Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
сама по себе эффективно образовать такой комплекс не может. Другая модель
построена на представлении о том, что САР-сАМР при связывании изменяет
структуру самого промотора, который после этого оказывается способным
взаимодействовать с РНК-полимеразой. Имеется ряд аргументов в пользу
каждой из этих моделей, и не исключено, что активация транскрипции САР-
бел-ком в различных оперонах может осуществляться разными способами.
Подводя итоги, можно отметить, что для регуляции экспрессии 1ас-оперона
используются два типа контролирующих факторов, каждый из которых в свою
очередь находится под влиянием условий среды. Взаимодействие репрессор-
оператор можно назвать регуляцией по принципу "все или ничего". В клетке
присутствует всего лишь около 10 молекул репрессора, которые быстро
инактивируются даже при низких концентрациях индуктора-производного
лактозы. Система взаимодействия комплекса САР-сАМР с соответствующим
центром связывания дает возможность более плавно регулировать частоту
инициации транскрипции. При низкой концентрации сАМР эта частота
невелика, поскольку большинство молекул белка-активатора САР неактивны.
При повышенном уровне сАМР значительная доля белка существует в форме
комплекса САР-сАМР, заметно повышающего частоту инициации транскрипции
генов оперона.
Бактериофаг X
Бактериофаг X оказался настоящей сокровищницей систем генетической
регуляции, изучение которых позволило заметно расширить и углубить наши
представления о механизмах генетической регуляции у прокариот. В процессе
литического развития гены фага X (см. гл. 7) регулируются таким образом,
чтобы обеспечивать контролируемую репликацию ДНК, рекомбинацию, синтез
структурных белков и сборку частиц потомства фага. В то же время
лизогенам по фагу X присущ иной способ экспрессии генов. В лизогенных
бактериях репрессированы все гены профага, используемые при литическом
развитии, и экспрессируется только один ген, обозначаемый с/, который
контролирует репрессию генов профага. Экспрессия гена с/ в лизогенах
обеспечивает также иммунитет клетки к повторной инфекции другим фагом X.
Ключевой вопрос регуляции развития фага X состоит в том, каким образом
принимается решение о выборе между лизогенным и литиче-ским путем
развития после инфекции чувствительных клеток. Изучение механизма такого
выбора привело генетиков к открытию многих важных особенностей физиологии
бактерий и организации систем генетической регуляции. Развитие
представлений о регуляции генов фага X происходило параллельно с
изучением регуляции экспрессии генов
184
Экспрессия генетического материала
5-0
Рис. 15.13. Карта ДНК фага X; показано положение регуляторных участков и
транскрибируемых зон. Три цветные стрелки указывают на стадию
транскрипции, которая начинается с промоторов PR, PL, PR' и заканчивается
на терминаторах tL,, tR, и tR. Светло-серыми стрелками отмечена стадия
транскрипции, протекающая в присутствии
антитерминаторного белка N, а темно-серыми стрелками-III стадия,
протекающая в присутствии антитерминаторного белка Q. Волнистыми
стрелками обозначена транскрипция под контролем белка ell, черной
стрелкой-транскрипция гена cl с промотора Prm-
утилизации лактозы. В обоих случаях было найдено, что структурные гены
организуются в опероны, экспрессия которых контролируется ре-прессорами.
Большая сложность фага X позволила гораздо глубже понять механизмы
генетической регуляции.
Рассмотрим вначале порядок экспрессии генов фага X после попадания ДНК
инфицирующего фага в чувствительную клетку. В экспрессии фаговых генов
можно выделить три стадии, причем каждая последующая стадия зависит от
предшествующей. На стадии I, которая начинается сразу после инфекции,
РНК-полимераза инициирует транскрипцию с трех промоторов: Pi и PR, с
каждой стороны от гена с/, а также с PR, расположенного между генами Q и
S (см. рис. 15.13, желтые стрелки). Это короткие транскрипты, которые
терминируются
15. Регуляция экспрессии генов у прокариот
185
на p-зависимых терминаторах tLI, tRI и tR. In vitro, в отсутствие фактора
р, очищенная РНК-полимераза инициирует синтез тех же самых тран-скриптов
на очищенной ДНК фага X, причем поток транскрипции преодолевает
терминаторы. Это наблюдение привело к представлению о существовании
специфических факторов терминации. В результате был очищен так называемый
р-белок, индуцирующий терминацию транскрипции in vitro на упомянутых
терминаторах (не все терминаторы E.coli являются р-зависимыми).
Транскрипция на стадии I приводит к появлению мРНК для двух белков N и
Сго (названия белков набраны прямым шрифтом, а названия генов-курсивом).
Функционируя как фактор антитерминации, белок N создает возможность
экспрессии генов второй стадии. В присутствии белка N поток транскрипции,
инициированный на /Ди PR, преодолевает p-зависимые терминаторы tLI и tRI.
В результате появляется мРНК от гена сШ до гена int в левом опероне и от
гена ell до Q в правом оперо-не. Транскрипция правого оперона
