Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
181
о скольжении по хромосоме, помогает понять также выгоду тетрамер-ной
структуры, которая характерна для репрессора, несмотря на то, что
собственно с ДНК связываются только две из четырех субъединиц белка. Как
известно, хромосома E.coli, имеющая колоссальный линейный размер, в
действительности плотно сплетена в очень компактный клубок -нуклеоид.
Кроме того, с ДНК связано множество различных белков, которые также могут
препятствовать свободному скольжению 1ас-репрессора. Наличие у связанного
с ДНК репрессора "лишней" пары свободных субъединиц может способствовать
его перемещению от одного сегмента ДНК к другому и таким образом
облегчать доступ к искомой операторной области (рис. 15.11).
Катаболитная репрессия
Lac-репрессор служит типичным примером белка-негативного регулятора, при
действии которого подавляется экспрессия контролируемых им генов.
Действие репрессора в свою очередь контролируется низкомолекулярными
эффекторами-в данном случае аллолактозой. В действительности /ас-оперон
находится также под контролем белка-позитивного регулятора, вовлеченного
одновременно в регуляцию целого ряда различных катаболитных систем Е.
coli. Действие этого позитивного регулятора опосредованно контролируется
оптимальным источником углерода-глюкозой. Глюкоза ингибирует транскрипцию
генов 1ас-оперона даже в присутствии лактозы, причем в штаммах 1~ и Ос в
той же степени, что и в диких штаммах. Это означает, что действие глюкозы
не влияет непосредственно на взаимодействие репрессора и оператора.
Действие глюкозы реализуется через посредника, в роли которого выступает
циклический АМР (с АМР). Содержание сАМР внутри клетки контролируется с
помощью двух уравновешивающих друг друга процессов-синтеза при участии
аденилатциклазы и деградации под действием фосфодиэстеразы (рис. 15.12).
В отсутствие глюкозы наблюдается высокий, а в ее присутствии-низкий
уровень с АМР в клетке. Механизм, благодаря которому содержание глюкозы в
клетке контролирует уровень сАМР, неизвестен. Тем не менее не вызывает
сомнений, что сАМР служит в качестве эффектора, отражающего этот аспект
клеточного метаболизма.
Изучение мутантов, неспособных к активации катаболитных функций,
позволило выявить механизм влияния сАМР на транскрипцию генов !ас-
оперона. Обнаружены два типа такого рода мутаций. Мутации первого типа
приводят к инактивации аденилатциклазы (рис. 15.12). Мутации второго типа
инактивируют белок-активатор катаболитных генов (или САР-белок от англ.
catabolite activator protein), связывающий сАМР. Мутанты этого типа можно
отобрать благодаря тому, что они неспособны утилизировать одновременно
два различных типа сахаров (в частности, лактозу и глюкозу) в качестве
источников углерода. Оказалось, что мутации, подавляющие обе функции
одновременно, картируются в генах, отличных от тех, которые входят в
состав какого-либо из соответствующих оперонов, но необходимых для
экспрессии обоих оперонов и утилизации как лактозы, так и галактозы.
182
Экспрессия генетического материала
Рис. 15.12. Регуляция содержания циклического АМР (сАМР) в клетке может
осуществляться как на уровне синтеза из АТР, так и на уровне деградации
до 5'-АМР. На каком из этих этапов осуществляется регуляция сАМР,
связанная с содержанием глюкозы, неизвестно.
Аденилатциклаза
Изучение транскрипции генов lac in vitro с использованием lac-опе-рона,
встроенного в ДНК трансдуцирующего фага X, очищенной РНК-полимеразы и
очищенного САР-белка, показало, что САР-белок стимулирует транскрипцию
только в виде комплекса с сАМР. Участок связывания комплекса САР-сАМР
примыкает к промотору lac, о чем свидетельствует отсутствие влияния сАМР
на транскрипцию мутантного (ас-оперона, содержащего делецию L1 на участке
от гена I до промотора, которая в то же время не сказывается на
связывании с промотором РНК-полимеразы. Участок связывания САР-белка
содержит последовательность, характеризующуюся симметрией второго
порядка. Точечные мутации в этой последовательности подавляют способность
комплекса САР-сАМР активировать промотор (рис. 15.9). САР-белок
представляет собой димер и состоит из двух идентичных субъединиц,
содержащих по 209 аминокислотных остатков. Считают, что активация РНК-
полимеразы происходит в результате кооперативного связывания двух димеров
САР-сАМР с инвертированными участками последовательности в вышеупомянутой
области симметрии. В то же время некоторые другие опероны содержат лишь
один центр связывания САР-бел-
15. Регуляция экспрессии генов у прокариот
183
ка и не содержат симметричных последовательностей. Поэтому для их
активации необходимо участие только одного димера САР-сАМР.
Для интерпретации активирующего действия комплекса САР--сАМР были
предложены две модели. В одной из них предполагается, что САР-сАМР,
связанный с ДНК, взаимодействует непосредственно с РНК-полимеразой, что
облегчает образование так называемого открытого комплекса фермента с
промоторной областью ДНК. При этом исходят из того, что РНК-полимераза
