РНК-полимераза

Белок-репрессор

Ген-оператор структурные гены

Распад индуктора

Белок-продукт-терминатор индуктора

Белок-репрессор

Индуктор

Белок-продукт

Белок-репрессор

Белок-продукт

РНК-полимераза

Ген-оператор структурные гены

РНК-полимераза

Индуктор

Белок-репрессор

Ген-оператор структурные гены

РНК-полимераза

Индуктор

Белок-репрессор

Ген-оператор структурные гены

РНК-полимераза

Белок-репрессор

Ген-оператор структурные гены

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

│ │ │

Чтобы начать процесс считывания информации (транскрипцию), надо освободить ген-оператор от белка-репрессора. Роль "освободителя" берет на себя молекула-индуктор (дерепрессор). Индуктор связывается с белком-репрессором и отрывает его от гена-оператора (рис. 2 а и 2 б).

Рисунок 2 а. Связывание индуктора с белком-репрессором.

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

│ │ │

Рисунок 2 б. Освобождение гена-оператора от белка-репрессора (дерепрессия).

───────────────|───────────────────────

───────────────|───────────────────────

╞═══════════╡

│ │ │

Теперь ген-оператор свободен и к нему прикрепляется фермент РНК-полимераза, начиная транскрипцию – синтез м-РНК. Структурные гены включаются, и начинается транскрипция и трансляция (рис. 3).

Рисунок 3. Структурные гены включены, идет биосинтез белка.

───────────────|──────────────────────

─────┬────────┬|┬─────────────────────

╚════════╩═╝~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - м-РНК (транскрипция)

~~~~~~~~~~~~~~~~ - и-РНК (процессинг)

┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘ (трансляция)

При накоплении достаточного количества белка-продукта происходит реакция его взаимодействия с комплексом индуктор – белок-репрессор. При этом молекулы индуктора разрушаются. Белок-репрессор освобождается (рис. 4).

Рисунок 4. Разрушение молекулы индуктора и освобождение белка-репрессора.

┌───────────┐

└───────────┘ ┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘

┌───────────┐

┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘

┌──┐┌───────┐

В заключении освобожденный белок-репрессор вытесняет РНК-полимеразу со своего "законного" места и закрывает подход к структурным генам. Тем самым, процесс биосинтеза белка прекращается – структурные гены выключаются – переходят в исходное состояние (рис. 5).

Рисунок 5. Выключенное (исходное) состояние структурных генов

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

│ │ │

Гипотеза Жакоба-Моно была обоснована результатами исследования культуры кишечной палочки, жившей на питательной среде с глюкозой. При пересадке ее на питательную среду с лактозой скорость роста колонии снижалась, но затем восстанавливалась после включения гена, ответственного за синтез ферментов расщепляющих лактозу. В этом случае, индуктором была сама лактоза, а реактиватором белка-репрессора был белок-продукт (фермент для расщепления лактозы).

У более сложных эукариотов и многоклеточных организмов включение и выключение генов может опосредоваться несколькими промежуточными веществами и медиаторами нервной системы. Тем не менее, общая схема регуляции активности генов остается подобной той, что описана у Жакоба и Моно.

Дальнейшие исследования по клонированию лягушки (Гёрдон) и млекопитающих, доказали определяющее значение белков-репрессоров и индукторов в индивидуальном развитии особей.

Открытие системы белков-репрессоров, контролирующих большую часть структурных генов, и принципиальная возможность их дерепрессии открывает перед медицинской генетикой фантастические перспективы. Если научиться избирательно включать и выключать определенные гены, то можно, например, восстанавливать у больных людей любые органы и даже ампутированные конечности.

Понятие о гомеостазе. Кибернетические основы поддержания гомеостаза.

Живые организмы подчиняются общим закономерностям кибернетики (науки об управлении), открытым Норбертом Винером (1948).

Стационарное состояние любой живой системы создает оптимальные условия для выживания в изменяющихся условиях среды обитания.

Гомеостаз – это постоянство внутренней среды организма.

Адаптация (приспособление) – это система механизмов, поддерживающих гомеостаз.

Классическая схема кибернетической регуляции живой системы состоит из 4 главных элементов (рис. 6): 1-входа, 2-модулятора, 3-выхода 4-обратной связи (отрицательной или положительной).

Рисунок 6. Элементы кибернетической системы.

Дата добавления: 2014-01-05