Регуляція експресії генів у прокаріотів

У клітинах прокаріотів процеси транскрипції і трансляції протікають майже одночасно, тому вельми складно внести які-небудь зміни в структуру синтезованої РНК. Регуляція генної активності прокаріот практично повністю здійснюється на рівні транскрипції. У 1961 р французькі вчені (майбутні нобелівські лауреати) Ф. Жакоб і Ж. Моно запропонували модель оперона як системи регуляції Екпрес генів бактерій (Jacob F., Monod J., 1961). Найважливішою областю оперона (як і генів еукаріот) є промотор – структура для «старту» процесу транскрипції, до якої приєднується фермент РНК-полімераза. Крім промотора Ф. Жакоб і Ж. Моно виділили у своїй схемі і інші ділянки (рис. 6.5):
– Оператор – ділянка приєднання білка-репрессора;
– Термінатор – ділянка закінчення синтезугенів оперона;
– Ген-регулятор, який кодує білок-репрессор. Ген-регулятор не входить до складу оперона. Він може бути з ним зчеплений, а може перебувати на деякій відстані.
Білок-репрессор з’єднується з оператором і блокує транскрипцію, оскільки перешкоджає переміщенню РНК-полімерази. Весь оперон виявляється «вимкнений».
При наявності в середовищі індуктора (їм часто служить якесь низкомолекулярное з’єднання) він взаємодіє з білком-репрессором, в результаті чого репрессор не може приєднатися до оператора. Вільний оператор «відкриває шлях» РНК-полімерази, і всі гениоперона транскрибуються. При видаленні індуктора репрессор знову займає місце на операторі, і транскрипція припиняється.

Такий механізм отримав назву негативної регуляції і вперше був досліджений на лактозна опероном E. coli, де роль індуктора виконує лактоза. При негативній регуляції гени транскрибуються, якщо вони не вимкнені регуляторним білком (білком-репрессором).
Потім у бактерій був описаний механізм позитивної регуляції. При цьому способі структурні гени транскрибуються тільки в присутності білка-активатора (апоіндуктора). Білок-активатор часто попередньо зв’язується з ц-АМФ.
Індуктори (зазвичай це використовувані бактеріями поживні речовини), білки-репрессори і білки-активатори перебувають у відносинах зворотного зв’язку (позитивної та негативної), формуючи 4 варіанти регуляції активності оперона (табл. 6.2).

Один і той же регуляторний білок може бути репрессором для гена А і активатором для гена В. З іншого боку, для активації деяких оперонов необхідно два регуляторних білка, які попередньо з’єднуються один з одним.
Гени-регулятори, які синтезують білок-репрессор і білок-активатор, принципово не відрізняються від структурних генів, також володіючи власними промоторами і термінаторами.
Основною перевагою опероном регуляції для прокаріот є синхронізація активності генів одного кластера. Виживаність бактерій багато в чому залежить від їх здатності швидко перемикати метаболізм з одного субстрату на інший. З еволюційної точки зору швидкість перемикання для бактерій важливіше тонкощі регуляції.

Посилання на основну публікацію