Регуляция экспрессии генов у прокариот



 

В клетках прокариот процессы транскрипции и трансляции протекают почти одновременно, поэтому весьма сложно внести какие‑либо изменения в структуру синтезированной РНК. Регуляция генной активности прокариот практически полностью осуществляется на уровне транскрипции. В 1961 г. французские ученые (будущие нобелевские лауреаты) Ф. Жакоб и Ж. Моно предложили модель оперона как системы регуляции экпрессии генов бактерий (Jacob F., Monod J., 1961). Важнейшей областью оперона (как и генов эукариот) является промотор – структура для «старта» процесса транскрипции, к которой присоединяется фермент РНК‑полимераза. Помимо промотора Ф. Жакоб и Ж. Моно выделили в своей схеме и другие участки (рис. 6.5):

– оператор – участок присоединения белка‑репрессора;

– терминатор – участок окончания синтеза генов оперона;

– ген‑регулятор , кодирующий белок‑репрессор. Ген‑регулятор не входит в состав оперона. Он может быть с ним сцеплен, а может находиться на некотором расстоянии.

Белок‑репрессор соединяется с оператором и блокирует транскрипцию, так как препятствует перемещению РНК‑полимеразы. Весь оперон оказывается «выключен».

При наличии в среде индуктора (им часто служит какое‑либо низкомолекулярное соединение) он взаимодействует с белком‑репрессором , в результате чего репрессор не может присоединиться к оператору. Свободный оператор «открывает путь» РНК‑полимеразе , и все геныоперона транскрибируются. При удалении индуктора репрессор вновь занимает место на операторе, и транскрипция прекращается.

 

Рис. 6.5. Структура оперона:

I – ген‑регулятор; Р – промотор; О – участок‑оператор; С1, С2, С3 – структурные гены оперона; Т – терминатор

 

Такой механизм получил название негативной регуляции и впервые был исследован на лактозном опероне E. coli , где роль индуктора выполняет лактоза . При негативной регуляции гены транскрибируются, если они не выключены регуляторным белком (белком‑репрессором ).

Затем у бактерий был описан механизм позитивной регуляции. При этом способе структурные гены транскрибируются только в присутствии белка‑активатора (апоиндуктора ). Белок‑активатор часто предварительно связывается с ц‑АМФ .

Индукторы (обычно это используемые бактериями питательные вещества), белки‑репрессоры и белки‑активаторы находятся в отношениях обратной связи (положительной и отрицательной), формируя 4 варианта регуляции активности оперона (табл. 6.2).

 

Таблица 6.2. Регуляция активности оперонов прокариот

 

Один и тот же регуляторный белок может быть репрессором для гена А и активатором для гена В. С другой стороны, для активации некоторых оперонов необходимо два регуляторных белка, которые предварительно соединяются друг с другом.

Гены‑регуляторы, синтезирующие белок‑репрессор и белок‑активатор, принципиально не отличаются от структурных генов, также обладая собственными промоторами и терминаторами.

Основным преимуществом оперонной регуляции для прокариот является синхронизация активности генов одного кластера. Выживаемость бактерий во многом зависит от их способности быстро переключать метаболизм с одного субстрата на другой. С эволюционной точки зрения скорость переключения для бактерий важнее тонкости регуляции.

 


Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 353; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!