Синтез рибосомальних протеїнів скоординований із синтезом рРнк

Зростаючі вимоги синтезу протеїнів в бактерій узгоджені із зростанням кількості рибосом, а не із зміною їх активності. Загалом кількість рибосом зростає при підвищенні швидкості клітинного росту. При високій швидкості росту рибосоми синтезують близько 45% сухої ваги клітини. Кількість задіяних у синтезі рибосом клітинних ресурсів є настільки великою, а функції рибосом настільки важливими, що клітина повинна контролювати синтез рибосомальних компонентів - рибосомальних протеїнів (р-протеїни) і РНК (рРНК). Така регуляція є відмінною від дотепер описаних механізмів, тому що вона відбувається основним чином на рівні трансляції.

52 гени в яких закодовано р-протеїни контролюються щонайменше 20-ма оперонами завбільшки від 1 до 11 генів. Деякі із цих оперонів також містять гени субодиниць ДНК праймази (див. Рис.25-13), РНК полімерази (див. Рис.26-4) і фактори елонгації синтезу протеїнів (Рис.27-24) розкриваючи близьку спорідненість реплікації, транскрипції і синтезу протеїнів під час росту клітини. Оперони р-протеїну основним чином регулюються завдяки трансляційному механізму зворотнього контролю. Один із р-протеїнів, що кодуються кожним опероном також функціонує у ролі трансляційного репресора, який приєднується до транскрибованої із того ж оперону мРНК і здатний блокувати трансляцію всіх генів (Рис.28-23). Загалом р-протеїн, що виступає у ролі репресора напряму зв’язується із рРНК. Кожен із трансляційних репресорів р-протеїну приєднується із вищою спорідненістю до відповідної рРНК аніж до власної мРНК, так що мРНК є зв’язаною і трансляція сповільненою лише у випадку коли кількість р-протеїну перевищує кількість рРНК. Це забезпечує сповільнення трансляції кодуючої мРНК р-протеїнів тільки у випадку, коли синтез таких р-протеїнів перевищує кількість необхідних для синтезу функціональних рибосом. Таким чином швидкість синтезу р-протеїну є відповідною наявності рРНК. Сайт приєднання на мРНК для трансляційного репресора розміщений поблизу одного із генів в опероні - зазвичай першого гену (Рис. 28-23). В інших оперонах це б впливало лише на той один ген, тому що в бактерійній поліцистронічній мРНК більшість генів мають незалежні трансляційні сигнали. Одначе в опероні р-протеїну трансляція одного гену залежить від трансляції всіх інших. Механізм такого трансляційного зчеплення до кінця все ще невідомий. Одначе у деяких випадках трансляція багаточисельних генів заблоковується шляхом складання мРНК в завершену трьохвимірну структуру, стабілізовану як внутрішнім паруванням комплементарних основ (як на Рис.8-26), так і приєднанням трансляційних репресорних протеїнів. При відсутності трансляційного репресора приєднання рибосоми і трансляція одного чи більше генів порушує цю структуру мРНК і дозволяє трансляцію всіх генів.

Через залежність р-протеїнів від доступності рРНК, регуляція продукції рибосом відображає регуляцію синтезу рРНК. Синтез рРНК в E.Coli із семи рРНК оперонів відповідає швидкості клітинного росту і змінюється із наявністю важливих поживних речовин, а особливо амінокислот. Така регуляція, яка залежить від концентрації амінокислот називається регуляцією обмежень (англ., stringent response) (Рис.28-24). У випадку низької концентрації амінокислот синтез рРНК затримується. Недостача амінокислот призводить до зв’язування розвантаженої тРНК до рибосомального сайту А; це спонукає ланцюг подій який починається із приєднання ензима, який називають обмежувальним фактором, (англ., stringent factor) (RelA протеїн) до рибосоми. Після приєднання до рибосоми обмежувальний фактор каталізує утворення незвичайного нуклеотиду гуанозин тетрафосфату (ффГфф; див. Рис.8-42); він додає пірофосфат до 3’ позиції в реакції з ГТФ, а потім фосфогідролаза від’єднує один фосфат утворюючи ффГфф.

ГТФ + АТФ → фффГфф + АМФ

Різке зростання рівня ффГфф у відповідь на недостачу амінокислот відображається на сильному зменшенні синтезу рРНК хоча б частково опосередкованого через приєднання ффГфф до РНК полімерази.

Рисунок 28-23