Регуляция биосинтеза белка.

В 64 хромосомах человека число закодированных белков составляет до 310 в 5 степени. Но ведь не все эти белки постоянно синтезируются. То есть живая клетка обладает способностью контролировать синтез белков, причем некоторые белки синтезируются при возникновении определенных условий (например, белки острой фазы восстановления). В том же 1961г. Жакоб и Моно предложили теорию индукции – репрессии активности генов. Их идеи в ходе дальнейших иследований полностью подтвердились. Жакоб и Моно установили, что экспрессия (активация) структурного гена (то есть гена, отвечающего за синтез белка) контролируется путем экспрессии регуляторного гена, который контролирует синтез репрессора, функция которого состоит в блокировании активности структурного гена. В присутствии индуктора репрессор инактивируется, образуя с ним комплекс, то есть устраняется влияние регуляторного гена на структурный ген, начинается экспрессия (активация) структурного гена – идет синтез белка.

Регуляторный ген структурный ген Регуляторный ген структурный ген

блок

Активный репрессор активный репрессор

белок

индуктор

комплекс белок

В качестве индуктора часто выступает субстрат белка-фермента. Дальнейшие исследования показали: 1) репрессор представляет собой белковую молекулу; 2) репрессор связывается с определенным сегментом структурного гена (оперона); 3) это препятствует связыванию РНК-полимеразы с промотором.

Существует 2 важные особенности такого механизма контроля: 1) биосинтез белка осуществляется путем регуляции биосинтеза мРНК, то есть под непосредственным контролем находится процесс транскрипции; 2) контроль осуществляется путем взаимопревращения активного и не активного белка – репрессора, под действием индуктора. Это пример проявления аллостерии. При этом регуляторный ген может находится в любом месте той или даже другой хромосомы и контролировать от одного до 3 структурных генов. Так структурный ген активируется. В случае репрессии структурного гена блок-репрессор первоначально синтезируется в неактивном состоянии. В этом случае присоединие к нему индуктора активирует белок-репрессор и структурный ген ингибируется. Индуктор в таком случае называется ко-репрессором. В качестве индуктора обычно выступает в этом случае продукт реакции. Например гистидиновый структурный ген кодирует синтез 10 различных ферментов, отвечающих за синтез гистидина, и для него ко-репрессором является сам гистидин. Регуляция экспрессии генов происходит не только на уровне транскрипции. Она осуществляется во время процессинга РНК, в ядре и в поддержании стабильности мРНК.

Биологическое значение индукции – репрессии – позволяет организму приспособится к изменением внешней и внутренней среды. Контроль транскрипции генов путем индукции – репрессии – это один из двух основных механизмов, посредством которых живая клетка может регулировать биохимические процессы. Второй механизм – регуляция активности белков после завершения синтеза.

26