Стр. 81 - biohimia

Упрощенная HTML-версия

Раздел 3.
Синтез нуклеиновых кислот и белков
81
Наиболее распространенным механизмом регуляции синтеза белков являет-
ся регуляция транскрипции, которая определяет уровень экспрессии генов. В
деталях этот механизм был изучен на бактериях, хотя и эукариотические клетки
используют тот же принцип.
Регуляция экспрессии генов у прокариотов. Теория оперона
В 1961 году при исследовании индукции синтеза фермента—
β
-галактозидазы,
участвующего в расщеплении лактозы в клетках
E. coli
, было установлено следую-
щее: когда клетки
E. coli
растут на среде, содержащей глюкозу, то в них содержит-
ся менее 10 молекул
β
-галактозидазы на клетку. Если же в среде глюкозу заменить
на лактозу, то через несколько минут наблюдается
индукция синтеза белков,
и кон-
центрация ферментов утилизации лактозы увеличивается в сотни раз.
Это явление объяснила теория оперона, доказавшая, что на молекуле ДНК
можно обнаружить участки —
опероны,
которые содержат информацию о груп-
пе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную
зону (участки оператора и гена регулятора), контролирующую транскрип-
цию этих генов. Экспрессия структурных генов определяется способностью
РНК-полимеразы связываться с промотором, расположенным на 5'-конце опе-
рона. Присоединение фермента зависит от
оператора,
участка ДНК, который
находится рядом с промотором и даже частично с ним перекрывается. Опера-
тор может связываться с
белком-репрессором,
который синтезируется в клетке с
постоянной скоростью. Строение белка-репрессора кодирует мРНК, транскри-
бируемая с
гена-регулятора
, расположенного на определенном расстоянии от
оперона, работу которого он контролирует. Если белок-репрессор присоединя-
ется к оператору, то РНК-полимераза не может связаться с промотором и транс-
крипция структурных генов не идет. Белки, участвующие в утилизации лактозы,
практически не синтезируются (рис. 3.24).
Когда в среде появляется
индуктор —
лактоза и присоединяется к белку-
репрессору, то последний изменяет конформацию и теряет сродство к опера-
тору. РНК-полимераза связывается с промотором, структурные гены транскри-
бируются, синтезируется одна полицистронная молекула мРНК, содержащая
информацию о трех белках:
β
-галактозидазе, пермеазе и галактозидтрансацети-
лазе, необходимых для утилизации лактозы клетками.
При регуляции оперона по механизму репрессии (например, гистидиновый,
триптофановый или изолейциновый опероны) белок-репрессор в клетках, вы-
ращенных на среде, содержащей NH
4
CL в качестве единственного источника
азота, не имеет сродства к оператору. Транскрибируются структурные гены опе-
ронов, которые кодируют ферменты, необходимые для синтеза этих аминокис-
лот. Когда в среду культивирования добавляют
корепрессор
— аминокислоту, за
синтез которой отвечает один из этих оперонов, то она связывается с белком-
репрессором. Образуется комплекс белок-репрессор — корепрессор, который
приобретает сродство к оператору, связывается с ним и транскрипция структур-