Регуляция синтеза белка путем репрессии

Регуляция синтеза белка путем индукции (схема).

Схема митотического деления клетки.

Схема митотического деления клетки: а — начало профазы; б — конец профазы; в — метафаза; г — анафаза; д — телофаза; е — завершение митоза. 1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — ядерная оболочка; 4 — неспирализованные хромосомы; 5 — пара центртриолей; 6 — нити веретена деления; 7 — родительские хромосомы разных типов; 8 — центромеры хромосом; 9 — дочерние хромосомы; 10 — поперечная мембранная перегородка между дочерними клетками.

Индукция лактозного оперона (отрицательный контроль). Лактозный оперон (/ас-оперон) Escherichia coli содержит /ас-промотор, /ас-оператор и структурные гены для трех ферментов: $-галактозидазы, пермеазы и трансацетилазы (рис. 16.7). Этот оперон был тщательно исследован; удалось выделить его ДНК; была определена нуклеотидная последова­тельность области промотор-оператор; были выделены и исследованы регуляторные белки.

Оперон находится под отрицательным контролем, т.е. регуляторный белок (/ас-репрессор) остается связанным с оператором и препятствует транскрипции до тех пор, пока отсутствует индуктор. Внешним индук­тором служит лактоза (а-В-галактозил-р-1,4-В-глюкоза). Она транспор­тируется с помощью пермеазы и превращается в аллолактозу (a-D-ra-лактозил-р-1,6-В-глюкозу), действующую как индуктор (внутренний). Катализатором этого превращения служит (3-галактозидаза. Оба фер­мента -пермеаза и (3-галактозидаза-присутствуют и в неиндуциро-ванных клетках, но в концентрациях, составляющих менее 0,001 от их концентраций после полной индукции. Связав аллолактозу, /ас-репрес­сор претерпевает конформационное изменение, уменьшающее его срод­ство к ДНК оператора, и в результате освобождает оперон для транскрипции.

Лактозный оперон подвержен также второму контролю - положи­тельному. Это означает, что транскрипция происходит лишь тогда, ког­да с промотором связан второй регуляторный белок-САР, или CRP.

Сокращения CAP (catabolite activator protein) и CRP (cyclic AMP receptor protein) - синонимы. Связывание CAP служит необходимым ус­ловием для присоединения РНК-полимеразы к ДНК. Однако САР мо­жет связаться с промотором только в том случае, если в клетке в доста­точно высокой концентрации присутствует циклический AMP (сАМР). Катаболитная репрессия /ас-оперона. Если в питательной среде для Escherichia coli содержатся лактоза и глюкоза, синтез ферментов /ас-опе­рона подавляется (см. рис. 16.6 и 16.7). Такое действие глюкозы обусловлено тем, что в ее присутствии внутриклеточная концентрация сАМР остается низкой. Глюкоза (так же как фруктоза и глкжозо-6-фос-фат) репрессирует и другие индуцибельные пути катаболизма (расще­пление арабинозы, галактозы, сорбитола, глицерола и др.).

Снижение концентрации сАМР под действием глюкозы обусловлено, вероятно, локализацией фермента аденилатциклазы, при участии кото­рого образуется сАМР:

Фермент в клетке связан с мембраной. Его активность высока, если си­стема транспорта Сахаров находится в фосфорилированной форме. Если же эта система затрачивает много энергии на транспорт Сахаров (что связано с их фосфорилированием), активность аденилатциклазы сни­жается.

Индукция арабинозного оперона (положительный контроль). Араби-нозный оперон Е. coli подвержен похожительной регуляции, так же как рамнозный и мальтозный опероны. Он содержит структурные гены ara В, ara А и ara D для ферментов, участвующих в превращении L-араби-нозы в D-ксилулозо-З-фосфат. Экспрессия оперона индуцируется араби-нозой. Как и многие другие системы катаболизма, оперон подвергается регуляции в области промотора, с которым связан САР, активиро­ванный циклическим AMP. Кроме того, в этом опероне есть еще два ре­гулируемых участка - оператор и инициатор. С оператором связан регу-ляторный белок, кодируемый геном ara С. Этот белок действует как репрессор-присоединяясь к оператору, он препятствует транскрипции. Однако в присутствии арабинозы он становится активатором-присое­диняется к промотору и делает возможной транскрипцию. Таким обра­зом, арабинозный оперон находится под влиянием как отрицательного, так и положительного контроля со стороны специфического белка-регу­лятора.

Репрессия триптофанового оперона конечным продуктом. Триптофа-новый оперон Е. coli содержит структурные гены для синтеза пяти фер­ментов, участвующих в превращении хоризмата в триптофан, а также оператор и промотор в начале оперона. Второй, малоэффективный про­мотор внутри серии структурных генов можно оставить без внимания. Детально изученная функция данного оперона полностью соответствует обобщенной модели, предложенной в 1961 г. Жакобом и Моно для ре-прессибельного оперона (рис. 16.8). 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. Сниже­ние концентрации триптофана вновь приводит к освобождению оператора и синтезу мРНК.

Дата добавления: 2015-05-07