Ген-регулятор
Cтраница 2
 |
Схема биосинтетических процессов. [16] |
Соответствующая схема приведена на рис. 9.13. Ген-регулятор гр ответствен за синтез белка-репрессора Y, подавляющего работу гена-оператора го и, тем самым, структурного гена сг. Сг производит мРНК R, кодирующую синтез фермента Е, превращающего субстрат S в метаболит X, способный обратимо связываться с репрессором Y. Репрессор Y - аллостерический белок, который может существовать в различных конформациях, различающихся по активности связывания с оператором. [17]
Наследование этой анемии всегда связано с Х - хромосомой, так как структурный ген и ген-регулятор, обусловливающие синтез Г-6-ФДГ, располагаются на Х - хромосоме. В этой связи клинические проявления заболевания чаще всего встречаются у гомозиготных мужчин, унаследовавших патологию от матери, или у гомозиготных женщин, воспринявших ее от обоих родителей, и лишь у некоторых гетерозиготных женщин. [18]
Моно, в биосинтезе белка у бактерий участвуют по крайней мере 3 типа генов: структурные гены, ген-регулятор и ген-оператор. Структурные гены определяют первичную структуру синтезируемого белка. Именно эти гены в цепи ДНК являются основой для биосинтеза мРНК, которая затем поступает в рибосому и, как было указано, служит матрицей для биосинтеза белка. [19]
Структурные гены ДНК, формирующие мРНК, переходящую из нуклеоидов в цитоплазму и взаимодействующую с рибосомой и тРНК, служат матрицей для синтеза белков; в той же цепи ДНК есть фрагменты, именуемые ген-регулятор и ген-оператор. Они сами не образуют иРНК, но влияют на ее образование структурными генами. Эти сведения о биосинтезе белка и об интимном механизме изменчивости на молекулярном уровне позволяют яснее видеть наследственную генотипическую изменчивость и возможные результаты фенотипической изменчивости бактерий. [20]
Ген-регулятор кодирует синтез белка lac - репрессора, который затем связывается с соседним оператором. О-галактопиранозида, вызывает диссоциацию репрессора с операторного участка. Последующая транскрипция трех соседних генов оперона приводит к биосинтезу трех ферментов - р-галактозидазы, галактозопермеазы и тиогалактозидтрансацетилазы. Репрессор представляет собой тетрамерный белок, состоящий из идентичных субъединиц по 347 аминокислот каждая. Структура участка связывания ДНК в lac - репрессоре до сих пор не выяснена, однако удаление трипсином 59 остатков с Af-конца и 20 остатков с С-конца предотвращает связывание. Несколько больше известно об участке связывания индуктора. Измерения флуоресценции показывают, что находящийся в участке связывания индуктора остаток триптофана при связывании перемещается в менее полярное окружение. Изучение изменения флуоресценции методом остановленного потока показывает, что процесс связывания проходит в две стадии. Быстрая начальная стадия подчиняется, как и ожидалось, кинетике второго порядка. [21]
Здесь О обозначает ген-оператор, z - структурный ген Р - галактозидазы, у - ген галакто-зидпермеазы, ах - ген тиогалактозид-транс-ацетилазы. Следует упомянуть, что ген-регулятор i находится вне / ас-оперона. Первые данные о неправильности этой простой модели были получены И. [22]
 |
Строение Lac-оперона. [23] |
Эти гены кодируют р-галактозидазу, гидролизующую лактозу до глюкозы и галактозы, галактозидпермеазу, переносящую лактозу через клеточную мембрану, а также галактозидтрансацетилазу, переносящую ацетильный остаток с ацетил - КоА на галактозу. Кроме структурных генов, оперон содержит регуляторные последовательности: ген-оператор, примыкающий к З - по-следовательности структурного гена, и ген-регулятор, кодирующий белок-репрессор. К гену-оператору примыкает промотор - начальный сайт инициации транскрипции. Белок-репрессор, взаимодействуя с геном-оператором, частично блокирует область промотора. [24]
В настоящее, время считают, что регуляции подвержены все или почти все этапы биосинтеза белков. Например, метаболиты и гормоны могут изменять сродство белков-репрессоров к регуляторным отделам ДНК; гормоны способны модифицировать активность метилаз, участвующих в биосинтезе рРНК; новообразованные белки способны активировать рибонукле-азы и тем самым ускорять распад своих мРНК и т.п. Согласно теории Жакоба и Моно, в биосинтезе белков у бактерий участвуют три типа генов: структурные гены, ген-оператор и ген-регулятор. Структурные гены определяют первичную структуру белков. Формирование мРНК начинается с промотора и далее распространяется вдоль оператора и контролируемых им структурных генов. Оператор и структурные гены называют опероном. Деятельность оперона контролируется геном-регулятором. Оперон и ген-регулятор находятся в разных участках цепи ДНК, поэтому связь между ними осуществляется с помощью белка-репрессора, синтезируемого по информации гена-регулятора. Если репрессор связан с геном-оператором, то РНК-по-лимераза не может синтезировать мРНК, а следовательно, не синтезируются и белки. Если ген-оператор свободен, процесс транскрипции возможен и информация структурных генов используется для синтеза белков. [25]
Было показано, что наряду со структурными генами, кодирующими синтез ферментов, в бактериальном геноме существуют специальные регуляторные гены. Ген-регулятор кодирует синтез специфического аллосте-рического белка-репрессора, имеющего два центра связывания: один узнает определенную последовательность нуклеотидов на участке ДНК, называемом оператором ( ген О), другой - взаимодействует с эффектором. Ген-оператор расположен рядом со структурным геном ( генами) и служит местом связывания репрессора. [26]
Вся серия ферментов, ведущих к триптофану, подавляется конечным продуктом триптофаном или его химическими аналогами, например 5-метил-триптофаном. Однако существуют мутации гена-регулятора RT - RT, при которых синтез всего ряда ферментов становится конститутивным. Ген-регулятор RT находится далеко от группы цистронов, управляющих структурой ряда ферментов, ведущих к триптофану. Значит, в клетке под действием гена-регулятора RT синтезируется репрессор, который действует не самостоятельно, а лишь вместе с триптофаном. Иными словами, триптофан выступает в роли корепрессора. [27]
Расположенный далеко от оперона ген-регулятор trp R кодирует эффекторный белок - апорепрессор. В присутствии корепрессора - триптофана, имеющего высокое сродство к бел-ку-апорепрессору, репрессор подавляет транскрипцию оперона. [28]
Область хромосомы К содержит центральный сегмент С, управляющий лизогенизацией вируса и рядом цистронов, являющихся структурными генами, управляющими синтезом белков фага. Исследование рекомбинантов показывает, что все эти мутации расположены в маленьком сегменте внутри С. Локус im и есть ген-регулятор, управляющий синтезом специфического репрес-сора белков фага. Изучая гетерозиготы, содержащие обе аллели С и GJ, мы убеждаемся в том, что мутант С - рецессивен. [29]
Генетические инструкции, определяющие аминокислотную последовательность упоминавшихся выше белков, заключены в структурных генах. Инструкции для р-галактозидазы и лактозопермеазы тесно сцеплены в одной хромосоме. Активность этих генов регулируется еще одним геном - геном-регулятором, который, как полагают, препятствует переходу структурных генов в активное состояние. Ген-регулятор может находиться на некотором расстоянии от структурных генов. [30]
Страницы: 1 2 3