Ген-оператор

Клітка будь-якого організму містить повну генетичну інформацію, повний набір генів незалежно від її спеціалізації. У кожен період життя клітини використовується лише частина інформації, тобто реалізація генетичної інформації регулюється в процесі росту і розвитку організму. Подібна регуляція є необхідною умовою нормальної життєдіяльності клітини.

Припустимо, що клітина з якоїсь причини перестає синтезувати білок. Тоді амінокислоти залишилися б без застосування, і якщо їх синтез не припиняється, то вони накопичуються непотрібним баластом. Та клітина, яка в цих умовах припиняє синтез амінокислот, працює економічніше, ніж клітина без такого «гальма».

Розглянемо, як відбувається подібне гальмування на прикладі амінокислоти аргініну. Синтез аргініну з попередників протікає в чотири етапи, отже, для нього потрібно чотири ферменту, освіту яких контролюють чотири гени. Фермент перетворює вихідна речовина А в речовину В, фермент 2 з В виробляє С, фермент 3 з З продукує D і, нарешті, фермент 4 перетворює D в кінцевий продукт £, що представляє в даному випадку аргінін. Коли потреба в аргинине відпадає, ферменти виявляються зайвими і їх синтез припиняється. Причому експерименти показали, що синтез, всіх чотирьох ферментів припиняється одночасно. Крім того, виявилося, що гени, які контролюють їх синтез, на генетичній карті розташовані поруч. Гени, відповідальні за синтез певних ферментів, називаються структурними, оскільки вони визначають структуру ферментів. На одному з кінців ланцюга цих генів знаходиться ген-оператор (О), що визначає, чи будуть гени неактивними. Ділянка генетичного матеріалу, трансформація якого здійснюється на одну молекулу інформаційної РНК (іРНК) під контролем білка-репрессора, отримав назву оперона. Цей термін належить Ф. Жакобу і Ж. Моно.

Крім гена O існує ще ген-регулятор, який контролює діяльність оперона. Наявність двох пускових регулюють генів підтверджується в дослідах по локалізації мутацій з порушеннями регуляції синтезу амінокислот. Було встановлено, що ген R розташовується на деякій відстані від гена O. Оператор впливає безпосередньо на сусідні структурні гени, тоді як дія регулятора здійснюється через речовина, що виділяється їм в цитоплазму. Ця речовина при з’єднанні з низькомолекулярних речовиною, наприклад з аргініном, стає активним і вимикає оператор.

Його вимикання призводить до припинення зчитування інформації, а отже, до припинення синтезу ферменту. Таке явище отримало назву репресії. Регуляторний білок, що пригнічує транскрипцію генів регульованого ним оперона, називається репрессором. Реп-ресор складається з апорепрессора, що виділяється геном Ry і з з’єднаного з ним корепрессора – аргініну. Ген R виробляє апорепрессор, неефективний сам по собі, який надходить в цитоплазму. Накопичення корепрессора з’єднується з апорепрессором, утворюючи голорепрессор, останній пригнічує ген O і тим самим весь оперон, що контролює синтез аргініну. Апорепрессори і корепрессора строго специфічні: аргінін не гальмує синтезу інших амінокислот.

Крім розглянутої системи негативного контролю, коли функціонування даного биосинтетического шляху вимикалося при надлишку кінцевого продукту біосинтезу, є випадки протилежного характеру: синтез ферменту може відбуватися тільки в присутності його субстрату. Це явище називається індукцією синтезу ферментів. Прикладом таких ферментів можуть служити р-галактозидаза, пеніциліназа і ферменти, які беруть участь при засвоєнні галактози у E. coli. Розглянемо систему регуляції ферментів, сбраживающих лактозу. Репрессор, вироблений геном, блокує ген O до тих пір, поки в середовищі немає лактози. При появі лактози репрессор з’єднується з нею і дає неактивний голорепрессор. Настає дерепресія оперона. Цей стан триває до тих пір, поки концентрація індуктора не знизиться до певного мінімуму.

...
ПОДІЛИТИСЯ: