Регуляция с помощью ффГфф (строгий ответ)

Общая схема транскрипционного цикла.

Репрессия синтеза ферметов, обуславливаюших синтез триптофана.

Триптофановый оперон клеток E. coli, содержащий пять структурных генов (А, B, C, D, E), необходим для образования трех ферментов, участвующих в синтезе триптофана. Эти ферменты являются

репрессируемыми. Смысл этого способа регуляции: накопление в среде излишков продукта реакции (триптофана) “выключает” синтез белков-ферментов, синтезирующих этот продукт. Как и lac-оперон, trp-оперон “выключается” воздействием репрессора (trp-репрессора) на оператор). Однако, в отличие от lac-репрессора, trp-репрессор синтезируется в неактивной форме, поэтому не может сразу после своего синтеза блокировать оператор. В активную форму trp-репрессор переводит присоединение к нему корепрессора – триптофана. Активный trp-репрессор присоединяется к оператору, что приводит к невозможности построения мРНК на основе структурных генов оперона. В результате синтез

белков-ферментов для синтеза триптофана становится невозможен. Таким образом, регуляция репрессируемых ферментов происходит при участии изначально неактивного репрессора, который приобретает активность лишь при взаимодействии с корепрессором – продуктом катализируемой реакции.

Элонгация транскрипции может регулироваться с помощью прямого воздействия низкомолекулярного эффектора на РНК-полимеразу. В качестве одного из таких эффекторов рассмотрим необычный нуклеозидтетрафосфат – ффГфф. Если внутри клетки бактерии E.coli возникает недостаток аминокислот,

являющихся материалом для построения белковых молекул на рибосомах, то в целях экономии следует прекратить синтез новых рибосом. Механизм, с помощью которого происходит “выключение” синтеза рРНК (и одновременной стимуляции синтеза РНК c оперонов, контролирующих биосинтез аминокислот), представлен на рис. 9. Этот способ регуляции носит название строгого ответа клеток на аминокислотное голодание. Он присущ практически всем бактериям. Для осуществления строгого ответа нужны несколько структурных генов, но наиболее изученным из них является ген relA, кодирующий белок RelA.

Кроме замедления синтеза рРНК и усиления транскрипции оперонов биосинтеза аминокислот, при строгом ответе также снижается скорость синтеза тРНК и некоторых мРНК, необходимых для синтеза рибосомных белков, факторов элонгации EF-Ts, EF-Tu и EF-G, α-субъединицы РНК-полимеразы.

Общий синтез РНК снижается в итоге до 5-10% от нормального. Возрастает скорость деградации белка, уменьшается синтез нуклеотидов, липидов и углеводов. Отметим, что строгий ответ можно вызвать любыми условиями, нарушающими образование аминоацил-тРНК. Например, недостаток АТФ

будет иметь тот же эффект, что и аминокислотное голодание, так как АТФ необходим для присоединения аминокислоты к тРНК. Некоторые из бактерий приспособили строгий ответ еще и для регуляции других клеточных функций. Так, миксобактерии используют ффГфф как сигнал к образованию плодовых тел – скоплений клеток, служащих для последующего возникновения в них бактериальных спор.

Недостаток аминокислот

↓

Ненагруженные аминокислотами тРНК поступают в А-сайт рибосомы

↓

Активация особого фермента (белок RelA, ассоциированный с рибосомами)

↓

ффГ (он же обозначается как ГДФ) + АТФ ----------------→ ффГфф + АМФ

↓

Присоединяется к РНК-полимеразе

↓

РНК-полимераза прекращает “прилипать” к промотору генов рРНК и начинает активнее присоединяться к генам, кодирующим ферменты для синтеза аминокислот

↓

Замедляется синтез рРНК и усиливается синтез недостающих клетке аминокислот

Дата добавления: 2015-05-07