 |
Материал по регуляции трансляции мРНК
|
|
|
|
Яркий пример регуляции трансляции мРНК в эукариотических клетках получен при изучении механизмов поддержания в клетках уровня свободного железа. Железо входит в состав активных центров очень многих белков, таких, например, как гемоглобин, миоглобин, цитохромы, однако ионы свободного железа токсичны для клетки и поэтому связываются и переводятся в нетоксичную форму белком ферритином. Синтез ферритина в клетке, в свою очередь, зависит от уровня свободного железа: в присутствии железа ферритин синтезируется, в то время как при его недостатке трансляция мРНК ферритина останавливается на стадии инициации. Выяснилось, что регуляция синтеза ферритина целиком зависит от специфической последовательности длиной 26 нуклеотидов, образующей шпилечную структуру в 5'-НТО мРНК ферритина (рис. 4, а). Этот регуляторный элемент при отсутствии железа связывается со специфическим белком, который препятствует сканированию 5'-НТО рибосомами и, таким образом, подавляет трансляцию мРНК на стадии ее инициации. Этот белок- репрессор имеет сродство к ионам железа и при связывании с ними перестает связываться с ферритиновой мРНК. После диссоциации белка мРНК становится активной в синтезе ферритина. Вновь синтезированный ферритин отнимает железо у репрессора. Утратив железо, репрессор опять приобретает сродство к регуляторному элементу ферритиновой мРНК, связывается с ним и останавливает синтез ферритина. Большим сюрпризом явилось то, что белок-репрессор оказался хорошо известным ферментом цикла Кребса - аконитазой.
Информация обязательная для каждого обучающегося
Регуляция активности генов у прокариот.
Исследования на клетках Е. coli позволили установить, что у бактерий существуют ферменты 3 типов:
|
|
|
1.Конститутивные, присутствующие в клетках в постоянных количествах независимо от метаболического состояния организма (например, ферменты гликолиза);
2.Индуцируемые, их концентрация в обычных условиях мала, но может возрастать в 100Q раз и более, если, например, в среду культивирования клеток добавить субстрат такого фермента;
3.Репрессируемые, т.е. ферменты метаболических путей, синтез которых прекращается при добавлении в среду выращивания конечного продукта этих путей.
!!! Это НАДО ЗНАТЬ
!!! Процесс Транскрипции - первичные транскрипты. Их Особенность: не содержат Интронов, мРНК лишены "кэпа" и поли-А-конца, Транскрипция и Трансляция протекают почти одновременно.
!!!! При нормальных условиях роста E/coli синтезирует около 600-800 различных белков, многие гены (исходя из размера генома - 4×106 пар нуклеотидовне) не транскрибируются, т.е. неактивны.
!!! Гены белков, функции которых в метаболических процессах тесно связаны, часто в геноме группируются вместе в структурные единицы – Опероны.
Опероны - участки молекулы ДНК, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов.
!!! Структурные гены Оперона экспрессируются согласованно: либо все они транскрибируются, и тогда оперон активен, либо ни один из генов не "прочитывается", и тогда оперон неактивен. Принцип «ВСЕ или НИЧЕГО».
Оперон активен: все его гены транскрибируются, синтезируется полицистронная мРНК - матрица для синтеза всех белков этого оперона.
!!! Транскрипция структурных генов зависит от:
- способности РНК-полимеразы присоединяться к промотору, расположенному на 5'-конце оперона перед структурными генами;
- от присутствия белка-репрессора на смежном с промотором участке, который называют "оператор". Белок-репрессор синтезируется в клетке с постоянной скоростью и имеет сродство к операторному участку.
|
|
|
-структурно участки промотора и оператора частично перекрываются, поэтому присоединение белка-репрессора к оператору создаёт стерическое препятствие для присоединения РНК-полимеразы.
!!! Большинство механизмов регуляции синтеза белков направлено на изменение скорости связывания РНК-полимеразы с промотором, влияя, таким образом, на этап инициации транскрипции.
Теория оперона.
Теория оперона была предложена на основании данных, полученных при изучении свойств лактозного оперона ( laс -оперона) Е. coli, т.е. оперона, в котором закодированы белки, участвующие в усвоении лактозы.
В отсутствие индуктора (лактозы) белок-репрессор связан с оператором. А поскольку участки оператора и промотора перекрываются, то присоединение репрессора к оператору препятствует связыванию РНК-полимеразы с промотором, и Транскрипция Структурных генов оперона НЕ идёт.
Когда в среде появляется индуктор, т.е. лактоза, то он присоединяется к белку-репрессору, изменяет его конформацию и снижает сродство к оператору. РНК-полимераза связывается с промотором - Транскрибирует структурные гены.
Снижение концентрации фермента в бактериальной клетке может осуществляться путём репрессии синтеза ферментов.
|
|
|
