Возникновение биологической организации - Кастлер Г.
Скачать (прямая ссылка):
Супрессия под действием РНК как результат синтеза белка. Репрессор может образовываться, когда синтез белка блокирован; отсюда делается вывод, что роль репрессора играет нуклеиновая кислота. Репрессия возобновляется у мутантов, утративших способность к репрессии, если у них произойдет супрессорная мутация, восстанавливающая утраченную способность синтезиро-
вать белок; из этого, очевидно, следует, что репрессором служит белок. Ни одно из этих заключений не обосновано в достаточной степени (и не претендует на это), и оба приводят к трудностям, связанным с организацией; действительно, в данном случае требуется большое число аллостерических белков со строгой специфичностью в отношении определенной последовательности нуклеотидов и в отношении еще одной молекулы, причем требуемая специфичность должна быть выше, чем во всех других известных случаях. Ранее предложенная модель [24] обходит эти трудности следующим образом. Предполагается, что ген-регулятор создает информационную РНК, которая благодаря соответствию последовательности оснований может соединяться либо с геном-оператором, либо со структурным геном, либо с продуцируемой им РНК и таким образом осуществлять репрессию. Информационная РНК может также присоединяться к рибосоме и вызывать синтез белка. Этот белок должен обладать способностью вступать в реакцию с индуктором и репрессором до того, как он покинет рибосому; реакция с корепрессором сопровождается освобождением РНК (возможно, в результате отторжения синтезированного белка), а реакция с индуктором ведет к реакции, аналогичной взаимодействию с антиметаболитом, что вызывает блокирование всей структуры. Им-мобилизованная таким образом РНК в конечном счете подвергается гидролизу. Предлагаемый механизм позволяет объяснить следующие известные факты:
1. Генетическая ДНК продуцирует при надлежащих условиях информационную РНК, если только она специфически не блокирована.
2. РНК, продуцированная геном-регулятором, может выполнять различные функции; одной из таких функций является образование гибридного комплекса с оператором или структурным геном (что блокирует синтез РНК) или же с информационной РНК (что блокирует функцию этой последней) [33].
3. Между РНК, служащей репрессором, и ингибируемой ДНК или информационной РНК существует равновесие ассоциация — диссоциация; поэтому активность гена падает с увеличением количества репрессорной
РНК и, наоборот, увеличивается с уменьшением его количества.
4. Количество репрессорной РНК при постоянной скорости ее образования (можно представить себе, что сама эта скорость регулируется другими генами) определяется подвижным равновесием ассоциация — диссоциация и скоростью гидролиза свободной РНК, но главным образом — судьбой репрессорной РНК, связанной в рибосоме: если она иммобилизована индуктором, то количество свободной РНК уменьшается, а если доминирует действие корепрессора, то это количество увеличивается.
5. Обнаружение того, что репрессор может образовываться в отсутствие синтеза белка, должно указывать, что в этом случае репрессорная РНК не связана с рибосомой или что ее освобождение из рибосомы происходит без синтеза белка.
6. Возобновление репрессии (утраченной в результате ^-мутаций) под действием супрессорной мутации su можно интерпретировать следующим образом. Репрессорная РНК, образованная мутантным геном, присоединяется к рибосоме и начинает синтез белка, но не может закончить его, так как эта РНК «застревает» на рибосоме, как было бы в присутствии индуктора; эффект мутации su сводится к тому, чтобы обеспечить продолжение синтеза белка и тем самым восстановить нормальную ситуацию.
В этой модели молекулам приписывается только их обычное поведение: нуклеиновая кислота взаимодействует с другой нуклеиновой кислотой, а белок взаимодействует с субстратом; трудное звено между белком и РНК заменяется неспецифическим механическим звеном, не требующим передачи информации. Предполагается, что между репрессорной и информационной РНК нет существенного различия, хотя некоторые гены могут быть специализированными, т. е. могут продуцировать РНК, наиболее приспособленную к одной или к другой функции.
Можно задать вопрос, почему г-РНК не блокирует ген-регулятор и почему сама /п-РНК не блокирует структурный ген? Такие действия вполне возможны; в этом
случае эффективность образования РНК зависела быот относительных скоростей ассоциации и диссоциации между РНК и генетической ДНК, с одной стороны, и между /п-РНК или г-РНК и рибосомами — с другой. Субстрат данного фермента мог бы действовать как ко-репрессор и блокировать дальнейшее образование — нечто вроде обратной связи навыворот («вперед», а не «обратно»), которая могла бы осуществлять эффективный контроль.
Молекула /п-РНК (или г-РНК) из общего фонда может принять участие в одном из следующих трех процессов: она может присоединиться к рибосоме — вероятность этого обозначим через pR\ она может распасться; она может ассоциироваться с ДНК — вероятность этого обозначим через рв. Оценим значение pR следующим образом. Пусть X — число молекул синтезируемого белка, приходящихся на одну молекулу m-РНК (или г-РНК); допустим, что после каждого акта белкового синтеза пг-РНК отделяется от рибосомы; допустим также, что вероятностью распада той РНК, которая связана с рибосомой, можно пренебречь. Тогда для ожидаемого значения X получим
