Регуляция синтеза белка. Белки регуляторные. Регуляторная функция белков Регуляторный белок
Такие, как рецепторы гормонов или регуляторная субъединица протеинкиназы (фермент, активируемый цАМФ), обладают активностями, контролирующими связывание регуляторных лигандов (т.е. гормонов и цАМФ соответственно). Для того чтобы активности белков этого класса могли специфически регулироваться лигандами, такие молекулы прежде всего должны обладать участками, специфически (и, как правило, с высоким сродством) связывающими лиганд, что придает молекулам способность отличать лиганды от других химических соединений. Кроме того, белок должен обладать такой структурой, чтобы в результате связывания лиганда, его конформация могла меняться, т.е. обеспечивать возможность оказания регуляторного действия. Например, у млекопитающих специфическое связывание цАМФ с регуляторной субъединицей отдельных протеинкиназ приводит к уменьшению сродства связи этой субъединицы с каталитической субъединицей фермента. Это обуславливает диссоциацию обеих белковых субъединиц фермента. Каталитическая субъединица, освободившись из-под ингибиторного действия регуляторной субъединицы, активируется и катализирует фосфорилирование белков . Фосфорилирование изменяет свойства определенных белков, что сказывается на процессах, находящихся под контролем цАМФ.
Что касается группы гормонов, к которой принадлежит гормон роста , то нуклеотидная последовательность мРНК, кодирующая их синтез, частично выявлена ( Baxter J.D. ea, 1979). Для каждой аминокислоты необходимы три нуклеотида в ДНК (и, следовательно, в транскрибируемой с нее мРНК). Хотя данному триплету нуклеотидов (кодон) соответствует именно данная аминокислота, для одной и той же аминокислоты могут существовать несколько кодонов. Такая "вырожденность" генетического кода обусловливает возможность большей или меньшей гомологии нуклеотидных последовательностей двух данных генов, определяющих структуру двух гормонов, чем имеется в белках. Так, если два белка обладают случайной гомологией аминокислотной последовательности, то последовательности нуклеиновых кислот могли бы обнаруживать большие различия. Однако в отношении генов, кодирующих синтез гормонов группы соматотропина , это не так; гомология последовательности нуклеиновых кислот выше, чем гомология аминокислотной последовательности ( Baxter J.D. ea, 1979). Гормон роста человека и хорионический соматомаммотропин , которые имеют 87% гомологию аминокислотных последовательностей, в своих мРНК имеют 93% гомологию последовательностей нуклеиновых кислот. Гормоны роста человека и крысы обладают 70% гомологией аминокислотных последовательностей, а их мРНК обнаруживают 75% гомологию последовательности нуклеиновых кислот. В некоторых участках мРНК гормона роста крысы и хорионического соматомаммотропина человека (мРНК двух разных гормонов у двух биологических видов) гомология составляет 85%. Таким образом, лишь минимальные изменения оснований в ДНК обусловливают различия гормонов. Следовательно, эти данные подтверждают заключение о том, что гены таких гормонов образовались в ходе эволюции из общего предшественника. С позиций изложенных представлений о символах и вызываемых ими реакциях существенно, что каждый из трех гормонов данной группы обладает влиянием на рост. Гормон роста представляет собой фактор, определяющий линейный рост. Пролактин играет важную роль в процессах лактации и тем самым обеспечивает рост новорожденного. Хорионический соматомаммотропин, хотя его физиологическое значение точно не установлено, может оказывать существенное влияние на внутриутробный рост , направляя поступающие в организм матери пищевые вещества, влияющие на рост плода (
Регуляторные белки
(от лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа . участвующих в регуляции разл. биохим. процессов. Важная группа регуляторных белков, которым посвящена эта статья,-белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие (выражение в признаках и свойствах организма). Подавляющее большинство таких регуляторных белков функционирует на уровне транскрипции
(синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы и белки-репрессоры).
Известно ок. 10 репрессоров. Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли), регулирующие синтез ферментов, участвующих в (lac-репрессор) в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов и блокирования инициации кодируемых этими генами мРНК.
Репрессор представляет собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе
присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.
Репрессор может контролировать синтез к.-л. одного белка или целого ряда . экспрессия которых носит координированный характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их гены входят в состав одного (совокупность связанных между собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков).
Мн. репрессоры могут существовать как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присутствии которых специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента; см. Регуляторы
); эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.
Для эффективной экспрессии генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, который опосредуется регуляторными белками, работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Последний связывается со специфическими регуляторными белками (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс. После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич. участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность генов соответствующего оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК и делает акты инициации более частыми. Участок присоединения САР к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той, где локализован оператор.
Позитивную регуляцию (напр., lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, который связывается с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость генов, которые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др. источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные регуляторные белки (напр., белок С), функционирование которых описывается более сложной схемой; они контролируют узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.
Репрессоры и оперон-специфичные активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, которые экспрессируются при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только тогда, когда в ее сослав включается особый регуляторной белок - т.наз. фактор s 32 . Целое семейство этих регуляторных белков (s-факторы), изменяющие про-моторную специфичность РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.
Др. разновидность регуляторных белков изменяет каталитич. свойства РНК-полимеразы (т.наз. белки-антитерминаторы). Так, у бактериофага X известны два таких белка, которые модифицируют РНК-полимеразу так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) (это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).
Общая схема генетич. контроля, включающая функционирование регуляторных белков, приложима также к бактериям и к клеткам эукариот (все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).
Эукариотич. клетки реагируют на внеш. сигналы (для них это, например, гормоны) в принципе так же, как бактериальные клетки реагируют на изменения концентрации питат. веществ в окружающей среде, т.е. путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом регуляторные белки, одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод. относительно небольшого числа ключевых регуляторных белков
В системе регуляции активности генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина),
входящих в состав транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках, где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь задействован набор специфических регуляторных белков, не имеющих аналогов у прокариот. Эти белки не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызывают определенные структурные изменения в прилежащих областях. Регуляторные белки, подобные активаторам и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей отдельных генов в районах активир. хроматина.
Обширный класс регуляторных белков эукариот -рейепторные белки стероидных гормонов.
Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.ЗефировРЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ
(от
лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков, участвующих в регуляции
различные биохимический процессов. Важная группа РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б., к-рым посвящена эта статья,-белки,
взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках
и свойствах организма). Подавляющее большинство таких РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б. функционирует на уровне
транскрипции (синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает
за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соответственно белки-активаторы
и белки-репрессоры).
Известно около 10 репрессоров.
Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли),
регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор)
в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется
путем связывания со специфический участками ДНК (операторами) соответствующих генов
и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.
Репрессор представляет
собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во
взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе
присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой
РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать
синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции
и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.
Репрессор может контролировать
синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков, экспрессия которых носит координированный
характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их
гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов
и прилегающих к ним регуляторных участков).
Мн. репрессоры могут существовать
как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они
или нет с индукторами или корепрессорами (соответственно субстраты, в присутствии которых
специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента;
см. Регуляторы ферментов); эти взаимодействие имеют нековалент-ную природу.
Для эффективной экспрессии
генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но
также реализовался и специфический положит. сигнал включения, который опосредуется
РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б., работающими "в паре" с циклический аденозинмонофосфатом (цАМФ).
Последний связывается со специфическими РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б. (т.называют САР-белок-активатор ката-болитных
генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с молекулярная масса 45 тысяч
После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфический
участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего
оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует
стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность
реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК
и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР
к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той,
где локализован оператор.
Позитивную регуляцию (например,
lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации
глюкозы (основные источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, который связывается
с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется
связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов,
которые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др.
источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б. (например, белок
С), функционирование которых описывается более сложной схемой; они контролируют
узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.
Репрессоры и оперон-специфичные
активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень
регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся
генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, которые экспрессируются
при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только
тогда, когда в ее сослав включается особый РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб.-т.называют фактор s
32 .
Целое семейство этих РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб. (s
-факторы), изменяющие про-моторную специфичность
РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.
Др. разновидность РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб.
изменяет каталитических свойства РНК-полимеразы (т.называют белки-антитерминаторы). Так,
у бактериофага X известны два таких белка, которые модифицируют РНК-полимеразу
так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции
(это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).
Общая схема генетич. контроля,
включающая функционирование РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб., приложима также к бактериям и к клеткам эукариот
(все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).
Эукариотич. клетки реагируют
на внешний сигналы (для них это, например, гормоны) в принципе так же, как бактериальные
клетки реагируют на изменения концентрации питат. веществ в окружающей среде, т.е.
путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом
РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб., одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться
в различные комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать
дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимодействие
относительно небольшого числа ключевых РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б.
В системе регуляции активности
генов у эукариот имеется дополнительной уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод
всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина), входящих в состав
транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках,
где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь
задействован набор специфических РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ б., не имеющих аналогов у прокариот. Эти
белки не только узнают специфический участки хроматина (или. ДНК), но и вызы вают
определенные структурные изменения в прилежащих областях. РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб., подобные активаторам
и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции
отдельных генов в районах активир. хроматина.
Обширный класс РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб. эукариот
-рейепторные
белки стероидных гормонов.
Аминокислотная последовательность
РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИб. кодируется т.называют регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора
приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка
(в результате транс-ляции-синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы
называют конститутивными мутантами. Утрата в результате мутации активатора приводит
к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.
Литература: Страйер Л.,
Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.
П.Л.Иванов.
Химическая энциклопедия. Том 4 >>
(от
лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков, участвующих в регуляции
разл. биохим. процессов. Важная группа Р. б., к-рым посвящена эта статья,-белки,
взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках
и св-вах организма). Подавляющее большинство таких Р. б. функционирует на уровне
транскрипции
(синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает
за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы
и белки-репрессоры).
Известно ок. 10 репрессоров.
Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли),
регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор)
в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется
путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов
и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.
Репрессор представляет
собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во
взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе
присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой
РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать
синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции
и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.
Репрессор может контролировать
синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков, экспрессия к-рых носит координированный
характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их
гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов
и прилегающих к ним регуляторных участков).
Мн. репрессоры могут существовать
как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они
или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присут. к-рых
специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента;
см. Регуляторы ферментов
);
эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.
Для эффективной экспрессии
генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но
также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, к-рый опосредуется
Р. б., работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ).
Последний связывается со специфическими Р. б. (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных
генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс.
После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич.
участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего
оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует
стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность
реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК
и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР
к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той,
где локализован оператор.
Позитивную регуляцию (напр.,
lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации
глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, к-рый связывается
с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется
связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов,
к-рые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др.
источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные Р. б. (напр., белок
С), функционирование к-рых описывается более сложной схемой; они контролируют
узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.
Репрессоры и оперон-специфичные
активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень
регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся
генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, к-рые экспрессируются
при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только
тогда, когда в ее сослав включается особый Р.б.-т.наз. фактор s
32 .
Целое семейство этих Р.б. (s
-факторы), изменяющие про-моторную специфичность
РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.
Др. разновидность Р.б.
изменяет каталитич. св-ва РНК-полимеразы (т.наз. белки-антитерминаторы). Так,
у бактериофага X известны два таких белка, к-рые модифицируют РНК-полимеразу
так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции
(это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).
Общая схема генетич. контроля,
включающая функционирование Р.б., приложима также к бактериям и к клеткам эукариот
(все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).
Эукариотич. клетки реагируют
на внеш. сигналы (для них это, напр., гормоны) в принципе так же, как бактериальные
клетки реагируют на изменения концентрации питат. в-в в окружающей среде, т.е.
путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом
Р.б., одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться
в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать
дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод.
относительно небольшого числа ключевых Р. б.
В системе регуляции активности
генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод
всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина),
входящих в состав
транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках,
где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь
задействован набор специфических Р. б., не имеющих аналогов у прокариот. Эти
белки не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызы
вают
определенные структурные изменения в прилежащих областях. Р.б., подобные активаторам
и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции
отдельных генов в районах активир. хроматина.
Обширный класс Р.б. эукариот
-рейепторные
белки
стероидных гормонов.
Аминокислотная последовательность
Р.б. кодируется т.наз. регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора
приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка
(в результате транс-ляции-
синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы
наз. конститутивными мутантами. Утрата в результате мутации активатора приводит
к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.
===
Исп. литература для статьи «РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ»
:
Страйер Л.,
Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.
П.Л.Иванов.
Страница «РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ
(от
лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков, участвующих в регуляции
разл. биохим. процессов. Важная группа Р. б., к-рым посвящена эта статья,-белки,
взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках
и св-вах организма). Подавляющее большинство таких Р. б. функционирует на уровне
транскрипции
(синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает
за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы
и белки-репрессоры).
Известно ок. 10 репрессоров.
Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли),
регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор)
в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется
путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов
и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.
Репрессор представляет
собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во
взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе
присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой
РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать
синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции
и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.
Репрессор может контролировать
синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков, экспрессия к-рых носит координированный
характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их
гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов
и прилегающих к ним регуляторных участков).
Мн. репрессоры могут существовать
как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они
или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присут. к-рых
специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента;
см. Регуляторы ферментов
);
эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.
Для эффективной экспрессии
генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но
также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, к-рый опосредуется
Р. б., работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ).
Последний связывается со специфическими Р. б. (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных
генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс.
После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич.
участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего
оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует
стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность
реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК
и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР
к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той,
где локализован оператор.
Позитивную регуляцию (напр.,
lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации
глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, к-рый связывается
с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется
связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов,
к-рые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др.
источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные Р. б. (напр., белок
С), функционирование к-рых описывается более сложной схемой; они контролируют
узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.
Репрессоры и оперон-специфичные
активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень
регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся
генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, к-рые экспрессируются
при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только
тогда, когда в ее сослав включается особый Р.б.-т.наз. фактор s
32 .
Целое семейство этих Р.б. (s
-факторы), изменяющие про-моторную специфичность
РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.
Др. разновидность Р.б.
изменяет каталитич. св-ва РНК-полимеразы (т.наз. белки-антитерминаторы). Так,
у бактериофага X известны два таких белка, к-рые модифицируют РНК-полимеразу
так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции
(это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).
Общая схема генетич. контроля,
включающая функционирование Р.б., приложима также к бактериям и к клеткам эукариот
(все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).
Эукариотич. клетки реагируют
на внеш. сигналы (для них это, напр., гормоны) в принципе так же, как бактериальные
клетки реагируют на изменения концентрации питат. в-в в окружающей среде, т.е.
путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом
Р.б., одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться
в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать
дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод.
относительно небольшого числа ключевых Р. б.
В системе регуляции активности
генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод
всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина),
входящих в состав
транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках,
где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь
задействован набор специфических Р. б., не имеющих аналогов у прокариот. Эти
белки не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызывают
определенные структурные изменения в прилежащих областях. Р.б., подобные активаторам
и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции
отдельных генов в районах активир. хроматина.
Обширный класс Р.б. эукариот
-рейепторные белки
стероидных гормонов.
Аминокислотная последовательность
Р.б. кодируется т.наз. регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора
приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка
(в результате транс-ляции-
синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы
наз. конститутивными мутантами. Утрата в результате мутации активатора приводит
к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.
Лит.:
Страйер Л.,
Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.