В механизме регуляции активности генов большую роль играют особые гены-регуляторы, контролирующие синтез регуляторных белков.
Регуляторные белки, соединяясь с определенными последовательностями ДНК-операторами, способны «включать» или «выключать» транскрипцию регулируемых структурных генов.
Белки-репрессоры, присоединяясь к оператору, занимающему либо часть промотора, либо расположенному между ним и структурной частью гена, препятствуют соединению РНК-
полимеразы с промотором и снижают уровень транскрипции. В этом случае осуществляется негативный контроль
экспрессии гена со стороны гена-регулятора.
Белки-активаторы, или апоиндукторы облегчают связывание РНК-полимеразы с промотором и стимулируют транскрипцию.
Регуляция действия генов с помощью белков-активаторов называется позитивной регуляцией
К негенетическим факторам регуляции экспрессии генов, или эффекторам относятся вещества небелковой природы, которые, взаимодействуя с регуляторными белками, изменяют их биологическую активность. Различают два вида эффекторов: индукторы, «включающие» транскрипцию, и корепрессоры, «выключающие » ее.
У кишечной палочки имеется регуляторный
механизм, подавляющий активность генов, если их продукты становятся ненужными клетке.
Триптофановый оперон
Промотор Оператор Гены оперона
ДНК
РНК
Белок
ДНК
РНК
Белок
Нективный |
Полипептиды, необходимые для синтеза триптофана |
репрессор |
а)Триптофана нет, репрессор неактивен, оперон «включен»
Активный
Триптофан репрессор корепрессор
б)Триптофан имеется, репрессор активен, оперон «выключен»
Функционирование триптофанового оперона кишечной палочки
Ген регулятор Промотор Оператор Гены оперона
ДНК
РНК
Белок
ДНК
РНК
Белок
РНК
полимераза
а) Лактозы нет репрессор активен оперон «включен»
РНК
полимераза
Фермент1 Фермент 2 |
Фермент 3 |
Лактоза |
Неактивный |
индуктор |
репрессор |
а) Лактоза имеется, репрессор неактивен, оперон «включен» |
Функционирование лактозного оперона кишечной палочки
Промотор Оператор Гены оперона
ДНК
СRP связывающий участок |
РНК |
|
полимераза |
||
цАМФ |
||
|
||
цАМФ |
Неактивный Lac |
|
СRP |
репрессор |
|
|
а) Лактоза присутствует, глюкоза отсутствует( уровень цАМФ высокий: Lac мРНК ситезируется много
|
Промотор Оператор Гены оперона |
ДНК |
|
СRP связывающий участок |
РНК |
|
полимераза |
|
Неактивный Lac |
СRP |
репрессор |
б) Лактоза присутствует, глюкоза присутствует( уровень цАМФ низкий): Lac мРНК ситезируется мало
•Отличительная особенность регуляции экспрессии генов у экариот связана с образованием стойкого комплекса ДНК с белками –хроматина. В связи с этим для осуществления транскрипции эукариотических генов необходима предварительная декомпактизация хроматина, в реализации которой большую роль играют гистоны.
•Принципиально новые возможности регуляции активности генов
уэукариот связаны также с наличием у них ядра, обеспечивающего разделение во времени и пространстве процессов транскрипции и трансляции. Поэтому регуляция активности генов у эукариот, в отличие от прокариот, осуществляется не только на стадии транскрипции , но и на других этапах реализации наследственной информации: транскрипции, трансляции и посттрансляционных преобразований белков.
•У эукариот активность каждого структурного гена контролируется многими генами-регуляторами, а эффекторами часто служат
гормоны.
Регуляция активности генов эукариот осуществляется на всех этапах реализации генетической информации:
- Декомпактизации ДНК ( ацетилирование гистоновых белков,
метилирование )
-Транскрипции
-РНК –процессинга ( альтернативный сплайсинг)
-Транспорта зрелой РНК из ядра в цитоплазму
-Разрушения мРНК в цитоплазме
-Трансляции
-Пострансляционных изменений белков ( химическая модификация и
разрушение функционально активного полипептида)
ДНК
Нуклеосома
Декомпактизация ДНК
Ген
Копии гена
Амплификация гена