Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Кривые, приведенные на рис А.1, иллюстрируют увеличение эффективности связывания репрессора за счет кооперативного связывания с двумя участками. При построении кривых предполагалось, что энергия связывания репрессора с единичным участком составляет — 10 ккал/моль, а при связывании с соседними участками энергия взаимодействия молекул репрессора составляет примерно — 2 ккал/моль Из рисунка следует, что в рамках кооперативной модели для заполнения 99% мест связывания необходимо примерно в 30 раз меньше репрессора, чем при некооперативном связывании. Для заполнения 99,9% мест в случае одного участка необходимо примерно в 100 раз
139
больше репрессора, чем при наличии двух участков.
Как уже говорилось в гл. 1, ?i-penpeccop связывается с матрицей кооперативно. Если бы Х-оператор состоял только из участка 0R1 или 0R2, концентрация репрессора, характерная для лизогенных клеток, обеспечивала бы заполнение этих двух участков лишь на 90 и на 10% соответственно. Однако взаимодействие между соседними связанными молекулами репрессора, энергия которого достигает по оценкам —2 ккал/моль, повышает уровень заполнения 0R1 и Or2 в лизогенных клетках до величины более 99%.
Благодаря кооперативное™ фактически увеличивается отношение эффективностей специфического и неспецифического связывания. Вероятность связывания двух молекул репрессора на соседних неспецифических участках пренебрежимо мала, поскольку таких участков очень много. В случае фага X два связанных с ДНК димера репрессора взаимодействуют слабо и ДНК-белковые комплексы легко диссоциируют. В других случаях между связанными с ДНК белками могут возникать более прочные связи, и в них может участвовать несколько разных белков. Такие взаимодействия обеспечат образование весьма стабильных комплексов даже при условии, что сродство изолированных белковых молекул к ДНК сходно со сродством А,-репрессора к его оператору. Один из примеров такого рода рассмотрен в приложении 3.
ДНК-белковые взаимодействия у эукариот
Ядро эукариотической клетки гораздо крупнее, чем бактериальная клетка, и содержит намного больше ДНК. Поэтому белку, специфически связывающемуся с ДНК, приходится выбирать свой оператор из гораздо большего числа неспецифических последовательностей, чем в случае бактерий. Возникают ли при этом какие-либо особые проблемы? Рассмотрим один пример, для которого можно получить простой ответ.
Представим эукариотическое ядро, в котором содержится один ^.-оператор. Пусть объем ядра и содержание в нем ДНК в 500 раз превышают объем и количество ДНК в бактерии. Другими словами, суммарная концентрация ДНК в эукариотическом ядре и в бактериальной клетке одинакова. Отсюда прямо следует, что если концентрация X-репрессора в эукариотическом ядре такая же, как в бактерии, т. е. оно содержит в 500 раз больше репрессора, или примерно 10000 молекул, то ^-репрессор с таким же успехом найдет свой оператор в эукариотическом ядре, как и в случае бактериальной клетки. (Вообразим небольшой объем эукариотического ядра, равный объему бактериальной клетки и содержащей оператор. В этих двух случаях способность репрессора связываться с оператором должна быть одинакова.)
140
Эт? простая модель в некоторых случаях оказывается весьма близкой к реальной ситуации Действительно, концентрация ДНК в ядрах некоторых эукариот близка к гаковой для бактерий Кроме гого, как указано в приложении 3, в тех немногих случаях, когда удалось измерить сродство эукариотических регуляторных белков к операторам, оно казалось близким к соответствующей величине для А,-репрессора и его оператора
Приводя эту гипотетическую упрощенную модель, мы намеревались дать читатечю отправную точку в размышлениях над ответом на вопрос, поставленный в начале раздела В конкретных системах концентрации эукариотических регуляторных белков могут оказаться ниже, чем нам пришлось предположить, а концентрация ДНК-выше Оба фактора затруднят поиск оператора соответствующим регуляторным белком, но это затруднение можно преодолеть с помощью кооперативного связывания
Литература: оригинальные статьи
1 Ackers G К Johnson A D Shea М A Quantitative model for gene regulation by X phage repressor, Proc Natl Acad Sci USA, 79, 1129 1133 (1982)
2 Johnson A D Potee<e A R Laucr G Sauer R T Ackers G К Ptashne M X repressor and cro components of an efficient molecular switch, Nature, 294, 217 223 (1981)
3 Lin S Riggs A D The general affinity of lac repressor for h coli DNA implications for gene regulation in prokaryotes, Cell, 4, 107 111 (1985)
4 Nelson H С M Sauer R T Lambda repressor mutations that increase the affinity and specficity of operator binding, Cell, 42 549 558 (1985)
5 Von Hippel P H Revzin A Gross С A Wang A С Non specific DNA-bindmg of genome regulating proteins as a biological control mechanism 1 the lac operon equilibrium aspects Proc Natl Acad Sci USA, 71, 4808 4812 (1974)
6 Yamamoto К R Alberts В The interaction of estradiol receptor protein with the genome an argument for the existence of undetected specific sites, Cell 4, 301 310 (1975)
