Неспецифічна регуляція загального рівня транскрипції

Рис. 5.21. Схема вторинної структури 6S РНК, яка може використовуватись як матриця для РНК-полімерази. Стрілочкою позначено початок синтезу.

Поряд із специфічною активацією/репресією окремих генів, у бактеріальній клітині здійснюється неспецифічна регуляція загального рівня транскрипційної активності. Принаймні два загальні механізми використовуються для такої регуляції. Перший пов'язаний з утворенням відкритого комплексу при ініціації транскрипції – необхідністю локального плавлення подвійної спіралі, яке, у свою чергу, полегшується негативною надспіралізацією ДНК (розділ 3). У результаті активність багатьох бактеріальних промоторів суттєво залежить від рівня негативної надспіралізації, який варіює у різних фазах клітинного циклу і визначається концентраціями бактеріальних топоізомераз.

Другий загальний механізм регуляції використовує особливу молекулу РНК – так звану 6S РНК довжиною 184 нуклеотиди. Молекула РНК формує велику двоспіральну шпильку з кількома неспареними ділянками (рис. 5.21). Одна з неспарених ділянок містить біля 15 пар основ і нагадує транскрипційний міхур (порівн. з рис. 5.6) – саме вона сприймається РНК-полімеразою як промотор. Відбувається ефективне зв'язування, і, якщо, внаслідок пригнічення біохімічних синтезів (недостатності ресурсів), концентрація NTP є низькою, полімераза виявляється “заарештованою“ і нездатною ініціювати транскрипцію на ДНК.

Для того, що звільнитися від 6S РНК, полімераза має розпочати “транскрипцію“, на цій РНК-матриці. При підвищенні концентрації NTP саме це й відбувається (ДНК-залежна РНК-полімераза працює як РНК-залежна): здійснюється елонгація полімерази з руйнуванням подвійної спіралі РНК, синтез короткого нефункціонального транскрипту та звільнення ферменту.

Контрольні запитання

1. Як за своїм складом та спорідненістю до ДНК розрізняються кор- і голофермент бактеріальної РНК-полімерази? Яке значення має ця різниця для ініціації транскрипції?

2. Яку будову має стандартний бактеріальний промотор?

3. Чим розрізняються закритий та відкритий комплекси РНК-полімерази з промотором?

4. У якому напрямі здійснюється зчитування інформації з ДНК під час транскрипції? Що таке змістовний та антизмістовний ланцюги? Який з них є матричним?

5. Яку роль відіграє σ-фактор в ініціації транскрипції?

6. Як забезпечується висока процесивність РНК-полімерази?

7. Як організовано активний центр РНК-полімерази? Які сполуки є субстратами (будівним матеріалом) синтезу РНК?

8. Опишіть основні етапи елонгаційного циклу РНК-полімерази. Чому фермент рухається уздовж ДНК під час транскрипції?

9. Яким чином здійснюється при транскрипції редагування помилок приєднання нуклеотидів?

10. Як здійснюється термінація транскрипції у бактерій?

11. Яка різниця між цис- та транс-елементами системи регуляції транскрипції?

12. Опишіть систему регуляції лактозного оперона. Яку роль у регуляції відіграють lac-репресор та білок САР?

13. Що таке антитермінація?

14. Як здійснюється атенюація у триптофановому опероні?

15. За якими механізмами здійснюється регуляція загального рівня транскрипції у бактеріальній клітині?

16. Охарактеризуйте стадії життєвого циклу бактеріофага λ. Як відбувається перемикання між різними шляхами розвитку?

17. Репресор бактеріофага λ є позитивним чи негативним регулятором транскрипції гена cro? Гена сІ?