4.1. Избирательная транскрипция.

4.2. Альтернативный сплайсинг иРнк.

4.3. Модификация гистоновых и негистоновых белков.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот.

Значительная часть белков одинакова для всех типов клеток. Они обеспечивают основные функции клеток (ферменты гликолиза, цикла Кребса, структурные белки). Скорость их образования и содержание в клетке обычно меняется незначительно. Такие белки получили название конститутивных белков. Существуют белки, потребность в которых возникает только в специальных условиях. Такие белки обычно синтезируются с очень низкой скоростью, но синтез их может быть значительно ускорен. Например, при голодании или усиленных физических упражнениях клетки печени начинают активно превращать аминокислоты в глюкозу. Это становится возможным благодаря усилению синтеза ферментов, катализирующих образование глюкозы из аминокислот. Такие белки получили название индуцируемых белков. Индукция – свойство клеток синтезировать определенные ферменты только при наличии соответствующих субстратов.

Молекулярный механизм индукции ферментов был разработан Жакобом и Моно и известен как гипотеза оперона. У прокариот регуляция инициации транскрипции – основное место действия регуляторов.

Оперон - участок ДНК, кодирующий строение белков, содержит регуляторную зону, контролирующую синтез этих белков. Структурные гены располагаются на молекуле ДНК рядом с последовательностями нуклеотидов, называемых промотором и оператором. Для регуляции транскрипции необходим еще один участок ДНК - регуляторный ген, не всегда располагающийся вблизи вышеописанной группы. Во время транскрипции РНК-полимераза связывается с промотором и продвигается вдоль ДНК, образуя транскрипт генов оперона. Белки-репрессоры - продукты трансляции регуляторных генов, связываются с соответствующими операторными участками и блокируют продвижение РНК-полимеразы, и, следовательно, препятствуют транскрипции.

В самом простом варианте этот механизм можно рассмотреть на примере триптофанового оперона кишечной палочки. Оператор триптофанового оперона представляет собой последовательность нуклеотидов, которую узнает репрессор этого оперона. Присоединение репрессора блокирует присоединение РНК-полимеразы к промотору, предотвращая экспрессию триптофанового оперона. Присоединение репрессора к оператору становится возможным лишь в том случае, если к репрессору присоединятся 2 молекулы триптофана. Результатом данного взаимодействия оператора и репрессора является остановка синтеза. Такое влияние продукта гена регулятора получило название негативного контроля, гены, кодирующие такие регуляторы, названы генами репрессоров, а молекулы, способствующие такой реакции репрессора, получили название корепрессоры (в нашем случае это молекулы триптофана). Роль корепрессоров в клетке часто выполняют конечные продукты метаболических путей.

Особенности регуляции биосинтеза белка у эукариот. Избирательная транскрипция.

У эукариот, регуляция экспрессии генов происходит на разных участках механизма синтеза белков, начиная от синтеза иРНК и до формирования пространственной структуры белков. Можно выделить несколько уровней такой регуляции:

1 Регуляция механизмов траскрипции;

2. Регуляция процессинга иРНК;

3. Регуляция транспорта РНК из ядра в цитозоль;

4.Регуляция трансляции;

5.Регуляция стабильности (продолжительности жизни) иРНК;

Основным объектом регулирующего влияния на синтез белка и нуклеиновых кислот является транскрипция, она регулируется специальными регуляторными белками, которые присоединяются к специфическим последовательностям, как правило, расположенным на больших расстояниях от промотора. Влияние на процесс формирования комплекса инициирующих белков может быть ускоряющим (энхансеры) или замедляющим (сайленсеры).

Важным элементом в механизмах регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции является доступность участков ДНК к действию регуляторов транскрипции.

Многие гены, используемые для синтеза белков, собраны в молекулах ДНК в форме кластеров и доступность к такому кластеру может быть в свою очередь регулируема. Предполагается несколько механизмов, позволяющих вызвать изменения хроматина. Включение или выключение отдельных кластеров генов в определенные сроки жизни клетки или организма обеспечивают процессы дифференцировки клеток, адаптации к определенным условиям жизни.

Альтернативный сплайсинг иРНК.

См. тему «Белки-4», вопрос №11

Модификация гистоновых и негистоновых белков.

В ядре отрицательно заряженная ДНК находится в комплексе с положительно заряженными белками гистонами. Чтобы начались матричные синтезы, нужно «снять» гистоны с ДНК. Это достигается путем ведения отрицательно заряженных структур (под действием гормонального сигнала посредством ферментов аденилатциклазы (превращает АТФ в цАМФ) и протеинкиназ (катализирует процесс протеин---фосфопротеин) происходит фосфорилирование негистоновых белков, которые при этом приобретают отрицательный заряд и притягивают к себе положительно заряженные гистоны. В результате чего ДНК обретает способность к транскрипции и дальнейшей трансляции.