Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
мутации, инактивирующие репрессор, не снимают полностью влияние
триптофана на экспрессию trp-оперона. В отсутствие репрессора наблюдается
8-10-кратное различие в уровне транскрипции генов оперона в зависимости
от содержания в среде триптофана. Эта разновидность контроля экспрессии
называется аттенуацией. Она связана с регуляцией на участке,
расположенном между промотором и первым геном триптофанового оперона
trpE. Этот участок, называемый аттенуатором (а), был открыт, когда
впервые выяснилось, что наличие небольших делеций справа от промотора trp
повышает уровень экспрессии генов оперона не менее чем в восемь раз.
Поскольку эти делеции не затрагивают ни операторной, ни промоторной
области, можно было предположить, что аттенуатор по сути дела является
терминатором. Анализ РНК-транскриптов, инициированных на промоторе trp в
нормальных клетках E.coli, действительно показал, что большинство из них
терминированы в области лидерной последовательности (рис. 15.20) в точке,
отстоящей на 140 п.н. от промотора. При этом лишь в 10% случаев поток
транскрипции достигает структурных генов оперона. Нуклеотидная
последовательность лидерного транскрипта trp-оперона, терминируемого на
аттенуаторном участке, показана на рис. 15.21. Она характеризуется двумя
любопытными особенностями. Первая-это наличие сайта связывания с
рибосомой. За этим сайтом следует открытая рамка считывания, кодирующая
небольшой полипеп-
VO
Os
G U A A С A
G G-100
U С
A A
90-C A
С U
A С
C U G A
U-A
A-U
U-A-110
G-C
и С
80-G-C 4°
A A -UUUUUUUU-OH C-G-С G-С-G
Участок связывания с рибосомой g-С-G
G-С-G-130
1 10 20 30 40 50 60 70 С-G - C
PPP-
AAGUUCACGUAAAAAGGGUAUCGACAAUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAA
A
4jL-HL^L^JL^L-HLTJLHLrj4rJL^J4JI-rJ4JLnrJ 120Gn
Met Lys Ala lie Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser Stop A A
Рис. 15.21. Нуклеотидная последовательность аттенуаторного лидерного
транскрипта trp-оперона Е. coli. Отмечен участок связывания с рибосомой и
участок, кодирующий 14-членный полипептид, содержащий два соседних
остатка триптофана. Терминация происходит после считывания
полиуридинового сегмента, следующего за участком, образующим шпилечную
структуру (3 :4). Показана также альтернативная вторичная структура,
включающая петлю гораздо большего размера (2:3). (По Lee F., Yanofsky С.,
1977. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 74,
4365.)
Экспрессия генетического материала
15. Регуляция экспрессии генов у прокариот
197
Избыток
триптофана
Триптофановое
голодание
Нет трансляции
Терминации
Нет терминации
Терминации
Рис. 15.22. Модель аттенуации trp-оперона Е. coli, основанная на
представлении об участии рибосомы, синтезирующей лидерный полипептид, в
контроле терминации транскрипции. От положения рибосомы зави-
сит выбор альтернативного варианта вторичной структуры транскрипта.
Терминации происходит при образовании шпилечной структуры 3 :4. (По
Oxender D. L et al., 1979. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 76, 5524.)
тид из 14 аминокислот, в числе которых-два соседних остатка триптофана.
Само по себе это достаточно примечательно, поскольку частота
встречаемости триптофана в белках обычно составляет 1 на 100
аминокислотных остатков. Вторая особенность заключается в присутствии
последовательностей, которые могут формировать три взаимоисключающих
варианта вторичной структуры, показанные на рис. 15.21 и 15.22. Одна из
шпилечных структур очень напоминает структуру терминатора. Обе эти
особенности были обнаружены также в структуре других оперонов биосинтеза
аминокислот при анализе последовательности соответствующих лидерных
транскриптов. Каждый из этих транскриптов кодирует небольшой полипептид,
содержащий несколько аминокислотных остатков-продуктов биосинтеза,
направляемого данным оперо-ном (рис. 15.23). Последовательность каждого
из них может формировать три взаимоисключающих варианта вторичной
структуры, один из которых напоминает структуру терминатора. Эти
наблюдения привели к формулировке модели аттенуации, основанной на
представлении о том, что рибосома, транслирующая лидерный полипептид,
оказывает влияние на выбор варианта вторичной структуры транскрипта и
таким образом определяет, произойдет ли остановка транскрипции после
того, как будет синтезирована терминаторная петля, или транскрипция будет
продолжена на протяжении всего остального оперона. Эта модель была
проверена экспериментально и на сегодняшний день считается в основном
верной.
Согласно этой модели, имеет место тесное сопряжение процессов
транскрипции и трансляции, за счет чего поведение РНК-полимеразы
определяется влиянием первой рибосомы, которая связывается с
синтезируемым РНК-транскриптом. Взаимодействие осуществляется благодаря
формированию особой вторичной структуры на участке транскрипта,
расположенном между рибосомой и РНК-полимеразой. Как уже упоминалось,
лидерный транскрипт может образовать три варианта вторичной структуры -1
:2, 2:3 и 3:4 (терминатор). В лидерном trp-транскрипте находятся два
