Неспецифічна регуляція загального рівня транскрипції
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. У результаті активність багатьох бактеріальних промоторів суттєво залежить від рівня негативної надспіралізації, який варіює в різних фазах клітинного циклу й визначається концентраціями бактеріальних топоізомераз.
Рис. 21. Схема вторинної структури 6S РНК, яка може використовуватись як матриця для РНК-полімерази. Стрілочкою позначено початок синтезу.
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. 21). Одна з неспарених ділянок містить близько 15 пар основ і нагадує транскрипційний міхур (порівн. з рис. 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, щоб звільнитися від 6S РНК, полімераза має розпочати транскрипцію, на цій РНК-матриці. Саме це й відбувається при підвищенні концентрації NTP (ДНК-залежна РНК-полімераза працює як залежна): здійснюється елонгація транскрипції з руйнуванням подвійної спіралі РНК, синтез короткого нефункціонального транскрипту та звільнення ферменту, який далі шукає справжній промотор.
Контрольні запитання
1. Як за своїм складом і 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 і відкритий комплекси РНК-полімерази з промотором?
4. У якому напрямку здійснюється зчитування інформації з ДНК під час транскрипції? Що таке змістовний і 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 вздовж 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- і транс-елементами системи регуляції транскрипції?
12. Опишіть систему регуляції лактозного оперона. Яку роль у регуляції відіграють lac-репресор і білок САР?
13. Що таке антитермінація?
14. Як здійснюється атенюація в триптофановому опероні?
15. За якими механізмами здійснюється регуляція загального рівня транскрипції в 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?