Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1327 вузов, 5487 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
asman00000@mail.ru Работаю на МРТ, учусь на стоматолога,делитесь со мной файлами в ТГ ozzii05 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Медицинский Университет "РЕАВИЗ"
Предмет:
Биология
Файл:
Тейлор, Грин, Стаут 3 том [2013].pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
05.09.2026
Размер:
19 Мб
Скачать
☆
►Содержание►
170 Глава 23
получить, переведя кодоны РНК в комплемен тарные триплеты оснований ДНК в соответст вии с табл. 23.5.
Код вырожденный
В табл. 23.4 приведены кодоны генетического кода. Как видно из таблицы, некоторые амино кислоты кодируются не одним, а несколькими кодонами. Такой код называют вырожденным. Анализ этого кода показывает также, что для многих аминокислот значение имеют, повиди мому, только две первые буквы кодона.
Код содержит знаки препинания
Среди кодонов, представленных в табл. 23.4, три служат «точками», т. е. обозначают окончание закодированного сообщения. Примером служит триплет УАА. Такие кодоны иногда называют «нонсенскодонами»; они не кодируют ни одну из аминокислот. Повидимому эти кодоны обозначают конец данного гена, т. е. служат «стопсигналами», прекращающими синтез полипептидных цепей во время трансляции.
Некоторые другие кодоны, такие как АУГ (метионин), служат «стартсигналами», указывая на инициацию трансляции полипептидной цепи.
Код универсален
Одна из примечательных особенностей генети ческого кода состоит в том, что он, повидимо му, универсален. У всех живых организмов име ются одни и те же 20 аминокислот и одни и те же пять оснований (А, Г, Т, Ц и У).
В настоящее время успехи молекулярной биологии достигли такого уровня, что становит ся возможным определять последовательности оснований для целых генов и для целых организ мов. Первым организмом, полный генетический код которого удалось расшифровать, был один из вирусов — фаг IХ174. У этого фага всего 10 ге нов, а его полный генетический код состоит из 5386 оснований. Последовательность этих осно ваний установил Фред Сенджер — исследова тель, впервые открывший последовательность аминокислот в одном из белков. За каждое из этих фундаментальных открытий он получил по Нобелевской премии. Теперь стало возможным синтезировать целые гены, что находит приме нение в генной инженерии. Следует ожидать, что в самом начале XXI в. станет возможным в
рамках проекта «Геном человека» расшифровать полный генетический код человека, длина кото рого, согласно оценкам, равна 3000 млн. пар ос нований. (Геном — это вся ДНК данного орга низма.) В настоящее время ведутся работы по расшифровке геномов E. coli, плодовой мухи (Drosophila), одной из нематод и лабораторной мыши.
Резюме
Ниже вкратце сформулированы основные черты генетического кода.
1. Кодом, определяющим включение амино кислот в полипептидную цепь, служит триплет оснований в полинуклеотидной цепи ДНК.
2. Код универсален: одни и те же триплеты ко дируют одни и те же аминокислоты у всех организмов. (Несколько триплетных ко дов митохондриальной ДНК и некоторых древних бактерий отличаются от универ сального кода.)
3. Код вырожденный: данная аминокислота может кодироваться более чем одним триплетом.
4. Код неперекрывающийся: например, после довательность мРНК, начинающаяся с нуклеотидов АУГАГЦГЦА, не считывает ся как АУГ/УГА/ГАГ... (перекрывание по двум основаниям) или АУГ/ГАГ/ГЦГ... (перекрывание по одному основанию). (Однако перекрывание по нескольким ге нам обнаружено у некоторых организмов, например у бактериофага IХ174. Эти слу чаи, вероятно, очень редки и возможно объясняются экономией ДНК при очень малом числе генов.)

23.8. Синтез белка

«ДНК создает РНК, а РНК создает белок»
Из всего того, что было сказано в предыдущих разделах, можно видеть, что единственные моле кулы, которые синтезируются под непосредст венным контролем ДНК, это белки. Белки могут быть структурными, как кератин и коллаген, или функциональными, как инсулин, фибриноген и, главное, ферменты, ответственные за регуляцию клеточного метаболизма. Именно набор содер жащихся в данной клетке ферментов определя
Непрерывность жизни 171
ет, к какому типу клеток она будет относиться. Таким способом ДНК контролирует жизнедея тельность клетки.
«Инструкции», необходимые для синтеза ферментов и всех других белков, заключены в ДНК, которая почти вся находится в ядре. Одна ко, как было показано в начале 50х годов XX в., синтез фактически происходит в цитоплазме и в нем участвуют рибосомы. Стало ясно, что дол жен существовать какойто механизм, перенося щий генетическую информацию из ядра в ци топлазму. В 1961 г. два французских биохимика Жакоб и Моно, постулировали существование особой формы РНК, которую они назвали мат ричной РНК (мРНК). Их идея оказалась верной. Последовательность событий, происходящих в процессе синтеза белка, сформулирована в ко роткой фразе: «ДНК создает РНК, а РНК созда ет белок».
23.8.1. Роль РНК
РНК содержится во всех живых клетках в виде одноцепочечных молекул. Она отличается от ДНК тем, что содержит в качестве пентозы рибо зу (вместо дезоксирибозы), а в качестве одного из пиримидиновых оснований — урацил (вместо тимина). Анализ РНК, содержащейся в клетках, показал, что существуют три типа РНК, участву ющих в синтезе белковых молекул. Это матрич ная, или информационная, РНК (мРНК), транс портная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК). Все три РНК синтезируются непосред ственно на ДНК, а количество РНК в каждой клетке находится в прямой зависимости от коли чества вырабатываемого этой клеткой белка.
23.8.2. Матричная РНК
Как показали анализы, мРНК составляет 3–5% всей РНК клетки. Это одноцепочечная молеку ла, образующаяся на одной из цепей ДНК в про цессе, называемом транскрипцией. При синтезе мРНК копируется только одна цепь молекулы ДНК. Синтез мРНК будет описан позднее. По следовательность оснований в мРНК представ ляет собой комплементарную копию соответст вующей цепи ДНК; длина ее варьирует в зависи мости от длины полипептидной цепи, которую она кодирует. Большая часть мРНК находится в клетке лишь короткое время. У бактерий это мо жет быть всего несколько минут, тогда как в раз
вивающихся эритроцитах мРНК может служить матрицей для синтеза гемоглобина в течение не скольких дней.
23.8.3. Рибосомная РНК
Рибосомная РНК составляет примерно 80% всей РНК клетки. Она кодируется генами, нахо дящимися в ДНК нескольких хромосом, распо ложенных в участке ядрышка, известном под названием ядрышкового организатора. Последова тельность оснований в рРНК сходна у всех орга низмов — от бактерий до высших растений и животных. рРНК содержится в цитоплазме, где она связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы, называе мые рибосомами (разд. 5.10.4).
На рибосомах происходит синтез белка. Здесь «код», заключенный в мРНК, транслиру ется в аминокислотную последовательность по липептидной цепи.
23.8.4. Транспортная РНК
Существование транспортной РНК (тРНК) бы ло постулировано Криком и продемонстрирова но Хоглендом в 1955 г. У каждой аминокислоты имеется собственная семья молекул тРНК. Они доставляют содержащиеся в цитоплазме амино кислоты к рибосоме. Таким образом, тРНК слу жит промежуточной молекулой между триплет ным кодом в мРНК и аминокислотной последо вательностью полипептидной цепи. На долю тРНК приходится примерно 15% всей клеточной РНК; у этих РНК самая короткая полинуклео тидная цепь — в нее входит в среднем 80 нуклео тидов. В каждой отдельной клетке содержится более 20 различных молекул тРНК (идентифи цировано уже 60). Все молекулы тРНК имеют сходную основную структуру (см. рис. 23.25).
На 5'конце молекулы тРНК всегда находит ся гуанин, а на 3'конце — последовательность оснований ЦЦА. Последовательность нуклеоти дов в остальной части молекулы варьирует и мо жет содержать «необычные» основания, такие как инозин и псевдоурацил. Последовательность оснований в триплете антикодона (рис. 23.25) строго соответствует той аминокислоте, которую переносит данная молекула тРНК. Каждая ами нокислота присоединяется к одной из своих спе цифичных тРНК при участии фермента амино ацилтРНКсинтетазы. В результате образуется
172 Глава 23
Рис. 23.25. Одна из предложенных моделей строения транспортной РНК (тРНК). Молекула состоит из 80 нуклеотидов, но пар, образованных в результате комплементарного связывания оснований, только 21.
1. Транскрипция — синтез мРНК на ДНК. При этом некоторый участок ДНК (ген) копируется с образованием мРНК.
2. Трансляция — перевод последовательно сти оснований в молекуле мРНК в после довательность аминокислот в молекуле белка.
23.8.6. Транскрипция
Транскрипцией называют процесс, посредством которого последовательность оснований в од ном из участков цепи ДНК «переписывается» в комплементарную последовательность осно ваний мРНК. Двойная спираль ДНК раскручи вается в результате разрыва относительно слабых водородных связей между основаниями двух одиночных цепей ДНК. Только одна из этих це пей может быть выбрана в качестве матрицы для
комплекс аминокислотатРНК, известный как аминоацилтРНК, в котором энергия связи между концевым нуклеотидом А в триплете ЦЦА и аминокислотой достаточна, чтобы в дальнейшем могла образоваться связь с соседней аминокис лотой. Таким образом синтезируется полипеп тидная цепь.
23.8.5. Резюме
Процесс синтеза белка слагается из двух этапов, схематически представленных на рис. 23.26.
Рис. 23.26. Схема главных этапов белкового синтеза.
Рис. 23.27. Схема механизма транскрипции. В присут
ствии РНКполимеразы двойная спираль ДНК раскру чивается в результате разрыва водородных связей между комплементарными основаниями. На образо вавшейся одиночной цепи ДНК из свободных рибонук леотидов строится полинуклеотидная цепь мРНК. Основания мРНК выстраиваются против комплемен тарных оснований ДНК. (По E. J. Ambrose, D. M. Easty, Cell Biology, 1977, 2nd ed. Nelson.)
Непрерывность жизни 173
образования комплементарной одиночной цепи мРНК. Эта молекула образуется в результате связывания друг с другом свободных рибонукле отидов под действием РНКполимеразы в соот ветствии с правилами спаривания оснований ДНК и РНК (табл. 23.5 и рис. 23.27).
Как именно происходит транскрипция осно ваний ДНК в основания РНК, было продемон стрировано в опытах с синтетической ДНК, со стоявшей из нуклеотидов только одного типа — тимидина (ТТT...). При введении этой ДНК в бесклеточную систему, содержавшую РНКпо лимеразу и все четыре нуклеотида (А, У, Г и Ц), синтезировалась мРНК, содержавшая только комплементарные аденинуклеотиды.
Синтезированные молекулы мРНК выходят из ядра через ядерные поры и несут генетиче скую информацию рибосомам. После того как в процессе транскрипции образовалось достаточ ное количество молекул мРНК, РНКполимера за покидает ДНК, и две цепи ДНК вновь соеди няются («молния» застегивается) — восстанав ливается двойная спираль.
23.8.7. Трансляция
Трансляцией называют процесс, посредством которого последовательность оснований в мо лекуле РНК переводится в последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Этот про цесс происходит на рибосомах. Несколько рибосом присоединяются к молекуле мРНК в виде нити бус, образуя структуру, названную полирибосомой или полисомой. Полисомы мож но увидеть с помощью электронного микроско па (рис. 23.28). Преимущество полисомной организации заключается в том, что при этом становится возможным одновременный синтез нескольких полипептидов (разд. 23.8.3). Каж дая рибосома состоит из двух субчастиц — боль шой и малой — и напоминает по форме гри бок (рис. 5.27). Первые два кодона мРНК (в сумме 6 оснований) входят в рибосому, как показано на рис. 23.29, А. Первый кодон связы вает молекулу аминоацилтРНК, содержащую комплементарный ему антикодон и несущую первую аминокислоту (обычно это метионин) синтезируемого полипептида. Затем второй кодон присоединяет к себе молекулу аминоа цилтРНК, содержащую комплементарный ему антикодон (рис. 23.29, А и Б). Функция рибосо мы заключается в том, чтобы удерживать в нуж
А
Б
Рис. 23.28. Процесс транскрипции и образования поли сомы у бактерий. Обратите внимание на то, что, поскольку у бактерий нет ядра, РНК не должна у них отделяться от ДНК. А. Электронная микрофотогра фия участка бактериальной ДНК, на которой можно видеть стадии образования мРНК и присоединение рибосом. Б. Схематическое изображение структуры, показанной на микрофотографии А.
ном положении мРНК, тРНК и ферменты, уча ствующие в процессе трансляции, до тех пор, пока между соседними аминокислотами не об разуется пептидная связь.
Как только новая аминокислота присоеди нилась к растущей полипептидной цепи, рибо сома перемещается по мРНК на один кодон. Молекула тРНК, которая перед этим была связана с полипептидной цепью, покидает рибосому и возвращается в цитоплазму, чтобы образовать новый комплекс аминоацилтРНК (рис. 23.29, В).
Такое последовательное «считывание» и «трансляция» рибосомой заключенного в мРНК кода продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стопкодонов (терминиру ющих кодонов). Такими кодонами служат трип леты УАА, УАГ и УГА. На этом этапе полипеп тидная цепь, первичная структура которой была
174 Глава 23
А
Б
В
Рис. 23.29. А и Б. Стадии процесса прикрепления молекул аминоацилтРНК своими антикодонами к кодонам на мРНК и образование пептидной связи между соседними аминокислотами. В. Относитель ные перемещения мРНК и рибосомы, в результате которых открывается новый триплет (рамка) для присоединения молекулы аминоацилтРНК. Первая молекула тРНК отделяется от рибосомы и возвра щается в цитоплазму, где ферменты реактивируют ее, делая возможным образование нового комплекса аминоацилтРНК.
детерминирована ДНК, покидает рибосому, и трансляция завершается. Главные этапы про цесса трансляции:
1) присоединение мРНК к рибосоме;
2) активация аминокислоты и ее присоеди нение к тРНК;
3) инициация (начало синтеза) полипептид ной цепи;
4) элонгация (удлинение) цепи;
5) терминация (окончание синтеза) цепи;
6) дальнейшее использование мРНК или ее разрушение.
Процесс трансляции схематически представ
лен на рис. 23.30.
После того, как полипептидные цепи отде лились от рибосомы, они могут тотчас же приобретать свойственную им вторичную, тре тичную или четвертичную структуру (разд.
3.5.3). Если рибосома прикреплена к ЭР, то бе лок поступает в ЭР, откуда затем транспорти руется к месту назначения. Первая часть расту щей полипептидной цепи состоит при этом из «сигнальной последовательности» амино кислот, которая соответствует определенному рецептору в мембране ЭР, что обеспечивает присоединение рибосомы к ЭР. Растущая бел ковая молекула через рецептор поступает в ЭР (рис. 23.31). После того как белок оказывается внутри ЭР, сигнальная последовательность отделяется от него, и белковая молекула свер тывается, приобретая свою окончательную форму.
Доказательства того, что включение амино кислоты в полипептидную цепь определяется комплементарным спариванием оснований между кодоном мРНК и антикодоном тРНК, а не самой аминокислотой, были получены в следующем эксперименте. Молекула тРНК цистеин обычно спаривается при помощи свое го антикодона АЦА с кодоном УГУ мРНК. При воздействии на этот комплекс катализатора — никеля Ренея — цистеин превращается в ами нокислоту аланин. Когда такой новый комп лекс тРНКаланин (несущий антикодон тРНК цистеина) помещали в бесклеточную систему, содержавшую поли(УГУ)мРНК, синтезиро ванная полипиптидная цепь состояла только из аланина. Этот эксперимент подтвердил важную роль механизма образования комплекса мРНК кодон — тРНКантикодон в трансляции гене тического кода.
Вся последовательность событий, из которых складывается процесс белкового синтеза, схема тически представлена на рис. 23.32.
Непрерывность жизни 175
Рис. 23.30. Схематическое изображение процесса трансляции. Антикодон каждой отдельной молекулы амино ацилтРНК спаривается с комплементарным ему кодоном мРНК на рибосоме. В изображенном здесь случае за этим последует образование пептидной связи между лейцином и глицином и таким образом к растущей поли пептидной цепи добавится еще одна аминокислота.
Рис. 23.31. Поступление новообразованного белка в эндоплазматический ретикулум.
176 Глава 23
Рис. 23.32. Упрощенная обобщающая схема главных структур и процессов, участвующих в белковом синтезе.
23.8.8. Некодирующая ДНК
ДНК человека содержит примерно 3000 млн. пар оснований и, согласно оценкам, 100 000 генов, хотя в настоящее время эти оценки могут быть лишь весьма приблизительными. Проблема со стоит в том, что б'ольшая часть ДНК (примерно 95%), повидимому, лишена какихлибо явных функций, потому что она не участвует в кодиро вании. Иными словами, она не кодирует ни синтез белков, ни синтез РНК. Иногда ее называют «бросовой ДНК», хотя предполагать отсутствие функции лишь на том основании, что эти функции неизвестны, неразумно. Возможно, что часть этой ДНК представляет собой бывшие гены, которые в настоящее время не служат никаким полезным целям. Другая часть может выполнять структурные функции, участвуя, например, в упаковке хромосом. Примерно 30–40% этой ДНК состоят из многократно повторяющихся коротких последовательностей оснований. К этой части ДНК относится сател литная ДНК, роль которой в «генетической дак тилоскопии» описана в разд. 25.7.12. Некоторые участки ДНК, называемые интронами, рассмат риваются ниже.
рые длиннее соответствующей мРНК. Казалось бы мРНК должна иметь точно такую же длину, как ген, так как она представляет собой его копию. Выяснилось, что сразу же после заверше ния синтеза мРНК некоторые участки ее моле кулы еще до ее использования в трансляции вы
Интроны и экзоны
В 1977 г. биологи были удивлены, обнаружив в ДНК эукариотических организмов гены, кото
Рис. 23.33. Экзоны, интроны и вырезание интронов.
Непрерывность жизни 177
резаются. Участки гена, кодирующие эти неис пользуемые участки РНК, назвали интронами. Остальные участки гена, кодирующие соответст вующий белок, назвали экзонами (рис. 23.33). Размеры и расположение интронов очень разно образны и характерны для данного гена. У про кариот интронов нет.
Одна из возможных функций интронов бы ла обнаружена, когда оказалось, что из одной и той же мРНК в разных клетках могут быть уда лены разные интроны. Таким образом, ген может иметь альтернативные интроны и коди ровать различные, хотя и сходные белки. Это увеличивает его потенциальное использование. Примером служит ген кальцитонина. Этот ген может продуцировать две разные формы мРНК в зависимости от того, какие интроны были удалены. Одна из них образуется в щитовидной железе и кодирует синтез белка кальцитонина, состоящего из 32 аминокислот. Кальцитонин — это гормон, понижающий уровень кальция в крови. Другая форма мРНК синтезируется в ги поталамусе и кодирует белок, состоящий из 37 аминокислот; этот белок, названный пептидом, связанным с геном кальцитонина, сходен с кальцитонином и обладает сильным сосудорас ширяющим действием. Он выделяется также из нервных окончаний в некоторых частях пери ферической нервной системы.

23.9. Регуляция генной активности

После того как был расшифрован генетический код и была установлена структура ДНК, исследо вания в области генетики ушли далеко вперед. Одна из главных проблем, которая особенно вол нует молекулярных генетиков, это вопрос о том, каким образом регуляция активности генов обес печивает выполнение каждой клеткой единой программы развития и ее собственных функций.
Все соматические клетки данного организма несут один и тот же набор генов, т. е. содержат одинаковое число хромосом, несущих одни и те же аллели. И тем не менее клетки многоклеточ ного организма очень разнообразны по структу ре и функциям. Даже в одной и той же клетке скорость синтеза белковых молекул может быть различной в зависимости от обстоятельств и по требностей. Данные о механизмах, регулирую щих активность генов в клетке, были впервые получены при изучении регуляции синтеза фер ментов у E. coli.
В 1961 г. Жакоб и Моно провели ряд экспери ментов, желая понять природу индукции синте за ферментов у E. coli. Полагают, что в клетках этой бактерии синтезируется около 800 фермен тов. Синтез некоторых из них происходит непре рывно, и их называют конститутивными фермента ми; другие же образуются только в присутствии надлежащего индуктора, который может и не быть субстратом данного фермента. Такие фер менты, примером которых служит Eгалактози даза, называют индуцибельными ферментами.
E. coli быстро растет на культуральной среде, содержащей глюкозу. При переносе клеток на среду, содержащую вместо глюкозы лактозу, рост начинается не сразу, а после короткой за держки, но затем продолжается с такой же ско ростью, как и на среде с глюкозой. Проведенные исследования показали, что для роста на среде с лактозой необходимо наличие двух веществ, ко торые E. coli обычно не синтезирует: Eгалакто зидазы, гидролизующей лактозу до глюкозы и галактозы, и лактозопермеазы, делающей клетку способной быстро поглощать лактозу из среды. Это служит примером того, как изменение в ус ловиях среды (замена глюкозы лактозой) инду цирует синтез определенного фермента. Другие эксперименты с E. coli показали, что высокое содержание в среде аминокислоты триптофана подавляет продуцирование триптофансинтазы — фермента, необходимого для синтеза триптофа на. Синтез Eгалактозидазы служит примером индукции фермента, а подавление синтеза трипто фансинтазы — примером репрессии фермента. На основе этих наблюдений Жакоб и Моно предложили механизм, объясняющий индук цию и репрессию — механизм «включения» и «выключения» генов.
23.9.1. Гипотеза Жакоба–Моно
Генетические инструкции, определяющие ами нокислотную последовательность упоминав шихся выше белков, заключены в структурных ге нах. Инструкции для Eгалактозидазы и лактозо пермеазы тесно сцеплены в одной хромосоме. Активность этих генов регулируется еще одним геном — геномрегулятором, который, как полага ют, препятствует переходу структурных генов в активное состояние. Генрегулятор может нахо диться на некотором расстоянии от структурных генов. Доказательства его существования полу чены при изучении мутантных клеток E. coli,
178 Глава 23
Рис. 23.34. Основные структуры и процессы, участвующие в регуляции белкового синтеза согласно гипотезе Жако ба и Моно. Цифрами указана последовательность событий.
лишенных этого гена и поэтому вырабатываю щих Eгалактозидазу непрерывно. Генрегулятор содержит генетическую информацию для синте за репрессора, который препятствует активности структурных генов. Репрессор действует на структурные гены не прямо, а опосредованно, оказывая влияние на участок, примыкающий к структурным генам и называемый геномопера тором. Оператор и структурные гены в совокуп ности называют опероном (рис. 23.34).
Репрессор представляет собой особый алло стерический белок, который либо связывается с геномоператором, подавляя его активность («выключает» его), либо не связывается с ним, позволяя ему стать активным («включает» его). Когда оператор «включен», структурные гены осуществляют транскрипцию и образуется мРНК, которую рибосомы и тРНК транслируют в полипептиды. Когда оператор «выключен», мРНК не образуется и кодируемые ею полипеп тиды не синтезируются (рис. 23.34).
Механизм, от которого зависит, присоединит ся ли аллостерический белок к генуоператору или нет, прост, но при этом чувствителен к изме нениям внутри клетки. Предполагается, что в мо лекуле репрессора имеется по меньшей мере два активных участка, к которым может присоеди ниться либо молекула индуктора, либо молекула репрессора, в зависимости от их концентрации в данное время, как это описано в разд. 23.9.4.
23.9.2. Индукция ферментов
Присоединение молекулы индуктора к ее актив ному участку на молекуле репрессора изменяет
третичную структуру репрессора (аллостериче ский эффект; см. разд. 4.4.4), так что он не может связаться с геномоператором и репрессиро вать его. Геноператор становится активным и «включает» структурные гены.
При культивировании E. coli на среде с глюкозой генрегулятор продуцирует белок, обладающий свойствами репрессора, который связывается с геномоператором и «выключает» его. Структурные гены при этом не активиру ются, и ни Eгалактозидаза, ни лактопермеаза не синтезируются. При переносе бактерий на среду с лактозой последняя, как полагают, действует как индуктор синтеза белка, присоединяясь к молекуле репрессора и препятствуя ее сое динению с геномоператором. Структурные гены переходят в активное состояние, продуци руется мРНК и синтезируются белки. Таким образом лактоза индуцирует собственное рас щепление.
23.9.3. Репрессия ферментов
Если молекула какоголибо корепрессора связы вается своим активным участком с молекулой репрессора, то она усиливает эффект от связыва ния репрессора с геномоператором. При этом происходит инактивация генаоператора, что фактически препятствует «включению» струк турных генов.
E. coli синтезирует аминокислоту триптофан в присутствии фермента триптофансинтазы. При избыточном содержании в клетке трипто фана некоторая его часть действует как кореп рессор синтеза фермента, связываясь с молеку
Непрерывность жизни 179
лой репрессора. Молекулы корепрессора и ре прессора присоединяются к генуоператору и подавляют его активность. Структурные гены «выключаются», мРНК не образуется и синтез триптофансинтазы прекращается. Это пример ингибирования по принципу обратной связи на генном уровне.
23.9.4. Регуляция метаболических путей
Описанный выше двойной механизм индукции и репрессии делает возможным взаимодейст вие между цитоплазмой и ядром для обеспече ния тонкой регуляции метаболизма клетки. В случае какоголибо простого метаболическо го пути исходный субстрат и конечный продукт могут играть роль соответственно индуктора и репрессора. Благодаря этому клетка может синтезировать фермент в таком количестве, которое необходимо в данное время для под держания количества конечного продукта на нужном уровне. Такой способ регуляции мета болизма чрезвычайно экономичен. Отрица тельная обратная связь, осуществляемая путем инактивации первого фермента в результате его связывания с конечным продуктом, быстро блокирует данный метаболический путь, но не препятствует синтезу других ферментов. В мо дели, предложенной Жакобом и Моно, конеч ный продукт, присоединяясь к молекуле ре
прессора, чтобы усилить его ингибирующее действие на геноператор, подавляет синтез всех ферментов и выключает данный метабо лический путь.
23.9.5. Модификация гипотезы оперона
После того, как в 1961 г. Жакоб и Моно предло жили механизм, с помощью которого гены мо гут включаться и выключаться, были получены другие данные, позволившие прояснить раз личные аспекты этого механизма. На основе генетических данных было высказано предпо ложение о существовании генапромотора, расположенного рядом с геномоператором и действующего между ним и геномрегулято ром. Предполагается, что генпромотор несет две функции. Вопервых, он служит местом, к которому присоединяется РНКполимераза, прежде чем начать перемещаться вдоль ДНК в процессе транскрипции, т. е. в процессе син теза мРНК на структурных генах. Это переме щение, конечно, зависит от того, находится ли геноператор в активном состоянии или нет. Вовторых, последовательность оснований генапромотора определяет, какая из цепей двойной спирали ДНК присоединяет к себе РНКполимеразу, т. е. служит матрицей для транскрипции мРНК.
Соседние файлы в предмете Биология
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности