Регуляция транскрипции у прокариот и эукариот

Регуляция работы генов у прокариот была описана в 1961 г. Ф. Жакобом и Ф. Моно. Нить ДНК условно представлена в виде прямой, на которой находятся структурно-функциональные участки: группа структурных генов (А, В, С), рядом с ними – ген-оператор. Ген-оператор включает и выключает работу структурных генов. Структурные гены активны непостоянно. Участок прикрепления РНК-полимеразы – промотор находится рядом с геном-оператором. В состав оперона входят также инициатор (последовательность нуклеотидов, с которой начинается транскрипция) и терминатор транскрипции (отсоединяет РНК-полимеразу от ДНК). Единица транскрипции прокариот включает промотор, ген-оператор и структурные гены и называется опероном (рисунок 22).

На некотором расстоянии от оперона находится ген-регулятор. Он активен постоянно. По его информации синтезируется белок-репрессор, который блокирует ген-оператор, и структурные гены неактивны. Оперон не работает.

Если в клетку поступает индуктор (ферменты для его расщепления закодированы в опероне), он связывает белок-репрессор. Ген-оператор освобождается, РНК-полимераза разрывает водородные связи между цепочками ДНК структурных генов. На одной из цепочек синтезируется (по принципу комплементарности) и-РНК. На рибосомах цитоплазмы по ее информации синтезируются белки-ферменты, которые разрушают индуктор. Оперон работает, пока не разрушится весь индуктор. После его разрушения освобождается белок-репрессор, который снова блокирует ген-оператор. Структурные гены выключаются, и белки-ферменты не синтезируются. Для каждого оперона имеется свой специфический индуктор (например, лактоза, фруктоза).

Рисунок 22 – Схема регуляции транскрипции у прокариот

В 1972 г. Г. П. Георгиев предложил схему регуляции работы генов у эукариот. Принципиально не отличается от схемы регуляции у прокариот. Но усложняется структура самой схемы и механизм ее работы (рисунок 23). 

Единица транскрипции эукариот называется транскриптоном. Он состоит из неинформативной зоны и информативной зоны. Неинформативная, или акцепторная, зона включает промотор, инициатор и блок генов-операторов. Информативная зона содержит структурный ген, который заканчивается терминатором.

Рисунок 23 – Схема регуляции у эукариот

В составе структурного гена находятся интроны – неинформативные участки ДНК и экзоны – информативные участки. Работу транскриптона регулирует блок генов-регуляторов. На основе их информации синтезируется несколько белков-репрессоров, которые блокируют гены-операторы. Так же как и у оперона, считывание информации со структурного гена происходит, когда в клетку попадают индукторы. В данном случае индукторами являются вещества сложного строения (например, гормоны), для расщепления которых необходимо несколько ферментов. Индукторы освобождают гены-операторы от белков-репрессоров. На одной из нитей ДНК по принципу комплементарности синтезируется и-РНК, но она снимает информацию со всего транскриптона и представляет собой про-и-РНК. В ядре под действием экзо- и эндонуклеаз происходит процессинг про-и-РНК – разрушение неинформативной части и расщепления ее на фрагменты. И-РНК, соответствующая экзонам, образуется в результате сплайсинга (сшивания) информативных участков ферментами лигазами. После таких преобразований и-РНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где синтезируются белки-ферменты для разрушения индукторов. Когда индукторы разрушены, восстанавливается блокирование генов-операторов белками-репрессорами, и транскриптон выключается.

Сложность регуляции работы генов у эукариот и структуры этой схемы заключаются в следующем.

1. Участие в работе блоков генов-регуляторов и генов-операторов.

2. Структурный ген имеет экзоны – информативные участки и интроны – неинформативные участки.

3. Первоначально образуется про-и-РНК. Созревание и-РНК связано с процессингом и сплайсингом.