 кДа) белки, чаще всего мультимерные (состоящие из субъединиц). Число их видов равно числу природных аминокислот. Уровень всех или большинства АРСаз регулируется координирование и пропорционален скорости роста. Избыток аминокислот не оказывает на синтез АРСаз прямого репрессирующего действия. Значительная часть АРСаз эукариот ассоциирована с полирибосомами и организована в полиферментные комплексы. Поэтому в отношении их действуют регуляторные механизмы,

84

характерные для управления активностью ферментных ансамблей (см. гл. 13).

Транспортные РНК составляют около 10—15% всей клеточной РНК и кодируются 50—60 генетическими локусами. Биосинтез тРНК проходит промежуточное образование предшественников, которые затем укорачиваются и модифицируются — явление, называемое процессингом, или «созреванием» тРНК. Например, предшественник тирозиновой транспортной РНК (тРНКтир) у Escherichia coli содержит 129 нуклеотидов, это на 44 нуклеотида больше, чем «зрелая» форма. Такой предшественник можно выделить из температурочувствительного (ts) мутанта с дефектом РНКаз. Он подвергается процессингу с участием двух РНКаз: Р и PIII (рис. 33а). Необходимо отметить, что РНКаза Р состоит из РНК (100—400 нуклеотидов) и белка, причем РНК сама по себе может выполнять функции фермента, катализируя процессинг, тогда как белок только стимулирует ее активность. Таким образом, РНКаза Р является пока не очень многочисленным примером рибозима, т. е. фермента, представляющего собой не белок, а РНК.

Следующим этапом процессинга многих тРНК является модификация оснований, которая осуществляется при помощи большого количества ферментов (более 60), поскольку даже одна и та же модификация основания, находящегося в разных участках молекулы тРНК, может осуществляться разными ферментами. Способы модификации на примере урацила прив

страница 21
< 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
(23.08.2019)