Контроль транскрипції

Функції регуляторних білків

У всіх клітинах експресія генів (див. С. 234) контролюється регуляторними білками, які зв’язуються з певною ділянкою ДНК (DNA) і таким чином стимулюють пли пригнічують транскрипцію гена (контроль транскрипції, див. С. 240). Дія регуляторних білків оборотно і, як правило, вимагає присутності ліганду. Постійно відкривають все нові і нові регуляторні білки, в даний час відома, ймовірно, тільки мала їх частина. Недосконала також їх номенклатура. Як для білків, так і для ділянок ДНК, з якими вони зв’язуються, використовуються різні найменування в залежності від принципу дії. Регуляторний білок, який впливає на транскрипцію генів, називають фактором транскрипції. Білок, що пригнічує транскрипцію, називають репрессором, а стимулюючий – індуктором. Послідовності ДНК, з якими зв’язуються регуляторні білки, називаються регуляторними елементами. У прокаріотів регуляторні аліменти, які служать ділянками зв’язування РНК-полімерази, називають промоторами, в той час як для репрессорних ділянок зв’язування вживається назва оператор. Регуляторні елементи, що зв’язують активують фактори, називають енхансером (від англ. Enhancer – підсилювач), у той час як елементи, що зв’язують негативні (ингибирующие) чинники, – сайленсери (від англ. Silencer – заспокоювач).

Численні відомі регуляторні білки можна розділити за механізмом дії на чотири групи. Негативна генетична регуляція, т. Е. Вимикання відповідних генів, може викликатися репрессора. Деякі репрессори зв’язуються з ДНК тільки в відсутність специфічного лиганда (1а). Комплекс репрессора з лігандом в цьому випадку втрачає здатність до зв’язування і залишає вільним ділянку промотора для приєднання РНК-полімерази (1б). Часто вільний від ліганда репресор не може зв’язуватися з ДНК, т. Е. Транскрипція пригнічується тільки в присутності лігандів (2а, 2б). Аналогічно при позитивній генетичної регуляції можна розрізняти два випадки. Якщо зв’язується тільки вільний індуктор, транскрипція пригнічується відповідними лігандами (3). Навпаки, багато індуктори стають активними тільки після утворення комплексу з лігандом (4). До цієї групи належать, наприклад, стероїдні гормони (див. С. 366).
Б. лактозна оперон

Як приклад наведено лактозна оперон бактерії Е. coli (ділянка ДНК), який схильний одночасно негативному і позитивному контролю. Оперон містить структурні гени трьох ферментів, які необхідні для утилізації лактози, і регуляторні елементи для управління транскрипцією оперона.

Так як лактоза перетворюється в клітці в глюкозу, експресія генів лактозного оперона не має сенсу, коли глюкоза присутня в клітці. Дійсно гени транскрибуються тільки в відсутність глюкози і в присутності лактози (3). Регуляція досягається завдяки взаємодії двох регуляторних білків. У відсутність лактози lac-penpeccop блокує ділянку промотора (2). При наявності лактози вона перетворюється в ізомерних аллолактозу, яка зв’язується з білком-репрессором і тим самим викликає дисоціацію репрессора і оператора (3). Проте цього недостатньо для транскрипції структурних генів. Для зв’язування РНК-полімерази необхідний індуктор, білок-активатор катаболітной оперонов (САР від англ. Catabolite activator protein), який зв’язується з ДНК тільки в комплексі з цАМФ (cAMP). Сигнал голодування виникає тільки в відсутність глюкози.

Взаємодія комплексу САР-цАМФ з ДНК представлено на рис. 4. Кожна субодиниця димерную індуктора (жовтого та помаранчевого кольору відповідно) пов’язує молекулу цАМФ (червоного кольору). Контакт з ДНК (блакитного кольору) опосередковується двома спіральними ділянками поліпептидного ланцюга, специфічно взаємодіючими з великою борозенкою на ДНК.

Посилання на основну публікацію